Cromossomo bacteriano

UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E
IMUNOLOGIA
Genética Bacteriana
Disciplina: Biologia de Microrganismos
Professora: Alessandra Machado
Genética Bacteriana
 As bactérias possuem material genético que é transmitido aos descendentes
no momento da divisão celular.
 Este material genético não está contido dentro de um núcleo, portanto o
genoma destes microrganismos está disperso no citoplasma.
ORGANIZAÇÃO DO GENOMA BACTERIANO
 O genoma bacteriano está condensado e organizado em uma estrutura
denominada NUCLEÓIDE.
A informação genética pode ser utilizada de duas formas
DNA
Componentes do DNA
Purinas
Adenina
Guanina
Pirimidinas
Timina
Citosina
Bases nitrogenadas
Ligação glicosídica – entre átomo
C1 do açúcar e átomo N das bases
Ligação fosfodiéster
Estrutura química do DNA fita simples
Ligações de hidrogênio
Ligações de hidrogênio
Ligações de hidrogênio
Estrutura química do DNA fita dupla
Antiparalelas
Complementares
Cromossomo Bacteriano
Cromossomo: elemento genético que carreia os genes essenciais à função
celular.
Gene: unidade de hereditariedade, um segmento de DNA que especifica uma
proteína ou um RNA.
Cromossomo bacteriano
 Molécula de DNA dupla fita circular;
 Disperso no citoplasma;
 Todas as informações essenciais para a sobrevivência da
célula;
 Possui apenas uma cópia de seu cromossomo, sendo portanto
haploides.
Elemento genético extracromossomal
 Moléculas de DNA dupla fita





Circulares;
Menores que os cromossomos;
Auto-duplicam (independentemente do cromossomo);
Muitas bactérias (Gram positivas e Gram negativas)
Carregam informação genética não essencial a célula, mas podem prover
uma vantagem seletiva.
Ex.: genes de resistência a antibióticos, toxinas.
Elementos celulares envolvidos na genética bacteriana
DNA móvel: elementos transponíveis
Transposons
 São elementos que mudam de posição dentro do genoma.
 Podem estar presentes no cromosssomo ou no plasmídeo.
 Também chamados de “genes saltadores”.
 Podem afetar a expressão de outros genes.
 Não se auto-duplicam.
 Molécula de DNA dupla fita com extremidades repetidas e
invertidas;
Transposons
Genes de transposição
Ex: gene de resistência a
um antibiótico
 Podem afetar a expressão de outros genes (rearranjo cromossomal)
Variabilidade genética
-Evolução e adaptação
Alterações Genotípicas:
• Alterações na sequência dos pares de bases.
• Através dos processos de mutação e mecanismos de
recombinação.
1. Mutação: alteração na sequência de bases do DNA sem
aquisição de genes de outro microrganismo.
2. Recombinação genética: alteração no genótipo que ocorre
pela aquisição de material genético de outro microrganismo.
MUTAÇÃO
RECOMBINAÇÃO
Processo vertical;
 Processo horizontal;
 Ocorre durante a
 Ocorre durante os processos
replicação do cromossomo de transformação, transdução
bacteriano
ou conjugação

1. Mutação
 Geralmente resultante de deleção, inserção ou substituição
de um ou mais nucleotídeos.
 Esta alteração genética pode modificar o produto (proteína).
 As
mutações
podem
ser
neutras
ou
silenciosoas,
desvantajosas ou benéficas.
 Erro que ocorre durante a replicação do material genético
que pode ser espontâneo ou induzido.
1. Mutação
• Espontânea – Ocorre naturalmente sem a adição de um agente
mutagênico específico, geralmente decorrente de erros
cometidos pela DNA polimerase (enzima que sintetiza DNA
durante a replicação).
• Induzida – Resultado da exposição do microrganismo a um
agente mutagênico que é capaz de introduzir danos ou
alterações no DNA.
*físico – radiações UV
*químico – nitrosoguanidina, óxido nitroso
1. Mutação
• Pontual: envolve um único par de bases.
• Mutação por inserção: ganho de pares de bases.
• Mutação por deleção: perda de pares de bases.
2. Recombinação genética
 Requer transferência de material genético de uma
bactéria para outra (transferência horizontal de genes).
 Embora as mutações sejam responsáveis pela expressão de várias novas
características por uma célula, muitos fenótipos procarióticos são
decorrentes da aquisição de novos fragmentos de DNA, por meio de
processos de transferência horizontal de genes.
Mecanismos de recombinação genética bacteriana
Transformação
Conjugação
Transdução
Transformação
 Incorporação de DNA livre, geralmente decorrente da lise
celular
 Algumas bactérias são naturalmente transformáveis (competentes).
 Na natureza, o processo ocorre quando uma célula sofre lise, liberando seu DNA. Este,
por ser de grande tamanho tende a sofrer quebras, originando centenas fragmentos
pequenos. Como uma célula absorve poucos fragmentos, apenas uma pequena
proporção de genes podem ser transferidos.
Transformação
Transformação:
Com cápsula: patogênica
o Frederick Griffith: Streptococcus pneumoniae
Sem cápsula: não patogênica
o 4 experimentos:
• S. pneumoniae capsuladas vivas em camundongos vivos ->Camundongos
morreram!
• S. pneumoniae sem cápsula vivas em camundongos vivos ->Camundongos
não morreram!
• S. pneumoniae capsuladas mortas em camundongos vivos -> Camundongos
não morreram!
• S. pneumoniae sem cápsula vivas e S. pneumoniae capsuladas mortas em
camundongos vivos. ?????
As bactérias não-encapsuladas vivas absorveram material genético das encapsuladas mortas pelo calor e
passaram a produzir cápsula, o que lhes conferiu a capacidade de causar doença. As bactérias não-encapsuladas
foram transformadas em encapsuladas.
Conjugação
 Processo de transferência de DNA de uma bactéria para outra que
envolve o contato entre as duas células.
Conjugação
 A conjugação está associada à presença de plasmídeos F. Estes plasmídeos
contêm genes que permitem a transferência do DNA plasmidial de uma
célula para outra.
 Célula F+: célula portadora do plasmídeo F
 Célula F-: célula não portadora do plasmídeo F
Conjugação
Etapas da
conjugação
-
Formação de pares específicos
Conexão celular
Mobilização do fator F
Transferência do fator F
Eventualmente, os plasmídeos podem ser integrados no cromossomo. As células
apresentando tais plasmídeos integrados são denominadas Hfr.
Quando integrados, esses plasmídeos podem mobilizar a transferência de genes
cromossomais também.
Transdução
 Transferência de material genético mediada por vírus
(bacteriófagos).
 Pode ser transdução generalizada (qualquer fragmento de DNA)
ou especializada (genes específicos).
Célula de Escherichia coli
Bacteriófago
Cromossomo de E. coli
Forma circular do cromossomo do fago
Ciclo lítico
Ciclo lisogênico
Recombinação
sítio-específica
Replicação
Profago
Montagem
Lise
Transdução generalizada
Requer ciclo lítico – adsorção, penetração,
replicação, montagem e liberação
- pode haver o empacotamento de
fragmentos de DNA da célula hospedeira,
gerando partículas denominadas partículas
transdutoras, que correspondem ao capsídeo
viral contendo em seu interior DNA
bacteriano.
Empacotamento
acidental
Transdução especializada
 A etapa inicial corresponde à infecção e lisogenização
do fago, que ocorre em sítios específicos do genoma.
 Pela ação de algum indutor (ex: UV) há a separação do
fago
do
genoma,
que
normalmente
ocorre
perfeitamente. Entretanto, em alguns casos, essa
separação é defeituosa, promovendo a remoção de
genes bacterianos e deixando parte do genoma viral na
célula.
Alta frequência de
transferência
Mecanismos de recombinação genética bacteriana