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Genética bacteriana
Prof. Adj. Ary Fernandes Junior
Departamento de Microbiologia e Imunologia
IBB/UNESP
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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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Bactérias: Onde encontramos genes?????????
DNA Bacteriano, Plasmídios Replicons
DNA Fágico Transposons
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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)
- Azomonas x sacarose x cápsula
Morfológicas
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Variações Permanentes Com alterações no genoma)
(Alterações genotípicas)
DNA externo = DNA Exogenoto
-Transformação;
- Conjugação;
- Transdução
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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“Alteração brusca no material genético” “Alteração hereditária em uma sequência de bases do DNA”
Mutante
Natural (10-6 a 10-10 ) Adquirida ou Induzida (Agentes Físicos e Químicos)
MUTAÇÃO
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Klebsiella pneumoniae (Aspecto mucóide (molhado)
de colônias) Variação S R
Variação S (Smooth) R (Rough) em Klebsiella pneumoniae por mutação
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Modelo um passo (“one step”) (apenas um gen envolvido)
ex. estreptomicina
Modelo vários passos (“multi step”) (vários genes envolvidos)
ex. penicilina
Resistência à drogas antimicrobianas por mutação (Tipo 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 (R S) (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)
Pili (Gram negativa) Ponte de conjugação
(Gram positiva)
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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,
Metabólico, Col, Críptico, etc)
Obs. DNA cromossômico também pode ser transferido durante a conjugação.
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Plasmídeo R = Plasmídeo tipo conjugativo
Obs. Possivel perda do fator de resistência (“Cura”) (Repiques frequentes, uso de substâncias químicas, etc)
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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)