Genética microbiana A informação genética da célula bacteriana

Genética microbiana
A informação genética da célula bacteriana está contida no cromossomo e,
eventualmente, em plasmídios, DNA fágico e transposons. O cromossomo contém
quase a totalidade das informações, incluindo as indispensáveis à vida da célula. As
informações contidas nos demais elementos, além de serem reduzidas, não são
essenciais para a vida da célula bacteriana, salvo em determinadas situações.
As bactérias podem sofrer diferentes tipos de variação genética, as quais se
devem a mutações e transferência de material genético. Embora qualquer uma das
moléculas de DNA do genoma possa sofrer mutações, as importantes são as que
ocorrem no cromossomo, isto é, na molécula permanentemente presente na célula.
A transferência de material genético entre as bactérias pode ocorrer por
transformação, conjugação e transdução. Enquanto a transformação depende apenas
da incorporação de DNA liberado no meio ambiente, na conjugação e transdução a
transferência de material genético é mediada por plasmídios e bacteriófagos,
respectivamente. Os transposons, salvo algumas exceções, não promovem a
transferência de material genético entre as bactérias mas podem modificar de maneira
substancial as três outras moléculas do genoma, isto é, o cromossomo, plasmídios e
bacteriófagos.
Cromossomo
As bactérias transportam um único cromossomo circular, composto de DNA de
cadeia dupla. Como o cromossomo é centenas de vezes maior do que a célula
bacteriana, ele é encontrado, intracelularmente, sob a forma enovelada e compacta.
A replicação do cromossomo bacteriano é semiconservativa, isto é, durante o
processo, as duas fitas da molécula separam-se e cada uma serve como molde para a
síntese de uma nova fita. Após a replicação, ocorre a divisão bacteriana por fissão
binária simples, recebendo cada célula filha uma nova molécula de DNA
cromossômico. A distribuição das duas moléculas ocorre de maneira regular porque
ambas estão ancoradas na membrana citoplasmática (mesossomo).
Mutação
Define-se como mutação como qualquer alteração na sequência de
nucleotídeos da molécula do DNA cromossômico, que pode decorrer de inserções,
substituições, deleções e outros mecanismos. As consequências das mutações podem
ser diversas. Se a substituição de um nucleotídeo por outro levar à formação de um
códon sinônimo, isto é, um códon que codifique para o mesmo aminoácido, a proteína
formada estará provavelmente inalterada (mutação silenciosa). Quando a substituição
altera o códon, formam-se proteínas com funções e/ou estruturas alteradas em graus
variados, dependendo da localização do aminoácido alterado (mutação de sentido
errôneo). Outras mutações podem levar à formação de códons terminais, que
interrompem prematuramente a síntese protéica, e frequentemente levam à perda
completa de atividade biológica da proteína (mutação sem sentido). As deleções e
inserções, em geral também podem levar à perda completa da atividade biológica da
proteína mutada.
Tipos e Importância da Transferência de Genes
- A transferência de genes se refere ao movimento de informação genética entre
.organismos. Ocorre nas bactérias através de transformação, transdução e
conjugação.
- A transferência de genes é importante porque aumenta a diversidade genética dentro
de uma população, aumentando portanto a probabilidade de que alguns membros
sobrevivam às mudanças ambientais.
Transformação
Descoberta da Transformação
- A transformação bacteriana foi descoberta em 1928 por Griffith, que mostrou que
uma cultura mista de pneumococos rugosos vivos e pneumococos lisos mortos pelo
calor poderia produzir pneumococos lisos vivos capazes de matar camundongos.
- Posteriormente, Avery mostrou que uma cápsula polissacarídica era responsável
pela virulência e que o DNA era a substância responsável pela transformação. Watson
e Crick determinaram a estrutura do DNA, o que levou a estudos mostrando que a
informação genética das células está codificada em seus ácidos nucléicos.
Mecanismo da Transformação
- A transformação envolve a liberação de fragmentos de DNA no meio e sua captura
por outras células em um determinado estágio de seus ciclos de crescimento: (1) A
captura do DNA requer uma proteína chamada fator de competência para tornar as
células receptoras prontas para ligar o DNA. (2) As endonucleases cortam o DNA de
fita dupla em unidades; as fitas se separam, e somente uma fita é transferida. (3) Por
último, o DNA do doador é unido da célula receptora. O DNA restante da célula
receptora é clivado, logo o DNA total da célula permanece constante.
Importância da Transformação
- A transformação é importante porque (1) contribui para a diversidade genética; (2)
pode ser utilizada para introduzir DNA em um organismo, observar os seus efeitos e
estudar a localização dos genes; (3) pode ser utilizada para criar DNA recombinante.
Transdução
Descoberta da Transdução
- Na transdução, o material genético é carregado por um bacteriófago (fago).
Mecanismos da Transdução
- Os fagos podem ser virulento ou temperado. (1) Os fagos virulentos destroem o
DNA da célula hospedeira, controlam a síntese de partículas de fago e causam a lise
da célula hospedeira no ciclo lítico. (2) Os fagos temperados podem se replicar na
forma de um profago – parte de um cromossomo bacteriano – ou no final produzir
novas partículas de fago e lisar a célula hospedeira. A persistência do fago na célula
sem a destruição da célula hospedeira é chamada de lisogenia.
- O profago pode ser incorporado ao cromossomo bacteriano ou pode existir na forma
de um plasmídio, um pedaço de DNA extracromossômico. As células contendo um
profago são chamadas de células lisogênicas porque possuem a capacidade de
entrar no ciclo lítico.
- A transdução pode ser especializada ou generalizada. (1) Na transdução
especializada, o fago é incorporado ao cromossomo e pode transferir somente os
genes adjacentes ao fago. (2) Na transdução generalizada, o fago existe na forma
de um plasmídio e pode transferir qualquer fragmento de DNA ligado a ele.
Importância da Transdução
- A transdução é importante porque transfere material genético e demonstra uma
relação evolutiva íntima entre o profago e o DNA da célula hospedeira. Também, a sua
persistência em uma célula sugere um mecanismo para as origens virais do câncer e
ela fornece um possível mecanismo para estudar a ligação dos genes.
Conjugação
Descoberta da conjugação
- Na conjugação, grandes quantidades de DNA são transferidas de um organismo
para outro durante o contato entre as células doadora e receptora.
- A conjugação foi descoberta por Lederberg em 1946, quando ele observou que
misturar cepas de Escherichia coli com diferentes deficiências metabólicas permitia às
células superarem as deficiências metabólicas permitia às células superarem as
deficiências.
- Os plasmídeos são moléculas de DNA extracromossômico.
Mecanismos da Conjugação
- Três mecanismos de conjugação têm sido observados: (1) Na transferência de
plasmídios F, um pedaço do DNA extracromossômico (um plasmídio) é transferido.
(2) Nas recombinações de alta frequência, partes dos plasmídios F que foram
incorporadas ao cromossomo (segmento de iniciação) são transferidas junto com
genes bacterianos adjacentes. (3) Um plasmídio F incorporado ao cromossomo e
subsequentemente separado se torna um plasmídio F’ e transfere genes
cromossômicos ligados a ele.
Importância da Conjugação
- A importância da conjugação é que ela aumenta a diversidade genética, pode
representar um estágio evolucionário entre a reprodução sexuada e assexuada e
fornece um meio para mapear os genes nos cromossomos bacterianos.
Mecanismos Comparados de Transferência de Genes
- Os mecanismos de transferência genética diferem na quantidade de DNA transferido.
Plasmídios
Características dos plasmídios
- Os plasmídios são DNA extracromossômico de fita dupla, autoreplicáveis, circulares,
que carregam informação normalmente não essencial ao crescimento celular.
Plasmídio de Resistência
- Os plasmídios de resistência (R) carregam informação genética que confere
resistência a vários antibióticos e a determinados metais pesados. Eles geralmente
consistem em um fator de transferência de resistência (RTF) e um ou mais genes
de resistência (R).
Transposons
- Os genes R que se movem de um plasmídio para outro em uma célula ou se tornam
inseridos no cromossomo são parte de um transposon por que eles se transpõem, ou
trocam suas localizações.
Bacteriocinogênicos
- Os bacteriocinogênicos são plasmídios que produzem bacteriocinas que são
proteínas que inibem o crescimento de outras cepas da mesma espécie ou de
espécies intimamente relacionadas.