Fundamentos de GENÉTICA BACTERIANA. Profa Francis Moreira Borges

Transcrição

1 Fundamentos de GENÉTICA BACTERIANA Profa Francis Moreira Borges

2 As bactérias possuem material genético, o qual é transmitido aos descendentes no momento da divisão celular. Este material genético não está contido dentro de um núcleo, portanto o genoma destes microrganismos está disperso no citoplasma. ORGANIZAÇÃO DO GENOMA BACTERIANO O genoma bacteriano está condensado e organizado em uma estrutura denominada NUCLEÓIDE. NUCLEÓIDE ou CROMOSSOMO BACTERIANO: constituído, geralmente, por uma única molécula de DNA fita dupla, circular, não delimitado por membrana nuclear, tamanho variando entre 500 a kb e é capaz de auto-duplicação. Não contém introns e seus genes contém todas as informações necessárias à sobrevivência da célula. Possuem apenas uma cópia de seu cromossomo, sendo portanto haplóides.

3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA BACTERIANO GENE: sequência de nucleotídeos do DNA que é expresso em um produto funcional, ou seja, molécula de RNA e proteína. 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. Transcrição Tradução DNA RNA PROTEÍNA

4 cv Transcrição de genes independentemente expressos cada gene é precedido por um promotor (Pr). A transcrição destes genes resulta na síntese de diferentes RNAs, um para cada gene RNAs monocistrônicos cv Transcrição de genes coordenadamente expressos o conjunto de genes forma um operon e é precedido por um único promotor (Pr). A transcrição destes genes resulta na síntese de um único RNA contendo a informação genética correspondente a todos os genes integrantes do operon RNA policistrônicos

5 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 cromossômico bacteriano é semi-conservativa, simétrica e bidirecional, a partir de uma origem única (oric). O processo requer enzimas, tais como as girases, helicases, primases, polimerases, ligases e topoisomerases. A direção da síntese é sempre no sentido 5 3.

6 FLUXO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA

7 Estrutura dos ribossomos bacterianos: A unidade S expressa unidades Svedberg e representa uma medida da taxa de sedimentação das subunidades na ultracentrifugação, relacionada com a massa molecular e estrutura tridimensional. RNAr eucariota: 80S (60S e 40S)

8 Elementos genéticos extracromossomais Esquema de um plasmídio 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.

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17 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.

18 Integrons Um integron inclui: Um gene codificador de uma integrase; Um sítio adjacente de recombinação; Uma região promotora, utilizada na expressão dos genes componentes do cassete; Um ou mais cassetes de genes Segmentos de DNA fita dupla, geralmente menores que os transposons; não autoduplicam. Capturam genes de resistência a drogas do citoplasma. Ocorrem sobre transposons e podem ser transferidos ligados a eles, aos plasmídios e aos cromossomos.

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20 Variações fenotípicas X variações genotípicas Variações Fenotípicas 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).

21 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

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26 Variabilidade genética vertical associada à mutação

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

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29 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

30 Transformação: incorporação de DNA livre, geralmente decorrente da lise celular Na natureza, o processo ocorre quando uma célula sofre lise, liberando seu DNA. Este, por ser de grande tamanho tende a sofrer fragmentação e outras células podem absorver alguns fragmentos. 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.

31 Experimento de Griffith - Frederick Griffith, 1928 Evidência da transformação bacteriana (pneumococos) As bactérias não-encapsuladas foram transformadas em encapsuladas. Experimentos subseqüentes comprovaram que o fator de transformação era DNA.

32 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 de tais 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 pili F, responsável pelo reconhecimento, contato entre as células e a transferência do DNA plasmidial.

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34 Eventualmente, os plasmídeos podem ser integrados no cromossomo, sendo este processo mediado por pequenas seqüências de DNA denominadas IS (insertion sequences). As células apresentando tais plasmídeos integrados são denominadas Hfr. Quando integrados, esses plasmídeos podem mobilizar a transferência de genes cromossomais também. A conjugação pode ser de dois tipos: entre células F+ e F-, resultando em duas células F+ e entre células Hfr e F-, resultando em uma célula Hfr e outra F-. Nos dois processos, acredita-se que o mecanismo provável de transferência do DNA seja pelo círculo rolante, onde apenas uma das fitas é transferida, sendo a fita complementar sintetizada pela célula receptora.

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36 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.

37 Transdução generalizada

38 Transdução especializada

39 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. - a bactéria recebe um gene que codifica uma toxina, sendo este gene de origem viral. Ex: Corynebacterium diphtheriae

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