Princípios de Genética Microbiana

Apresentação em tema: "Princípios de Genética Microbiana"— Transcrição da apresentação:

1 Princípios de Genética Microbiana

2 Definição Genética (do grego genno; fazer nascer) é a ciência da hereditariedade e da variabilidade dos organismos. RNA Proteína

3 Variabilidade em microrganismos
A variabilidade está associada a duas propriedades: Genótipo: potencial total herdado Procariotos: cromossomo + qualquer DNA presente Eucariotos: cromossomo + DNA organelas (mitocôndrias e cloroplastos) Fenótipo: expressão de uma porção do genótipo Ex. Azomonas spp. meio com sacarose: colônias mucosas meio sem sacarose: colônias secas

4 A célula duplica o material genético antes da divisão celular
Os microrganismos apresentam elevadas velocidades metabólicas. Em algumas horas várias gerações podem surgir Ex: E. coli: 3 gerações em 1 hora.

5 Podem surgir variantes espontaneamente ou pela ação de fatores químicos ou físicos
Mutantes resistentes crescendo dentro de uma zona de inibição

6 Variações no genoma microbiano
Mutações Alterações (hereditárias) na sequência de nucleotídeos de um gene. - Geralmente resultam em pequenas alterações genéticas Recombinação genética Elementos genéticos contidos em dois genomas diferentes são reunidos numa unidade. - Provoca alterações mais significativas.

7 adição ou perda de bases
Mutações As bactérias podem testar bilhões de mutações em pequenos intervalos de tempo. O ser humano deve levar cerca de 25 anos para testar uma mutação. Mecanismos: adição ou perda de bases proteínas não funcionais troca de pares de bases (nucleotídeos): pontual proteína normal proteína defeituosa proteína incompleta

8 Mecanismos das mutações: substituição de pares de bases

9 Agentes mutagênicos - A frequência das mutações variam bastante.
- As que são muito frequentes criam dificuldade na manutenção dos bancos de culturas: Em culturas com 108 células/mL é provável de se encontrar vários mutantes/mL Vários agentes podem aumentar a frequência das mutações: Químicos: análogos de bases, agentes que reagem com o DNA Radiações: raios-X, luz ultra-violeta Elementos transponíveis: Transposons

10 Análogos de bases e reativos com o DNA
Agentes mutagênicos Análogos de bases e reativos com o DNA - Ácido nitroso - Gás mostarda - Brometo de etídio

11 Agentes mutagênicos Radiações
As bases absorvem fortemente radiação UV (260 nm é a mais letal) - Ferramenta útil no isolamento de mutantes. Radiações ionizantes causam efeito indireto - produção de radicais livres a partir da água que reagem com as macromoléculas

12 Transposons São segmentos de DNA que podem se transferir de uma região para outra do genoma. Entretanto, é necessário elementos especiais de transposição. Genes de transposição Ex: gene de resistência a um antibiótico “jumping genes”

13 Isolamento de mutantes
Qualquer característica de um organismo pode ser modificada por meio de mutações. As mutações podem conferir ou não vantagem a um microrganismo. Mutações podem ser detectadas pela simples inspeção visual Mutantes resistentes a um antibiótico Mutantes pigmentados e despigmentados de Aspergillus nidulans Mutantes de Halobacterium que perderam a vesícula de gás.

14 Isolamento de mutantes
Plaqueamento em réplica: quando o fenótipo dos mutantes não é facilmente reconhecível. Ex. mutantes nutricionais : Meio completo Meio mínimo

15 Variações no genoma microbiano Recombinação genética
Formação de um novo genótipo através da troca de material genético entre DNAs. Nos eucariotos ocorre entre dois cromossomos homólogos durante a MEIOSE (crossing-over). Nos procariotos a recombinação ocorre através de três processos: -Transformação, conjugação e transdução.

16 Recombinação genética
1. Transformação: Griffith: 1928 Natureza: DNA livre (evento marcante na biologia pois forneceu as primeiras evidências de que o DNA era o material genético)

17 Transformação Experimento de Griffith (1928)
Experimentos com Streptococcus pneumoniae Experimento de Griffith (1928)

18 Transformação Naturalmente poucas bactérias realizam a transformação com eficiência. Entretanto, esse processo é comumente induzido, através da eletroporação utilizada na área da genética molecular.

19 Transformação

20 Recombinação genética
2. Conjugação Lederberg & Tatum (1946) - Questionaram o senso comum de que bactérias somente produziam clones de si mesmas. - Experimentos delineados para determinar se as bactérias realizam processos sexuais. Requer contato entre células Transferência de plasmídeo ou cromossomo

21 Conjugação Experimento de utilizando mutantes nutricionais de E. coli
Lederberg & Tatum (1946)

22 Conjugação

23 Recombinação genética
3. Transdução Lederberg e Zinder (1951) Estudava a conjugação em outras bactérias além da E. coli e percebeu que os eventos não necessitavam de contato intercelular, mas não era uma transformação. vírus como vetor

24 Transdução generalizada
Baixa frequência de transferência Empacotamento acidental

25 Transdução especializada
Luz ultravioleta Alta frequência de transferência

26 Regulação da expressão gênica
Centenas de reações enzimáticas ocorrem durante um único ciclo de crescimento. Necessidade de regulação das atividades: - Melhor utilização dos recursos, com menor dispêndio de energia. Mecanismos: Regulação da atividade enzimática Regulação da transcrição Regulação da tradução (rara)

27 Visão geral dos mecanismos de regulação gênica

28 1. Regulação da atividade enzimática
Regulação alostérica (alterações na estrutura terciária da proteína)

29 2. Regulação da transcrição (indução enzimática)
Ex: utilização da lactose Operon: unidade completa de expressão gênica (alolactose)

30 2. Regulação da transcrição (repressão enzimática)
Processo amplamente distribuído nas bactérias Ex: síntese de arginina