Princípios de Genética Microbiana

INTRODUÇÃO Estudo das semelhanças e diferenças entre os seres vivos: hereditariedade variabilidade

INTRODUÇÃO Descoberta da estrutura do DNA (dupla fita em helix – Watson & Crick 1953 ou 1957?) Transferência da hereditariedade Necessidade de fidelização do processo Etapas do processo: Replicação Transcrição Tradução

DNA: Ø 2 nm (1/1,000,000,000 = 10-9) A = T C ≡ G

INTRODUÇÃO Descoberta dupla fita (em helix) do DNA Transferência da hereditariedade (alelos e genes) Dominância: homozigose e heterozigose Epistasia: expressão de um gene afeta a expressão do outro Pleiotropia: um gene responsável por mais de uma característica Importância da fidelização do processo Etapas do processo: Replicação Transcrição Tradução

GENOMA BACTERIANO Normalmente circular Eventualmente linear Algumas espécies com porções extras, não cromossomais, denominadas de plasmídeos, com transferência horizontal Conjugativos Não conjugativos

Tamanho, forma e numero de cromossomos bacterianos

GENOMA BACTERIANO Agrobacterium tumefasciens (1 cromossomo circular, 1 linear e 2 plasmídeos) Tumor inducing

tamanho (pares de base) Média da densidade de bases/gene Genoma Bacteriano Organismo tamanho (pares de base) # de genes Média da densidade de bases/gene # cromossomos Homo sapiens (humano) 3.2 bilhões ~25,000 1 gene/100,000 bases 46 Mus musculus (rato) 2.6 bilhões 40 Drosophila melanogaster (inseto) 137 milhões 13,000 1 gene/9,000 bases 8 Arabidopsis thaliana (planta) 100 milhões 25,000 1 gene/4000 bases 10 Saccharomyces cerevisiae (levedura) 12.1 milhões 6000 1 gene/2000 bases 32 Escherichia coli (bacteria) 4.6 milhões 3200 1 gene/1400 bases 1 H. influenzae (bacteria) 1.8 milhões 1700 1 gene/1000 bases

Genoma Bacteriano 4.639.221 pb Escherichia coli K-12 Operon lac (biossíntese de lactose) Origem de replicação 4.639.221 pb Escherichia coli K-12 Operon trp (biossíntese de triptofano) 4288 proteínas codificadas 385 de função desconhecida Operon his (biossíntese de Histidina)

Eucariotos: superenovelamento estabilizado pelas histonas

Em Archaea tanto histonas quanto DNA girase

Superenovelamento positivo ou negativo DNA girase

Pol III adiciona 1000 nucleotídeos/s com um erro de 10-9/geração E. coli – quanto tempo para replicação completa (ca. 4,6 milhões de pb)?

Variabilidade em microrganismos Associada a duas propriedades: Genótipo: potencial total herdado Procariotos: cromossomo + qualquer DNA presente (p. ex. plasmídeos, por ex. resistência a antibióticos, produção de enzimas e proteínas ou aumentar a patogenicidade de uma variedade) Eucariotos: cromossomo + DNA organelas Fenótipo: porção expressa do genótipo ex. Azomonas spp. meio com sacarose: colônias mucosas meio sem sacarose: colônias secas

Variabilidade em procariotos

VARIAÇÕES GENOTÍPICAS Ocorre graças a dois mecanismos: Mutações Recombinação genética

VARIAÇÕES GENOTÍPICAS Mutações Mudanças hereditárias na sequência de nucleotídeos de um gene 10-7 (1/10,000,000) a 10-11 ( 1/100,000,000,000) por par de nucleotídeo Gene típico possui  1.000 pb, haveria 10-4 a 10-8 erros por geração, ou 0,0001 a 0,00000001 Algumas mutações são mais frequentes que outras Frequência de mutação:

VARIAÇÕES GENOTÍPICAS Mutações Mudanças hereditárias na sequência de nucleotídeos de um gene Diferentes tipos Substituição de bases (troca de bases) Mutações de remoção (remoção de bases) Adição ou perda de bases (proteínas não funcionais) Mutações sem sentido (término da cadeia de aa) Mutações silenciosas (não acarreta efeito no fenótipo) Mutações de supressão (corrigem mutações)

2a base U C A G 1a base UUU (Phe/F) Fenilalanina UUC (Phe/F) Fenilalanina UUA (Leu/L) Leucina UUG (Leu/L) Leucina UCU (Ser/S) Serina UCC (Ser/S) Serina UCA (Ser/S) Serina UCG (Ser/S) Serina UAU (Tyr/Y) Tirosina UAC (Tyr/Y) Tirosina UAA "Ocre" (Stop) UAG "Âmbar" (Stop) UGU (Cys/C) Cisteína UGC (Cys/C) Cisteína UGA "Opala" (Stop) UGG (Trp/W) Triptofano CUU (Leu/L) Leucina CUC (Leu/L) Leucina CUA (Leu/L) Leucina CUG (Leu/L) Leucina CCU (Pro/P) Prolina CCC (Pro/P) Prolina CCA (Pro/P) Prolina CCG (Pro/P) Prolina CAU (His/H) Histidina CAC (His/H) Histidina CAA (Gln/Q) Glutamina CAG (Gln/Q) Glutamina CGU (Arg/R) Arginina CGC (Arg/R) Arginina CGA (Arg/R) Arginina CGG (Arg/R) Arginina AUU (Ile/I) Isoleucina AUC (Ile/I) Isoleucina AUA (Ile/I) Isoleucina AUG (Met/M) Metionina, Start ACU (Thr/T)Treonina ACC (Thr/T)Treonina ACA (Thr/T)Treonina ACG (Thr/T)Treonina AAU (Asn/N) Asparagina AAC (Asn/N) Asparagina AAA (Lys/K) Lisina AAG (Lys/K) Lisina AGU (Ser/S) Serina AGC (Ser/S) Serina AGA (Arg/R) Arginina AGG (Arg/R) Arginina GUU (Val/V) Valina GUC (Val/V) Valina GUA (Val/V) Valina GUG (Val/V) Valina GCU (Ala/A) Alanina GCC (Ala/A) Alanina GCA (Ala/A) Alanina GCG (Ala/A) Alanina GAU (Asp/D) Ácido aspártico GAC (Asp/D) Ácido aspártico GAA (Glu/E) Ácido glutâmico GAG (Glu/E) Ácido glutâmico GGU (Gly/G) Glicina GGC (Gly/G) Glicina GGA (Gly/G) Glicina GGG (Gly/G) Glicina

VARIAÇÕES GENOTÍPICAS ALI VAI RUI COM LIA XXX Substituição ALI VAI RUI COM BIA XXX Remoção ALI AIR UIC OML IAX XX Inserção ALT IVA IRU ICO MLI AXX

Substituição de uma base (pontual)

COMO DETECTAR MUTAÇÕES Serratia marcescens: vermelho normal, cinza mutantes

AGENTES MUTAGÊNICOS Agentes químicos: análogos de base Radiações: raios-X, luz ultra-violeta Transposons

AGENTES MUTAGÊNICOS Agentes químicos: análogos de base Radiações: raios-X, luz ultra-violeta Transposons

AGENTES MUTAGÊNICOS Agentes químicos: análogos de bases Radiações: raios-X, luz ultra-violeta Transposons

Mutagênese por elementos transponíveis * transposase * repetições invertidas * baixa frequência: 10-5 a 10-7 por geração (1/10,000,000) Tn 10 – tetraciclina Tn 5 – kanamicina

RECOMBINAÇÃO GENÉTICA Formação de um novo genótipo Trocas de material genético entre dois cromossomos homólogos (crossing over) eucariotos: MEIOSE procariotos: TRANSFERÊNCIA/RECOMBINAÇÃO

RECOMBINAÇÃO GENÉTICA Transformação Avery, MacLeod & McCarthy (1944) Conjugação Ledeberg & Tatum (1946) Transdução Zinder & Ledeberg (1952)

Recombinação genética Transformação

Recombinação genética Experimento de Griffith (1928)

Ex. Haemophilus influenza

RECOMBINAÇÃO GENÉTICA Conjugação Ledeberg & Tatum (1946) Natureza: contato entre células plasmídeo ou cromossomo Pili

Conjugação F+ F-

RECOMBINAÇÃO GENÉTICA Transdução Lederberg & Zinder (1952): Salmonella typhimurium Natureza: vírus como vetor (bacteriófagos ou fagos) generalizada ou especializada

RECOMBINAÇÃO GENÉTICA