Genética Bacteriana - Resumo de microbiologia PDF

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Resumo de microbiologia...

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GENÉTICA BACTERIANA Tópicos a serem abordados:    

Como é o cromossomo bacteriano O que são plasmídeos O que são bacteriófagos Como se dá a variabilidade genética bacteriana e quais são as suas consequências

Genoma bacteriano: inclui todo o conteúdo de DNA da bactéria Cromossomo + plasmídeos + bacteriófagos

Cromossomo:     

Bactérias são organismos haploides Sem envoltório nuclear O cromossomo é único, circular e dupla fita 1mm de comprimento (~1000x maior que o tamanho bacteriano) Enovelado, compactado, proteínas associadas, semelhantes às histonas

Exceções: há algumas espécies com dois cromossomos; há algumas espécies com cromossomo linear 

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Variação em tamanho (de acordo com a espécie bacteriana)  micoplasma quase nem tem parede celular de tão pequena = 750kb, estreptomices precisam de muitas bases 10000kb A replicação é semiconservativa, a bactéria tem toda a maquinaria necessária para separar as fitas e replicar o DNA; é capaz de formar septo e se dividir (estimulado pela replicação de DNA) As fitas grudadas depois da replicação são separadas pela girasse (topoisomerase II) (as fitas ficam unidas por um elo, ambas formando dois círculos interligados) = corta duas fitas, separa da mãe e sela de novo Drogas podem agir na DNA girasse

Plasmídeos:   

Moléculas de DNA de fita dupla, circular e superenovelada Replicação autônoma (independente do cromossomo); também é semiconservativa, tem enzimas próprias que fazem a replicação Pode perder e não morre  não há nenhum gene essencial para a bactéria no plasmídeo

Exceções: em poucas espécies, são lineares ou de fitas simples  

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Tamanho é variável Número variável em uma mesma bactéria: o Pode não conter plasmídeos, ou pode conter vário tipos de plasmídeos, simultaneamente Número de cópias de cada molécula é controlado: pelo próprio plasmídeo o Plasmídeos pequenos  maior número de cópias o Plasmídeos grandes  menor número de cópias Por questão de espaço, também

(Plasmídeos grandes, comumente, são formados por fragmentos de fagos) Funções: 

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Estrutura não essencial, mas que pode conferir vantagens: o Resistência a drogas o Produção de fatores de virulência (toxinas, adesinas) o Degradação de substâncias inusitadas (petróleo) o Transmissão dessas características a outras bactérias por conjugação = pode passar plasmídeos para outras bactérias por conjugação; pode ser transferido de uma espécie para outra, se a replicação for possível (sem ocorrer infecção e morte) Importantes ferramentas em Engenharia Genética

Bacteriófagos:     

Vírus que infectam bactérias (por meio de injeção de DNA dentro do citoplasma de bactérias) Estrutura mais encontrada no mundo (mais bacteriófagos que qualquer outro organismo) Não causam nada para as nossas células! Geralmente, um bacteriófago infecta uma espécie (pode ser menos específico) O DNA linear do bacteriófago vira círculo depois de injetado  pode seguir dois caminhos: o Ciclo lítico Entra dentro da bactéria, se replica várias vezes, impede a replicação do cromossomo bacteriano. Há replicação de genes responsáveis por originar proteínas da cabeça e da cauda do fago. Sintetiza proteínas que permitem a construção de novos fagos. Milhares de fagos são formados. Ocorre lise bacteriana e liberação de vários fagos. Esse processo de lise é muito rápido. É o modo como o fago se propaga pelo ambiente. o Ciclo lisogênico Feito por fago temperado. Há recombinação do DNA do fago com o DNA da bactéria (formando o profago). Toda vez que a bactéria se replicar,

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ocorrerá replicação de profago. O profago pode, depois, entrar no ciclo lítico e se espelhar pelo ambiente. Aproveita a situação do ambiente para se espalhar. Enzimas do fago são capazes de sentir pH, temperatura do ambiente e estimular um dos dois caminhos. Do ponto de vista médico, o importante é conversão fágica ou conversão lisogênica.

Conversão fágica ou conversão lisogênica   

Indução de alteração fenotípica na bactéria por um fago temperado Genes que codificam toxinas e outros fatores de virulência podem ser transmitidos por bacteriófagos Somente bactérias lisogeneizadas produzem a doença

Bactéria Vibrio cholerae Escherichia coli Clostridium botulinum Corynebacterium diphteriae Streptococcus pyogenes

Fago CTX Lambda Clostridial Corynephage

Toxina Colérica Shiga-like Botulínica Diftérica

Doença Cólera Diarreia hemorrágica Botulismo Difteria

T12

Eritrogênica

Escarlatina

(A importante conclusão, nesse caso, é que não é porque um paciente possui a bactéria que vai apresentar algumas doenças  só vai possuir a doença se a bactéria apresentar essas toxinas por conta da conversão fágica; isso significa, em outras palavras, que algumas bactérias não são patogênicas originalmente, mas se possuírem alguns fagos, são capazes de levar à doença letal) 

As bactérias são capazes de se adaptar ao nosso organismo  mecanismos citados são adaptativos; dentro de um hospedeiro humano, causa doenças

Quais são as bases genéticas da variabilidade bacteriana e suas consequências?    

Bactérias são organismos que possuem uma variabilidade genética impressionante Essa variabilidade tem um papel importante na origem de cepas e espécies com potencial para causar doenças É instantânea, pode ser entre uma geração e outra, numa velocidade absurda Capacidade de variabilidade muito maior do que nós humanos somos capazes até de imaginar

Transferência gênica (mecanismos básicos): mutações (gera resultados quando são vantajosas; se for desfavorável, as bactérias não sobrevivem; não parece tão importante

quanto a transferência de genes), rearranjos no DNA, transferência gênica transformação, conjugação, transdução  Mutação  Alteração na sequência de nucleotídeos do DNA. Pode ser: o Mutação espontânea: ocorre naturalmente em 10−6 e 10−9 por divisão celular o Mutação induzida: causada por agentes mutagênicos, como substâncias que aumentam a taxa de mutação (luz UV, radiação, corantes  ocorrem mutações deletérias, muitas morrem, o que faz com que esses fatores sejam usados para esterilização) o Mutação silenciosa ou sinônima: a alteração do nucleotídeo não leva a alteração da proteína codificada (código genético degenerado) o Mutação sem sentido: que cria um códon de parada, levando à produção de uma proteína truncada o Mutação não sinônima: leva a troca do aminoácido (é a mais importante). Pode gerar proteínas melhores, proteínas inativadas.  Consequências das mutações: o Aquisição de resistência a antimicrobianos (o que leva à necessidade de produzir novos antimicrobianos) o Alteração da função de proteínas o Variação antigênica  pode levar a escape do sistema imune Rearranjos de DNA:  Elementos transponíveis (jumping genes):  Fragmentos de DNA lineares  Tamanho: variável (~700-40000pb)  Associados a uma molécula de DNA autorreplicativa  Podem mover-se de uma região para a outra, na mesma ou em outra molécula  podem inativar genes Exs.: sequência de inserção (IS) (reconhece extremidades – sequências repetidas – , se insere em locais escolhidos; é pouco específico, pode reconhecer diversos locais; são os mais simples; não carrega nada, só tem genes responsáveis pelo transporte; atrapalham a função dos plasmídeos), transposon (geralmente carregam genes de resistência a antibióticos, atrapalham a função dos plasmídeos) , transposon composto (tanto transporta genes quanto apenas a transposase). 

Consequência: interrupção de genes, deleções e inversões de regiões do DNA causadas pela recombinação de elementos transponíveis (como ocorre na meiose, em locais de elementos de inserção parecidos  isso pode ativar ou inativar genes; manutenção de sequências repetidas autorreplicativas, quando vantajoso), ocorre retirada de locais e formação de DNA circular ou recombinação por inverter o sentido por conta da transposase.

 Ilhas de patogenicidade (PAI)  Ocupam grandes regiões do genoma  Carrega genes de patogenicidade  Têm conteúdo G+C diferente do resto do genoma  Dão vantagem a uma bactéria

Mecanismos de transferência gênica:  Conjugação:  Passagem de plasmídeos de uma bactéria para outra. Necessidade de contato físico.  A conjugação requer contato direto bactéria-bactéria o Gram negativas: contato via pilus sexual  A bactéria doadora tem um plasmídeo que codifica um pilus sexual (por possuir proteínas que codificam esse pilus)  O pilus sexual de uma bactéria (macho) (F+) adere a uma bactéria (fêmea) (F-) que atua como receptora  O pilus se retrai e é criada uma ponte entre as duas bactérias (fusão de membranas). Uma fita do plasmídeo entra na receptora  Ambas fazem uma fita complementar do plasmídeo (portanto, são F+)  a bactéria receptora vira doadora também  Não ocorre transferência de DNA cromossômico nessas condições, mas outros plasmídeos podem ser transferidos simultaneamente o Gram positivas: contato via substância adesiva de superfície  Consequências: o Plasmídeos R carregam genes de resistência a múltiplos antimicrobianos o Sua transmissão por conjugação pode transmitir essas características para as bactérias originalmente sensíveis o Bactérias portadores de plasmídeos R causam infecções hospitalares de difícil controle  Existe entre espécies de diferentes e organismos diferentes (plantas...)  Transformação  É a captação de DNA livre por uma bactéria em estado fisiológico apropriado (estado de competência)  Uma bactéria doadora do DNA deve morrer. O DNA dessa bactéria vai ficar livre no ambiente. Um fragmento desse DNA vai ser reconhecido por uma proteína de superfície por outra bactéria das redondezas. Há captação de DNA, que deve se incorporar ao cromossomo da bactéria. Se ele entrar e não se captar ao DNA da bactéria, na próxima replicação, isso vai ir para uma bactéria e a outra vai ficar sem nada – a longo prazo, se perde.

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Não é qualquer DNA que se replica e se insere no cromossomo  DNA de bactéria doadora não tem mecanismo de replicação como o de um fago. Só é incorporado se possuir semelhanças. Ocorre recombinação Consequências: o Neisseriae gonorrhoeae, agente da gonorreia, é uma bactéria naturalmente competente o É transformada com DNA de bactérias mortas da mesma espécie o Com isso adquire novos genes de pilinas que são adesinas expressas na superfície da bactéria o Deste modo, pode evadir a resposta imune do hospedeiro

 Transdução:  Quando um fago que infectou uma bactéria carrega um pedaço do genoma de uma bactéria e transfere para outra (mediada por um fago) o Generalizada  Um bacteriófago lítico adsorve a uma bactéria susceptível  O bacteriófago portador do DNA da bactéria hospedeira anterior (doadora) adsorve a uma bactéria receptora  Fago reconhece a superfície bacteriana e injeta seu DNA; se circulariza e começa a se multiplicar; degrada o DNA bacteriano  Quando for reconstruir a estrutura fágica, capta DNA bacteriano degradado solto no citoplasma  quando a bactéria sofre lise, a população de fagos é solta no ambiente e depois injeta em outra bactéria  não há continuidade do ciclo lítico  O DNA da bactéria doadora é trocado com o DNA homólogo da bactéria receptora  incorporação de DNA. Portanto, o DNA da bactéria doadora deve ter estrutura semelhante ao da receptora. o Especializada  Quando o fago faz o ciclo lisogênico, adsorve a uma bactéria susceptível injeta seu genoma  Ele insere seu genoma no cromossomo bacteriano e torna-se um profago  Ocasionalmente, durante uma indução espontânea, um pequeno pedaço do cromossomo bacteriano é captado erroneamente, como parte do genoma do profago, e parte do DNA viral permanece no cromossomo bacteriano  Enquanto o bacteriófago se replica, o segmento de DNA bacteriano replica-se como parte do genoma do fago. Cada fago agora carrega aquele segmento de DNA bacteriano  O bacteriófago adsorve a uma bactéria receptora e injeta seu genoma

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O genoma do bacteriófago portador do DNA da bactéria doadora insere-se no cromossomo da bactéria receptora

Uma especializada pode se tornar uma generalizada (a bactéria pode fazer o ciclo lítico) Ex.: Peste Negra   

Surgiu como resultado da variabilidade genética Existem várias espécies de Yersinia spp que não são letais ou virulentas Uma delas (a Yersinia pestis) recebeu um plasmídeo que continua um gene de virulência o Divisão em dois grupos – um capaz de causar infecção intestinal (enterocolite) o Por aquisição de toxinas de fagos  tem a ver com a transmissão por pulga  Adquiriu mais sequências de virulência  Novas recombinações  Aquisição de ilhas de patogenicidade por transposons (sequências de inserção) = patógeno mortal: Yersinia pestis e suas variações...