PLASMÍDIOS

GENÉTICA BACTERIANA
GENÉTICA – Ciência da hereditariedade; ciência que estuda os genes, como eles transportam a informação, como sua
informação é expressa e como são replicados e passados às gerações subseqüentes ou a outros organismos.
GENE – Gene é um seguimento de DNA, uma seqüência de nucleotídeos que codifica um produto funcional, usualmente
uma proteína.
DNA – O Ácido desoxirribonucléico (DNA) é um polímero de desoxirribonucleotídeos. Nas células, o DNA existe como uma
dupla-hélice - as duas fitas de DNA se enrolam em torno do eixo da hélice, sendo a orientação antiparalela; as duas fitas são
mantidas unidas por pontes de hidrogênio entre pares de bases nitrogenadas específicas: A = T e C  G. Toda a informação
genética de um organismos encontra-se acumulada na seqüência de linear das quatro bases.
 A maioria da informação genética de uma célula bacteriana está contida em unidades genéticas independentes que
apresentam capacidade de auto-replicação, cromossomo e plasmídios. Alguns genes podem estar contidos em
transposons, que não apresentam replicação autônoma.
CROMOSSOMOS – são estruturas celulares que transportam fisicamente a informação hereditária; contém a maior parte
das informações genéticas da célula bacteriana, incluindo genes essenciais para o crescimento celular.
 As bactérias são haplóides, pois possuem um único cromossomo circular constituído de uma única molécula de DNA com
proteínas associadas que regulam a atividade genética. O cromossomo é encontrado de forma altamente enovelada
(recurvado e dobrado), e está fixado à membrana plasmática.
 O cromossomo da E. coli possui 4,2 x 106 pares de bases
PLASMÍDIOS - Moléculas de DNA circulares, auto-replicativas e de localização extra-cromossômica. Tais elementos
genéticos são menores que o cromossomo.
 Plasmídios conjugativos - Plasmídio F (fertility) (Maiores que 30 kb) - Plasmídios capazes de autotransferência
por um mecanismo denominado conjugação e estão, presentes em somente uma ou duas cópias por célula.
 Plasmídios não conjugativos (menores que 10 kb) - não apresentam a característica de autotransferência de uma
célula bacteriana para outra; normalmente estão presentes em múltiplas cópias.
Os plasmídios conferem características associadas a funções especializadas, como por exemplo, resistência aos
antimicrobianos ou expansão de atividades metabólicas (utilização de novos substratos); sua presença, portanto, aumenta a
flexibilidade de resposta do organismo a mudanças do ambiente.
CARACTERÍSTICAS BACTERIANAS DETERMINADAS POR PLASMÍDIOS.
- Resistência a antibióticos e a metais (mercúrio e prata) – codificada por plasmídio R (fatores R). Muitos fatores R
contêm dois grupos de genes:
- Um grupo é denominado fator de transferência de resistência e inclui genes para replicação do plasmídio e
conjugação.
- O r-determinante, contém os genes de resistência; ele codifica a produção de enzimas que inativam certas drogas e
substâncias tóxicas.
- Capacidade de produzir substâncias antimicrobianas (bacteriocinas) – As bacteriocinas mais bem descritas são as
colicinas, produzidas por algumas linhagens de E. coli e codificadas por plasmídios Col.
- Capacidade metabólica extra – Fermentação de açúcares como lactose e sacarose, a hidrólise de uréia e a produção
de H2S. Capacidade de nodulação e fixação de nitrogênio em bactérias do gênero Rhizobium. A quebra de compostos
aromáticos - como tolueno e xileno – e de pesticidas, por bactérias do gênero Pseudomonas.
- Fatores de virulência – codificam toxinas e adesinas em determinada cepa de E. coli, toxina esfoliativa de
Staphylococcus aureus e neurotoxina do Clostridium tetani.
TRANSPOSONS – moléculas de DNA linear fita dupla móveis, apresentam a capacidade de mover-se (transpor) de um locus
para outro do cromossomo, ou para um plasmídio. Os transposons normalmente contém genes que codificam para enzimas
relacionadas a resistência a drogas antibacterianas. Apresentam grande importância nos mecanismos de variabilidade
genética, pois podem causar mutações nos genes em se inserem.
Gene da transposase
Gene repressor
Gene de resistência a
antibiótico
SIR
SIR
Tn1 - Ampicilina
Tn10 - Tetraciclina
FLUXO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA
Replicação
DNA
Transcrição
RNAm
Tradução
proteína
REPLICAÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO
Anteriormente à divisão celular bacteriana ocorre a replicação do DNA, que se inicia em uma região denominada
origem (ori), associada à membrana plasmática. A partir da origem, duas forquilhas de replicação deixam a origem em duas
direções postas, a replicação prossegue ao longo da fita de DNA em ambas as direções, seqüencialmente até o término.
Durante a replicação cromossômica as duas fitas do DNA parental são copiadas, originando moléculas filhas com
somente uma das fitas novas sintetizadas, processo denominado semiconservativo.
1. MUTAÇÃO
Mutação é uma alteração na seqüência de bases do DNA. Esta alteração nas bases de um gene muitas vezes causa
uma alteração no produto codificado pelo gene. Sendo denominado mutante a linhagem que carrega tal alteração.
 Mutações espontâneas -
podem ser causadas por erros durante a replicação ou interações aleatórias com o
ambiente.
Freqüência de mutação espontânea - 10-6 a 10-10, em uma população proveniente de uma única bactéria.
 Mutações induzidas - agentes mutagênicos aumentam a freqüência de mutações.
Agentes químicos
 análogo de bases nucleotídicas – 5-bromouracila (BrU) é incorporada no lugar de timina e pareia com guanina,
causando a substituição de um par de A-T por um par C-G.
 Agentes desaminantes - ácido nitroso – converte o grupo amina em grupo ceto. A desaminação da base adenina resulta
no pareamento com C, logo na substituição de um par A-T por C-G.
Agentes físicos
 Radiação ionizante (raiosX e ) – quebrando as ligações covalentes, produzindo radicais livres que podem destruir
as bases e, alterando os elétrons nas bases, alterando, portanto, as pontes de hidrogênio.
 Radiação não-ionizantes (radiação ultravioleta - UV) – Indução de ligação cruzada entre pirimidinas adjacentes. A
formação de dímeros resulta mais comumente em substituição de bases.
TIPOS DE MUTAÇÃO
a) Modificações tautoméricas – substituição de um par de bases por outro
b) Mutações que modificam a fase de leitura – alteram a estrutura de leitura de todas as trincas (codons) no gene após a
mutação.
PRINCIPAIS VARIAÇÕES FENOTÍPICAS CONSEQÜENTES DE MUTAÇÃO.
Morfológicas, auxotróficas – são incapazes de sintetizar um ou mais fatores de crescimento, resistência a drogas,
temperatura sensíveis e, etc.
2. MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO E TRANSFERÊNCIA GENÉTICA
Recombinação genética refere-se ao processo pelo qual moléculas distintas de DNA são combinadas em uma mesma
molécula, graças ao processo físico de quebra e ligação destas moléculas. A recombinação genética em procariotos ocorre
quando há introdução de fragmentos de DNA de uma célula doadora em uma célula receptora.
A transferência de fragmentos de DNA cromossômico e de plasmídios é altamente disseminada nos procariotos,
sendo uma das causas da notável diversidade genética observada nas bactérias. Os genes transferidos podem integrar-se ao
cromossomo bacteriano ou permanecer como elementos extracromossomais.
a) Transformação – células receptoras incorporam moléculas de DNA livres no meio.
doadora
DNA livre
receptora
Célula
transformada
b) Conjugação – envolve a transferência direta de plasmídios de uma célula doadora para uma célula receptora através de
uma fímbria sexual (pilus sexual - F).
doadora
receptora
F+
F-
Fímbria sexual
F+
F-
F+
F+
c) Transdução – transferência de DNA bacteriano é mediada por bacteriófagos
d) Conversão lisogênica / fágica - É o temo aplicado para propriedades bacterianas (fatores de virulência) como
resultado da expressão de genes de um profago. Ex.: Enterotoxina de Staphylococcus aureus, Toxina escarlatínica de
Streptococcus pyogenes, Toxina diftérica de Corynebacterium diphtheriae, Toxina botulínica de Clostridium botulinum.