Prof.Dr.Luis Carlos Figueira de Carvalho

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Genética Bacteriana

Genética Bacteriana

Introdução

Em colônias ocorrem o fenômeno do monomorfismo (mesmas bactérias têm sempre as mesmas características, já que a reprodução é por divisão binária), mas também existem algumas bactérias que apresentam características diferentes.Isso pode acontecer através de 2 mecanismos: a variação fenotípica e a variação genotípica.

Variação fenotípica

Conceito de fenótipo: tudo aquilo que se manifesta no ser vivo.

Em casos de variações fenotípicas, não ocorre alteração genética e as variações ocorrem em função do meio ambiente. Assim, cessado o estímulo, a bactéria volta a ser o que era antes.

    · 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

É importante considerar os seguintes itens:

    • A variação genotípica é um evento bacteriano não  reversível.

    • As bactérias são haplóides, sendo o cromossomo bacteriano único e circular e formado por dupla fita de DNA espalhado no citoplasma (sem carioteca).

    • Normalmente a duplicação de DNA é sincrônico com a divisão celular.

    • Os plasmídeos de DNA podem ou não estar presentes, conferindo novas características às bactérias que os possuem. Os plasmídeos são bem menores que os cromossomos e são capazes de se duplicar independentemente do cromosssoma bacteriano.

    • 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 (R= resistência): Possui genes que promovem resistência a antimicrobianos. Age como o plamídeo F.

    • Plasmídeo bacteriocinogênico: produzem bactericinas que matam outras bactérias. Ex: E.coli produzem a colicina; Pseudomonas produzem a 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". Não são capazes de se duplicar independentemente. Codificam enzimas relacionadas à resistência a drogas e podem causar mutações. Em sua terminação possuem sequências palindrômicas.

    • 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. Entretanto, entra em um ciclo lítico (ciclo lisogênico ) para manter sua espécie.

    • Mutação espontânea: se dá por tautomerização das bases do DNA. Tautomerização da timina da forma cetônica para a enólica (muda adenina para guanina ocorrendo erro de replicação). Pode haver tautomerização induzida através e análogos de timina que causarão maior enolização e maior porcentagem de erros na replicação. Pode ser ou não compatível com a vida.

    • Transferência de material genético entre as bactérias: pode ocorrer de 3 formas: Conjugação; Transdução e Transformação.

        a. Conjugação:

É o cruzamento entre duas bactérias durante a qual o DNA é transferido da célula doadora para a receptora e é controlado pelo plasmídeo F que carrega os genes que codificam as proteínas necessárias à conjugação (mais importante - pilina, que é o pilus sexual).

        b. Transformação:

É a transferência do DNA de uma célula para outra, sendo raro in vivo. Pode ocorrer das seguintes formas: pode-se extrair DNA de um tipo de bactéria e introduzi-lo em uma bactéria geneticamente diferente; ou uma bactéria que foi morta pode liberar seu conteúdo genético e este ser captado por outra bactéria. Ex:Streptococos pneumoniae, em que a mistura das bactérias que fazem cápsula com extrato das que não fazem resulta na capacidade de síntese de cápulas pelas últimas.

        c. Transdução:

É a transferência de DNA através de vírus bacterianos, podendo ser de dois tipos: generalizado (vírus carrega um segmento de qualquer região do cromossomo bacteriano) e especializado (maioria dos fagos temperados possuem sítios específicos de integração do DNA bacteriano. Assim, os genes celulares transduzidos são geralmente específicos para aquele vírus). Ex. um bacteriófago ao fazer sua cápsula no interior da bactéria pode juntar ao seu material genético pedaços do material genético da bactéria. Assim, quando for infectar outra bactéria trará para dentro dela material genético de outra célula bacteriana.

    • Conversão fágica: DNA do fago dá capacidade à bactéria de sintetizar substâncias. Ex: Clostridium botulinum (toxina botulínica), Corynebacterium diphteridae (toxina diftérica), Streptococos pyogenius (toxina eritrogênica).

    • Pressão seletiva: uso indiscriminado de antibióticos causa uma enorme seleção. Em hospitais a pressão seletiva é algo gravíssimo. Se houvesse uma parada do uso prolongado de antibióticos, poderia-se selecionar as bactérias sensíveis por falta de uso dos genes de resistência. Entretanto tal medida não é tomada pois vai contra os interesses econômicos de muitas indústrias farmacêuticas.

 

Referências Bibliográficas

1. Microbiologia médica; décima oitava edição; Ernest Jawetz,George Brooks, Joseph Melnick,Janet Butel,Edward Adelberg, L. Nicholas Ornston; editora guanabara koogan

 

QUESTÕES

1. Os processos de recombinação genética bacteriana, mediada pelos píli sexual e bacteriófagos são, respectivamente: a) Conjugação e transdução; b) Conjugação e transformação; c) Transformação e conjugação; d) Transdução e transformação; e) Transdução e conjugação

2. Mecanismo de transferência genética entre bactérias no qual o DNA dador é DNA livre no ambiente que circunda a bactéria receptora(ex. plasmídeo): a) Transdução; b) Conjugação; c) Transformação; d) Mutação; e) Todas estão corretas

3. Mecanismo de transferência genética entre bactérias no qual o DNA dador, que consiste em fragmentos de DNA bacteriano, é introduzido na célula receptora através de um vector, que é um bacteriófago (vírus que infecta bactérias): a) Transdução; b) Conjugação; c) Transformação; d) Mutação; e) Todas estão corretas

4. Processo unidireccional de transferência de informação genética entre bactérias, que ocorre de uma bactéria dadora ( F+) para uma receptora (F-), através de um canal citoplasmático (pili sexual) entra as duas células: a) Transdução; b) Conjugação; c) Transformação; d) Mutação; e) Todas estão corretas

5. Os mutantes bacterianos  com síntese defeituosa de um componente essencial  para seu requerimento nutricional, chama-se: a)  Mutante R; b) Mutante auxotrófico; c) Mutante quimiotrófico; d) Mutante heterotrófico; e) Mutante metabólicos 

6. Em relação a genética bacteriana, considere as seguintes afirmativas: I - Em colônias ocorrem o fenômeno do monomorfismo (mesmas bactérias têm sempre as mesmas características, já que a reprodução é por divisão binária), mas também existem algumas bactérias que apresentam características diferentes; II - Em casos de variações fenotípicas, ocorre alteração genética e as variações ocorrem em função do meio ambiente. Assim, cessado o estímulo, a bactéria volta a ser o que era antes; III - As bactérias são haplóides, sendo o cromossomo bacteriano único e circular e formado por dupla fita de DNA espalhado no citoplasma (sem carioteca). Conclui-se que: a) Somente as afirmativas I e II estão corretas; b) Somente as afirmativas I e III estão corretas; c) Somente as afirmativas II e III estão corretas; d) Somente a afirmativa  II está correta; e) Todas afirmativas estão corretas.

7. Em relação a genética bacteriana, considere as seguintes afirmativas: I -A variação genotípica é um evento bacteriano reversível; II - As bactérias são haplóides, sendo o cromossomo bacteriano único e circular e formado por dupla fita de DNA espalhado no citoplasma (sem carioteca); III - Normalmente a duplicação de DNA é sincrônico com a divisão celular. Conclui-se que: a) Somente as afirmativas I e II estão corretas; b) Somente as afirmativas II e III estão corretas; c) Somente as afirmativas I e III estão corretas; d) Somente a afirmativa  II está correta; e) Todas afirmativas estão corretas.

8. Em relação aos transposons, é incorreto afirmar: a) São 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; b) São denominados de "genes saltadores"; c) São capazes de se duplicar independentemente; d) Codificam enzimas relacionadas à resistência a drogas e podem causar mutações; e) Em sua terminação possuem sequências palindrômicas; 

 

QUESTÕES DISCUSSIVAS

  1. Características como resistência a drogas e fatores de virulência podem passar de uma bactéria para outra bactéria (da mesma ou de espécie diferente). Descreva os 3 principais mecanismos de recombinação genética. RESP = A) TRANSFORMAÇÃO . Mecanismo de transferência genética entre bactérias no qual o DNA dador é DNA livre no ambiente que circunda a bactéria receptora(ex. plasmídeo); B) TRANSDUÇÃO - Mecanismo de transferência genética entre bactérias no qual o DNA dador, que consiste em fragmentos de DNA bacteriano, é introduzido na célula receptora através de um vector, que é um bacteriófago (vírus que infecta bactérias).C) CONJUGAÇÃO - Processo unidireccional de transferência de informação genética entre bactérias, que ocorre de uma bactéria dadora ( F+) para uma receptora (F-), através de um canal citoplasmático (pili sexual) entra as duas células.
  2. O que são estirpes Hfr? RESP = São estirpes com alta frequência de recombinação (High frequency recombination) para certos genes cromossómicos, devido à integração do plasmídeo F no genoma bacteriano.
  3. Como são transferidos os genes cromossómicos pelas estirpes Hfr?  RESP = O local IS e a orientação de inserção de F determinam quais os genes cromossômicos transferidos e qual a ordem de transferência. Quando a conjugação ocorre entre uma célula Hfr e uma célula F-, inicia-se a transferência de uma das cadeias do cromossoma de Hfr para a célula receptora (F-). Verifica-se na célula receptora a recombinação genética com a troca de DNA (por crossing-over) nos pontos de homologia.
  4. O que são estirpes F’? RESP = São estirpes bacterianas contendo um plasmídeo F que transporta um ou mais genes cromossômicos bacterianos. Os únicos genes cromosômicos que transferem durante a conjugação são aqueles que foram integrados no plasmídeo. O plasmídeo F pode existir numa população bacteriana integrado no genoma do hospedeiro ou livre no citoplasma . A integração faz-se por recombinação sítio-específica e, por vezes, na excisão o plasmídeo transporta alguns genes cromossômicos; a célula bacteriana resultante denomina-se F’.
  5. Cite cinco tipos de mutantes bacterianos. RESP = a) auxotrófico, b) resistência a drogas, c) Morfologico, d) Fisiológico. e) virulência
  6. No processo de transferência genética as bactérias podem se tornar Hfr. Qual o significado biológico deste fato? RESP = Disseminação dos genes na natureza com maior intensidade, pois os genes estão integrados ao cronmossômos
  7. No processo de transformação (recombinação genética)  a  captação direta de DNA doador por células receptoras depende de sua competência para transformação.  pouco comum a ocorrência natural  desta propriedade entre bactérias, e algumas dessas cepas são passíveis de transformação apenas na presença de : ......................................... RESP = Proteinas ligadoras de DNA
  8. Uma acadêmica de biologia isolou uma bactéria do ambiente e semeou em duas placas contendo meio de cultura, uma (placa A) com metionina e penicilina e outra (placa B), sem metionina e com streptomicina. Incubou a 37ºC por 48 horas e observou que houve crescimento somente na placa B. Que conclusão pode tirar em relação as características fenotípicas desta bactéria? Que tipo de experimento pode realizar para demonstrar o processo de recombinação genética?
  1. Descreva sucintamente a molécula de DNA em bactérias e cite suas funções. RESP= O DNA em bactérias é uma macromolécula em forma de uma dupla fita circular, com um comprimento de aproximadamente 1.100mm, altamente empacotado e dobrado para se manter dentro da célula, que mede de 1 a 2 mm de comprimento.O DNA possui em vários organismos as mesmas propriedades ou funções, as quais incluem capacidade de replicação e transmissão das moléculas hereditárias durante a divisão celular.
  2. Defina plasmídios.  RESP= Plasmidios são moléculas extracromossomais circulares de DNA encontradas em muitas espécies bacterianas e em algumas espécies de eucariotos. Os plasmídios não são indispensáveis para a célula, mas podem lhe conferir vantagens seletivas , por exemplo, podem possuir a informação para a degradação de certos substratos, resistência a um antibiótico ou a um metal pesado.
  3. O que são Transposons ?   RESP= Levando em consideração que o DNA não é estável, transposons são os segmentos móveis de DNA em bactérias, que são movimentados( transpostos) em baixa frequência dentro do cromossomo.
  4. Quais são os principais processos responsáveis pela diversidade genética em bactérias? RESP = A mutação e a recombinação genética.; A recombinação genética é mais eficiente e mais rápida que a mutação. Existem três tipos de recombinação: Transformação, conjugação e transdução. Enquanto que a mutação pode ser induzida ou natural ou em outra classificação, pontual ou deslocamento.
  5. Cite duas variações fenotípicas conseqüentes das mutações e indique o mutante.   RESP = a) Resistência a drogas- Mutantes que exibem diferente tolerância a drogas como antibióticos e quimioterápicos. Ex.: PENr e PENs, resistente a penicilina e sensível a penicilina. O resistente é o mutante. b) Auxotróficos- São incapazes de sintetizar um ou mais fatores de crescimento, como aminoácidos, purinas pirimidinas, vitaminas. Ex.: LIS- e LIS+, incapaz de produzir lisina(-) e capaz de produzir lisina(+). O incapaz é o mutante
  6. Discorra sobre Recombinação gênica. RESP=A recombinação gênica vem garantir que diferentes combinações de genes sejam possíveis. Como já foi dito os mecanismos que permitem a recombinação são: conjugação, transformação, trasndução. A recombinação se dá por um conjunto de processos que produzem rearranjos entre genes e partes desses genes.
  7. Fale sobre o processo de transformação. RESP = Foi o primeiro processo a ser estudado. Processo no qual o DNA livre no meio, que geralmente é de uma bactéria morta, é tomado pela célula, resultando em alterações genotípicas desta.
  8. Defina o processo de Transdução. RESP= É o processo no qual o DNA bacteriano é transferido entre células mediado por um vírus.  
  9. Defina Conjugação bacteriana. Resp= É o mecanismo de transferência de informação genética que requer contato entre células. Este intercâmbio implica transferência de molécula de DNA extracromossômica, um plasmídio.
  10. Qual a primordial diferença entre Conjugação e Transformação? RESP=Consiste no contato, que para a conjugação é indispensável, pois é através de uma ponte citoplasmática(pile sexual) que o material vai ser trasnferido. A transformação não precisa de contato.

 

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