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Genética bacteriana
Prof. Adj. Ary Fernandes Junior
Departamento de Microbiologia e Imunologia
IBB/UNESP
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.
Replicação do DNA
Replicação bidirecional de uma molécula circular de
DNA bacteriano
Bactérias: Onde encontramos genes?????????
DNA Bacteriano, Plasmídios Replicons
DNA Fágico Transposons
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
Variações Permanentes Com alterações no genoma)
(Alterações genotípicas)
DNA externo = DNA Exogenoto
-Transformação;
- Conjugação;
- Transdução
Mutação e Recombinação Genética
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
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
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
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.
“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
Klebsiella pneumoniae (Aspecto mucóide (molhado)
de colônias) Variação S R
Variação S (Smooth) R (Rough) em Klebsiella pneumoniae por mutação
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)
“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 (??????)
TRANSFORMAÇÃO (Griffith-1928) (Reversão Pneumocócica (R S) (Rough – Smooth)
“Incorporação de DNA solúvel” (Lise ou Liberação Espontânea)
(Plasmídeos são passíveis de transferência também)
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
Transformação
CONJUGAÇÃO (Tatum e Lederberg - 1947 - E.coli)
“Transferência através de comunicação entre as duas bactérias”
(Unidirecional)
Pili (Gram negativa) Ponte de conjugação
(Gram positiva)
Conjugação de Gram negativa
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)
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.
Plasmídeo R = Plasmídeo tipo conjugativo
Obs. Possivel perda do fator de resistência (“Cura”) (Repiques frequentes, uso de substâncias químicas, etc)
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.
Ciclo Lítico (vírus virulento)
Ciclo Lisogênico (vírus temperado)
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;
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)
Operon Lac de E. coli (Operon indutível)
Operon Lac de E. coli (Operon indutível)
Operon Lac de E. coli (Operon indutível)
Operon Trp de E. coli (Operon repressível)
Operon Trp de E. coli (Operon repressível)
Operon Trp de E. coli (Operon repressível)