Genética Bacteriana. Prof (a) Dra. Luciana Debortoli de Carvalho

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1 Universidade Federal de Juiz de Fora Departamento de Microbiologia, Parasitologia e Imunologia Genética Bacteriana Prof (a) Dra. Luciana Debortoli de Carvalho

2 Introdução O DNA existe como uma hélice de fita dupla, mantidas pelo pareamento de bases nitrogenadas específicas (A =T; C=G). -A seqüência de bases codifica a informação genética; -A estrutura complementar do DNA permite a duplicação precisa do DNA durante a divisão celular. Gene é um segmento de DNA que codifica um produto funcional a proteína. A seqüência de um gene é transcrita para produzir uma molécula específica de RNA, o RNAm. A informação do RNAm, então, é traduzida em uma seqüência específica de aminoácidos que formam uma proteína.

3 Introdução A célula bacteriana é a menor entidade viva auto-sustentável governada por informações genéticas. O Mycoplasma é a bactéria com menor genoma. Tamanho do genoma: vírus < bactéria < célula eucariótica

4 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA BACTERIANO GENOMA: seqüência completa de DNA; algumas não são convertidas em produtos funcionais Sequências não-codificadoras: INTRONS (bactérias não possuem) Sequências codificadoras: EXONS OPERON: grupos de um ou mais genes estruturais expressos a partir de um promotor específico. Operons com muitos genes estruturais são chamados policistrônicos. Promotores e operadores: sequências de nucleotídeos que controlam a expressão de um gene determinando as seqüências que serão transcritas no mrna.

5 A molécula de DNA e RNA

6 Duplicação do DNA bacteriano O DNA cromosômico precisa duplicar-se antes do processo de divisão celular, para que todas as células da progênie bacteriana recebam uma cópia do cromossomo (transferência vertical de genes). Duplicação DNA DNA Células filhas A duplicação do DNA procariótico é semiconservativa, simétrica e bidirecional, a partir de uma origem única (oric). O processo requer enzimas, tais como as girses, helicases, primases, polimerases, ligases e topoisomerases. A direção da síntese é sempre no sentido 5 3.

7 FLUXO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA

8 O Código Genético

9 Diferenças na transcrição e tradução nos procariotos e eucariotos

10 Elementos genéticos extracromossomais Plasmídios: Segmentos de DNA fita dupla, circulares; tamanho varia entre 1500 a pb, auto-duplicam independentemente do cromossomo. Carregam informação genética não essencial a célula, mas podem prover uma vantagem seletiva para as bactérias que os possuem. Ex.: genes de resistência múltipla a antibióticos; bacteriocinas; toxinas.

11 Elementos genéticos extracromossomais Transposons: também chamados genes saltadores ou sequências de inserção (IS), são elementos genéticos móveis que podem transferir DNA dentro de uma célula, de uma posição para outra no genoma ou entre diferentes moléculas de DNA (plasmídio-plasmídio ou plasmídeo-cromossomo). Possuem tamanho variando de 150 a 1500 pb, com repetições invertidas de 15 a 40 pb em suas extremidades e informação genética mínima necessária para sua própria transferência.

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14 Variabilidade Genética em Bactérias As bactérias podem apresentar variações que conduzem à formação de clones com propriedades distintas do clone selvagem original. A variação se dá através de mutação ou recombinação. MUTAÇÃO => alteração na sequência de bases nitrogenadas do DNA, geralmente resultante de deleção, inserção ou substituição de um ou mais nucleotídeos; esta alteração genética pode modificar o produto (proteína). As mutações podem ser neutras, desvantajosas ou benéficas. RECOMBINAÇÃO => processo de variabilidade genética que envolve trasnferência de material genético entre duas células. MUTAÇÃO X RECOMBINAÇÃO Processo vertical Ocorre durante a replicação do cromossomo bacteriano Processo horizontal Ocorre durante os processos de conjugação, transformação ou transdução

15 Variações Fenotípicas Variações fenotípicas X variações genotípicas Resultam das adaptações das bactérias ao ambiente. São reversíveis, sem comprometimento genético. Ex.: Serratia marcescens (37 ºC sem pigmentação 25 ºC vermelhas) Bacillus sphaericus (2% peptona células vegetativas 0,1% peptona esporos) Gram positivos (cultura nova células azuis cultura velha células vermelhas) Variações Genotípicas Alterações na seqüência de nucleotídeos. São irreversíveis (através dos processos de mutação e recombinação).

16 Principais tipos de mutação Mutação puntiforme Mutação por inserção Mutação por deleção Transposição

17 MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO GENÉTICA BACTERIANA Embora as mutações sejam responsáveis pela expressão de várias novas características por uma célula, muitos fenótipos procarióticos são decorrentes da aquisição de novos fragmentos de DNA, por meio de processos de transferência horizontal de genes: Transformação Conjugação Transdução Conversão lisogênica - transferência de DNA de uma partícula viral para uma bactéria. A própria lisogenização torna a bactéria imune a outras infecções por este fago, mas além disso, outros fenótipos podem ser adquiridos. - ex: conversão de células atoxigênicas de Corynebacterium diphtheriae em toxigênicas, pelo fago ß; a bactéria recebe um gene que codifica uma toxina, sendo este gene de origem viral.

18 Transformação: incorporação de DNA livre, geralmente decorrente da lise celular Várias bactérias são naturalmente transformáveis, entretanto, dentro de um gênero, nem todas as espécies o são. Na natureza, o processo ocorre quando uma célula sofre lise, liberando seu DNA. Este, por ser degrande tamanho tende a sofrer quebras, originando centenas fragmentos deaproximadamente 15 kb (o equivalente a cerca de15 genes). Como uma célula absorve poucos fragmentos, apenas uma pequena proporção degenes podem ser transferidos.

19 Para que o processo ocorra, é necessário que a célula encontre-se competente - apresentar sítios de superfície para a ligação do DNA da célula doadora - e apresentar a membrana em uma condição que permita a passagem deste DNA. O estabelecimento da competência é um fenômeno controlado, envolve a participação de diferentes proteínas (ligação ao DNA, membrana, autolisinas, nucleases), e depende de várias condições distintas nos diferentes microrganismos como fase de crescimento, condições ambientais, temperatura e a concentração de cátions.

20 Experimento de Griffith Frederick Griffith, Evidência da transformação bacteriana (Streptococcus pneumoniae) As bactérias não-encapsuladas vivas absorveram material genético das encapsuladas mortas pelo calor e passaram a produzir cápsula, o que lhes conferiu a capacidade de causar doença. As bactérias nãoencapsuladas foram transformadas em encapsuladas. Experimentos subseqüentes comprovaram que o fator de transformação era DNA.

21 Conjugação: processo de transferência de DNA de uma bactéria para outra, envolvendo o contato entre as duas células A conjugação está associada à presença de plasmídeos F. Estes plasmídeos contêm genes que permitem a transferência do DNA plasmidial de uma célula para outra ou, em outras palavras, a capacidade conjugativa. Quando a célula porta um plasmídeo de natureza F é denominada F+, doadora, enquanto células desprovidas detais plasmídeos são denominadas F-, receptoras. A capacidade conjugativa está associada à presença de genes localizados em um operon denominado tra que conferem características envolvidas na conjugação como a síntese do pilus F, responsável pelo reconhecimento e contato entre as células; e a transferência do DNA plasmidial.

22 Conjugação:

23 Transdução: transferência de material genético mediada por vírus (bacteriófagos) Transdução generalizada: Este tipo de processo requer a ocorrência de um ciclo lítico, onde eventualmente pode haver o empacotamento de fragmentos de DNA da célula hospedeira, gerando partículas denominadas partículas transdutoras, que correspondem ao capsídeo viral contendo em seu interior DNA bacteriano. Embora não possam ser descritas como vírus, as partículas transdutoras exibem a capacidade de adsorção à superfície de outras células bacterianas. A freqüência com que um determinado gene é transferido é baixa, uma vez que cada partícula transdutora leva apenas um determinado fragmento de DNA. Transdução especializada: Evento raro, embora bastante eficiente. A etapa inicial corresponde à infecção e lisogenização do fago, que ocorre em sítios específicos do genoma. Pela ação de algum indutor (ex: UV) há a separação do fago do genoma (integração reversa), que normalmente ocorre perfeitamente. Entretanto, em alguns casos, essa separação é defeituosa, promovendo a remoção de genes bacterianos e deixando parte do genoma viral na célula.

24 Transdução generalizada

25 Transdução especializada

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