aula - genética bacteriana

Genética Genética

bacterianabacteriana

Dogma Central da Biologia Molecular Dogma Central da Biologia Molecular

DNA

RNA

Proteína

transcriçãotranscrição

traduçãotradução

Transcriptasereversa

NucleotídeosNucleotídeos

Dogma Central da Biologia Molecular Dogma Central da Biologia Molecular

DNA - fita dupla -

4 nucleotídeos

Adenina -Timina - Citocina -Guanina

RNA - fita simples -

4 nucleotídeos

Adenina - Uraci l- Citocina - Guanina

Proteína

sequência de 20 aminoácidos

transcriçãotranscrição

traduçãotradução

Gregor Mendel – Pai da Genética (1822-1884)Gregor Mendel – Pai da Genética (1822-1884)

Ervilha – Pisum sativum

1° lei de Mendel:

As características se segregam

Os genes se segregam

Trabalho descoberto no ano 1900

1928 – Frederick Griffith – Inglaterra – S. pneumoniae

Células S virulentas vivas

Células R avirulentas vivas

Células S virulentas mortas pelo calor

Células R vivas +

células S virulentas mortas pelo calor

Conclusão: Existe um princípio transformante

células S virulentas vivas

Evidências que o DNA é o material genético Evidências que o DNA é o material genético

1944 – O.T Avery, C. M. Mac Leod & M. Mc Carty

Conclusão: O DNA é o princípio transformante

Células S virulentas mortas

Células R avirulentas vivas

células S virulentas vivas

Dada a complexidade das proteínas e a simplicidade da estrutura do DNA composta apenas de 4 nucleotídeos, a maioria dos

cientistas estava convencida que os genes deviam ser compostos por proteínas. Assim, os resultados de Avery foram ignorados ou atribuídos a presença de contaminação do DNA com proteínas.

Aceitação na comunidade científica

Evidências sobre a estrutura de DNAEvidências sobre a estrutura de DNA

Estudando fotos do DNA através de difração de raios X, Rosalind Franklin foi capaz de mostrar que o DNA seria provavelmente uma hélice com duas ou três cadeias. Mas seriam duas ou três as cadeias?

Estrutura de DNA – Modelo de Watson & Crick – Estrutura de DNA – Modelo de Watson & Crick – início década 1950início década 1950

James Watson

Francis Crick

Modelo Watson e Crick - 1953Modelo Watson e Crick - 1953

Sulco maior

Sulco menor

Estrutura de DNAEstrutura de DNA

Duplicação de DNA – Conservativa ou semiconservativa? Duplicação de DNA – Conservativa ou semiconservativa?

Fita parental

Fita filha

1958 - Experiência de Meselson - Stahl

A duplicação de DNA é semiconservativaA duplicação de DNA é semiconservativa

1963 Cairns

Duplicação do cromossomo de E. coli

DuplicaçãoDuplicação de DNA de DNA

Microscopia eletrônica de células em duplicação com DNA marcado com radioatividade

1963 Modelo Cairns modelo theta - (letra grega)

Duplicação de DNADuplicação de DNA

O cromossomo de E. coli é circular.

Existe uma única origem de replicação em E. coli.

Genoma BacterianoGenoma Bacteriano

- Conjunto total de genes

- organizado em cromossomos

• Cromossomo:

- Estruturas contendo DNA, que transportam fisicamente a informação heteditária;

- Contêm os genes;

Genes

- segmentos de DNA que codificam os produtos funcionais - proteínas.

Genótipo X Fenótipo

Genótipo:

• Composição genética de um organismo;

• Propriedades potenciais;

Fenótipo:

• Manifestação do genótipo;

• Propriedades reais

Informação genética:

• Cromossomo

• Plasmídeos

• DNA fágico (fago)

• Transposons

Genoma Bacteriano

Funções:

Codificação de informações;

Variabilidade;

Hereditariedade;

Cromossomos:

- fita dupla circular

- aproximadamente 4.500 Kb

- apresentam informações essenciais a célula.

Plasmídeos:

- fita dupla circular ou linear

- tamanho: 2 a 200 Kb

- apresentam informações adicionais

Fertilidade;

Resistência a antimicrobianos, íons e metais pesados;

Produção de bacteriocinas;

Produção de toxinas;

Utililização de carboidratos.

• Plasmídeo F :

permite trocas genéticas por conjugação entre bactérias.

Bactéria com plasmídeo F faz ponte citoplasmática

(fimbria sexual) com outra bactéria e passa uma cópia do

plasmídeo.

Alguns até se integram ao cromossomo, mas isto é muito

raro. Se o plasmídeo conseguir se integrar ao

cromossomo haverá passagem somente de genes, pois a

fimbria sexual logo se quebrará.

• Plasmídeo R : Possui genes que promovem resistência

a antimicrobianos. Age como o plamídeo F.

• Plasmídeo bacteriocinogênico : produzem

bacteriocinas que matam outras bactérias.

Ex: E.coli - colicina;

Pseudomonas - piocinas.

Este mecanismo é para que as bactéria produtoras do

plasmídeo bacteriocinogênico prevaleçam no ambiente.

Transposons:

- pedaços lineares pequenos de DNA que se movem de um sítio

para outro no DNA celular ou entre o DNA de bactérias, de

plasmídeos e de bacteriófagos.

- São denominados de "genes saltadores".

- Incapazes de se duplicar independentemente.

- Codificam enzimas relacionadas à resistência a drogas e podem

causar mutações.

Elementos de transposição

Segmentos de DNA capazes de se transpor.

Prófago:

são vírus temperados que infectam bactérias, mas que

não causam sua lise (morte). Inserem-se no cromossomo

ou via plasmídeo e se multiplica normalmente com a

bactéria.

Colônias - ocorrem o fenômeno do monomorfismo (mesmas bactérias têm sempre as mesmas características, já que a reprodução é por divisão binária).

Variações

Variação Fenotípica: ocorrem variações em função do meio / ambiente. Assim que o estímulo cessa a bactéria retorna ao original.

Variações Genotípicas: evento não reversível. Pode acontecer pela presença de um plasmídeo, carreando novas características.

Variação Fenotípica

· Exemplo 1: a produção de cápsulas por Klebsiella

pneumoniae (bacilo GRAM negativo com cápsula) é

cessada por falta de açúcar no meio, mas não param a

multiplicação.

· Exemplo 2: raças de Corynibacterium difteriae

produzem toxinas o tempo todo, mas em presença de Fe 2+ há inibição.

· Exemplo 3: Proteus spp são extremamente móveis

(devido aos flagelos), o que dificulta o seu isolamento e

posterior estudo. Para resolver tal problema, usa-se

formol para inibir o crescimento de flagelo ou usa-se

anticorpos contra os flagelos.

Variação Genotípica

• Exemplo 1: a resistência a um antibiótico, a partir do

momento que a célula ganha um plasmídeo contendo o

gene de resistência a ampicilina.

O processo de variação genotípica pode acontecer

devido aos diferentes mecanismos de troca genética das

células e/ou através das mutações.

Mutações : alterações na sequência de bases nitrogenadas do DNA.

• Tipos de mutações:

- Espontânea - erro de replicação ou transcrição (falha no sistema reparo)

- Induzida - ocorre a partir de agentes químicos, físicos ou biológicos.

• Mutações induzidas podem gerar:

- Mutação positiva: benéfica

- Mutação negativa: deletéria

- Silenciosa: sem alteração fenotípica

1) Mutagênicos químicos

Análogos de base Ex: 5-bromouracil (análogo de T)Agentes químicos que reagem com o DNAEx: Ácido nitroso (grupos amina grupos hidroxila)Agentes alquilantes Brometo de etídio Inserção entre 2 pb 2) Mutagênicos físicosRadiações não ionizantes - UV (formação de dímeros de T) Radiações ionizantes - Raio X e gama (quebra da cadeia DNA)

3) Mutagênicos biológicos - Transposons e Bacteriófagos

TROCAS DE MATERIAL GENÉTICO

Variação genética

Transformação

- Díficil ocorrer in vivo

- Necessário DNA livre no meio extracelular

- DNA faz parte do material genético da bactéria – origina outra na

reprodução.

- Divisão binária - célula nova

- célula receptora = estado de competência.

Estado de competência

• Natural : Streptococcus pneumoniae

• In vitro : métodos físicos (eletroporação, biobalística)

Transferência de genes em bactérias Transferência de genes em bactérias

1- Transformação1- Transformação

Contato DNA livre – célula bacteriana

Griffith-1928

“Principio transformante”

1- Transformação1- Transformação

Integração do DNA no cromossomo bacteriano

Plasmídio livre no citoplasma bacteriano

1- Transformação1- Transformação

• E. coli - Insulina

- Bactéria recebe pedaços de DNA humano

- Gene que produz a insulina

- Bactéria passa a sintetizar hormônio

- Bactérias transgênicas

• E. coli - Mercúrio

- Bactéria recebe pedaços de DNA

- Gene especifícos para suportar altas

concentrações de mercúrio acumulado-o em

elevadas taxas (24x mais).

- Utilizado para limpar água contaminada com

mercúrio.

2- Conjugação2- Conjugação

Lederberg & Tatum - 1946

auxotrófica

auxotróficaprototrófica

Contato célula – célula

met+ bio+ thr+ leu+

2- Conjugação2- Conjugação

Contato célula – célula

auxotrófica1

auxotrófica2

Conclusão: A presença do filtro inibe a transferência de material genético

Ausência de crescimento em meio mínimo

Tubo U-Davis

2- Conjugação2- Conjugação

Conjugação

A bactéria que doa material genético não sofre modificação, já a receptora sai modificada.

Resistência a vários antibióticos – infecção hospitalar.

2- Conjugação2- Conjugação

Contato célula – célula

2- Conjugação2- Conjugação

Transdução

- Bacteriófagos - vírus que infectam bactérias;

- Material genético do vírus não pode promover a destruição da bactéria.

- Durante a reprodução assexuada, há formação de uma nova linhagem.

Transdução

Ciclo Lítico x Lisogênico

Fagos líticos:

o Muito agressivos;

o Transdução pouco eficiente;

Fagos temperados:

o Menos agressivos;

o Estado de lisogenia (prófago);

Ciclo lítico formação da partícula transdutora

Transdução

Partícula Transdutora (Capsídeo fágico + DNA clivado da

bactéria)

Altamente específica

Ex.: Corynebacterium diphteriae (gene da toxina diftérica)

3- Transdução 3- Transdução Zinder & Lederberg- 1952

auxotrófica 1 auxotrófica 2

Ausência de crescimento em meio mínimo

Presença de crescimento em meio mínimo

cepa 2 prototrófica

phe+ trp + met- his- phe- trp - met+ his+

phe+ trp+ met + his +

Conclusão: um agente filtrável seria responsável pelo aparecimento dos microrganismos prototróficos da cepa 2.

3- Transdução 3- Transdução

fago

fagosFago contendo genes bacterianos