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Genética bacteriana
Prof. Adj. Ary Fernandes Junior
Departamento de Microbiologia e Imunologia
Instituto de Biociências – UNESP
Tel. 14 3880.0412
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Visão geral da construção de uma célula recombinante e alguns exemplos de sua aplicação
Genes pertencentes a uma determinada célula de um organismo podem ser inseridos e expressos em células de
outro organismo. Células geneticamente modificadas podem ser utilizadas para produzir uma grande variedade
de produtos úteis.
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Replicação do DNA
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Replicação bidirecional de uma
molécula circular de DNA bacteriano
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Replicação bidirecional de uma molécula circular de DNA
bacteriano
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Bactérias: Onde encontramos genes?????????
DNA Bacteriano, Plasmídios, DNA Fágico, Transposons
Replicons
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Variações Temporárias (Sem alterações no genoma)
(Alterações Fenotípicas)
- Produção de beta galactosidase quando tem lactose no meio
(regulação gênica)
Fisiológicas
-Serratia marcescens: 37º C – sem pigmento 25º C – vermelhas,
-Bacillus sphaericus: 2% peptona (células vegetativas)
0,1% peptona (esporos)
-Gram positivos: Culturas novas – cels. azuis
Cultura velhas – cels. vermelhas,
- Azomonas x sacarose x cápsula
Morfológicas
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Variações Permanentes Com alterações no genoma)
(Alterações genotípicas)
Mutação e Recombinação Genética
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Ahmed ety al. Nature Reviews Microbiology 6, 387-394 (May 2008)
A absorção de elementos genéticos móveis (fagos, plasmídeos de virulência, ilhas de patogenicidade), e perda de
porções de DNA-cromossômico em linhagens distintas de E. coli, possibilitou surgimento de clones de diferentes
patotipos de E. coli associados a sintomas de doenças específicas.
LEE - locus of enterocyte effacement; PAIs - pathogenicity island; pEAF - enteropathogenic E. coli adhesion factor
plasmid; pENT- enterotoxin-encoding plasmids; Stx - Shiga-toxin-encoding bacteriophage.
(ETEC – Enterotoxigênica E. coli)
(EIEC – Enteroinvasiva E. coli)
(UPEC-Uropatogênica E. coli)
(EPEC – Enteropatogênica E. coli)
(EHEC – Enterohemorrágica E. coli)
(atualmente já se fala em STEC)
E. coli comensal
Plasmídeos Ilhas de patogenicidade
Outras E. coli
-APEC
-NMEC,
-STEC, etc
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1. População de uma bactéria
em processo de multiplicação
minutos , horas, dias, meses
tempo
2. Processo de crescimento e divisão
produzem naturalmente células
mutantes
3. População continua multiplicação, e
originando ocasionalmente, mais
células mutantes
Células são expostas a um
composto antimicrobiano
Pressão seletiva
4. Células são mortas ou impedidas de
multiplicação pela antimicrobiano com exceção
dos mutantes resistentes ao antimicrobiano
específico.
5. Os mutantes continuam com o crescimento
na presença do antimicrobiano e iniciam
dispersão pelo ambiente
Variação permanente resultante de Mutação
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Mutação cria variação
Mutação desfavorável é
selecionada contra
Ocorre reprodução e mutação
Com a mutação favorável é
provável que o mutante
sobreviva...
....e se reproduza
Variação permanente
resultante de Mutação
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Variação permanente resultante de Recombinação Genética
1. Duas populações bacterianas A e B
crescem em um mesmo ambiente. A
espécie B é resistente a droga X.
2. Troca de DNA (elementos genéticos móveis)
ocorre entre células em baixa frequência.
3. Células da espécie A recebem o gen de
resistência a droga X, presente no elemento
genético móvel da espécie B.
Pressão seletiva
Bactérias são expostas a
droga X.4. Na presença da droga X, as células da
espécie A que receberam gen da resistência
da espécie B são capazes de multiplicar-se
enquanto que as células originalmente
sensíveis não multiplicam-se.
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MUTAÇÃO
“Alteração brusca no material genético”
“Alteração hereditária em uma seqüência de bases
do DNA” Mutante
Natural (10-6 a 10-10 )
Adquirida ou Induzida (Agentes Físicos e Químicos)
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Klebsiella pneumoniae
(Aspecto mucóide
(molhado)
de colônias)
Variação S R
Variação S (Smooth) R (Rough) em K. pneumoniae
por mutação
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Resistência à drogas antimicrobianas por mutação
(Tipo Cromossômica)
Mutação
Resistente a 500 g
Bactéria sensível a estreptomicina (1 g)
Modelo de um passo (“one step”)
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Bactéria sensível a Penicilina (1 g)
Mutação
Resistente a 10 g
Resistente a 20 g
Mutação
Resistente a 50 g
Mutação
Modelo de vários passos (“multi step”)
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Tipos de Resistência Cromossômica
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“Moléculas distintas de DNA são combinadas numa
mesma molécula, graças a um processo físico de
quebra e ligação destas moléculas”
RECOMBINAÇÃO GENÉTICA: Doadora Receptora
DNA externo = DNA Exogenoto Destinos
possíveis (? )
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TRANSFORMAÇÃO (Griffith-1928)
(Reversão Pneumocócica (RS) (Rough – Smooth)
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“Incorporação de DNA solúvel” (Lise ou Liberação Espontânea)
(Plasmídeos são passíveis de transferência também)
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Condições para ocorrer a transformação
DNA homólogo,
Dupla fita e PM elevado (105 a 107),
Meio sem DNAase
(DNA solúvel, Qualquer momento, Determinado estágio
do ciclo celular, Condições Especiais)
Bactéria Receptora em Estado de Competência Fisiológica
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Transformação
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CONJUGAÇÃO (Tatum e Lederberg - 1947 - E.coli)“Transferência através de comunicação entre as duas bactérias” ( Unidirecional)
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Pili (Gram negativa) Ponte de conjugação
(Gram positiva)
Conjugação bacteriana
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Conjugação de Gram negativa
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Enterococcus faecalis pheromone-responsive conjugative system.
Pheromone A released from the potential recipient cell (right) interacts with plasmid A in the potential donor cell (left) to induce synthesis of
aggregation substance. Attachment of aggregation substance to binding substance causes the cells to clump into visible aggregates. Once
the pheromone-responsive plasmid A has transferred from donor to recipient cell, synthesis of pheromone A is shut off.
Doadora Receptora
Conjugação de Gram positiva
Adaptado de Murray, B.E. (1998)
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Processo mediado por Plasmídeos (Ex. Plasmídeo
R=Resistência à drogas, F=Fertilidadede,
Virulência, Col, Metabólico, Críptico, etc)
Obs. DNA cromossômico também pode ser
transferido durante a conjugação.
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Plasmídeo
conjugativo
Plasmídeo R
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TRANSDUÇÃO ( Zinder e Lederberg - 1952)
Transferência (DNA bacteriano e Plasmídios) ocorre por meio de um vírus (Bacteriófago)
Um fago infecta a célula
bacteriana doadora
O DNA e proteínas do fago são produzidos, e o DNA
bacteriano quebrado em fragmentos.
Ocasionalmente, durante a montagem do fago, fragmentos
do DNA bacteriano são empacotados no capsídeo do fago.
Então a célula doadora é lisada e as partículas de fago são
liberados.
Um fago carreando o DNA bacteriano
infecta a nova célula hospedeira, a célula
receptora.
A recombinação pode ocorrer, produzindo
uma célula recombinante com um
genótipo diferente da célula doadora e da
célula receptora.
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Ciclo Lítico
(vírus virulento)
Ciclo Lisogênico
(vírus temperado)
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Transposon Genes Saltadores, Elementos Móveis
ou “Jumping genes”
Codificam Resistência a
Drogas, Síntese de Toxinas e
Enzimas Degradantes.
Encontrados tanto em DNA
cromossômico como em
Plasmídios
Tem sequência (de Inserção)
que codifica enzima
Transposase (Transposição )
Interfere com sequência
linear do gene
Mutação, Inativação ou
Quebra;
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Interação entre DNA e Proteínas Reguladoras
Regulam síntese de RNAm e Atividade de enzimas
específicas
Regulação da Expressão Gênica
Evitar síntese desnecessária de metabólitos,
desperdício energético, acúmulo intracelular de
metabólitos tóxicos.
(Ex. Operon Lac em E.coli ( Operon Indutível);
Operon Trp de E. coli (Operon repressível)
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Operon Lac de E. coli (Operon indutível)
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Operon Lac de E. coli (Operon indutível)
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Operon Lac de E. coli (Operon indutível)
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Operon Trp de E. coli (Operon repressível)
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Operon Trp de E. coli (Operon repressível)
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Operon Trp de E. coli (Operon repressível)