Principios de Genética Microbiana

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

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

A célula duplica o material genético antes da divisão celular 1. Introdução

Variantes podem surgir espontaneamente ou pela ação de fatores químicos ou físicos Mutantes resistentes crescendo dentro de uma zona de inibição

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

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.

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

Mecanismos das mutações: troca de pares de bases

Agentes mutagênicos - A frequência das mutações variam bastante. - As que são muito freqüentes criam dificuldade na manutenção das coleções de culturas: Em culturas com 108 células/mL é provável de se encontrar vários mutantes 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

Análogos de bases, reativos com o DNA - Ácido nitroso - Gás mostarda - Brometo de etídio

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.

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 Gene estrutural “jumping genes”

Ocorre entre dois cromossomos homólogos. Variações no genoma microbiano: Recombinação genética Formação de um novo genótipo através da troca de material genético entre DNAs. Ocorre entre dois cromossomos homólogos. eucariotos: MEIOSE (na primeira etapa ocorre o crossing-over) procariotos: RECOMBINAÇÃO

Recombinação genética Ocorre através de três processos: - transformação, conjugação e transdução. 1. Transformação: Griffith: 1928 Natureza: DNA livre (evento marcante na biologia)

Transformação Experimento de Griffith (1928)

Transformação

Transformação

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

Conjugação Experimento de Lederberg & Tatum (1946)

Conjugação

Recombinação genética 3. Transdução Lederberg and 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

Transdução generalizada Baixa frequência de transferência Empacotamento acidental

Transdução especializada Alta frequência de transferência Luz ultravioleta Muitos vírus não são virulentos (temperados), podendo seus genes serem normalmente replicados com o hospedeiro (lisogenia) e eventualmente originar novos vírus temperados. A maioria das bactérias isoladas da natureza encontram-se em estado de lisogenia –> indicativo de importância ecológica

Regulação gênica Mecanismos: Regulação da atividade enzimática 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

Regulação gênica

Regulação da atividade enzimática Regulação alostérica

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

Regulação da transcrição (repressão enzimática) Ex: síntese de arginina