Princípios de Genética Princípios de Genética MicrobianaMicrobiana

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

Definição

RNAProteína

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 genótipoEx. Azomonas spp.

- meio com sacarose: colônias mucosas- meio sem sacarose: colônias secas

Variabilidade em microrganismosVariabilidade em microrganismos

Os microrganismos apresentam elevadas velocidades metabólicas.

Em algumas horas várias gerações podem surgir

Ex: E. coli: 3 gerações em 1 hora.

A célula duplica o material genético antes da divisão celular

Podem surgir variantes espontaneamente ou pela ação de fatores químicos ou físicos

Mutantes resistentes crescendo dentro de uma zona de inibição

Variações no genoma microbianoVariações 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.

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

MutaçõesMutações

Mecanismos das mutações: substituição de pares de bases

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

Agentes mutagênicosAgentes 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

Agentes mutagênicos

- Ácido nitroso- Gás mostarda- Brometo de etídio

Análogos de bases e reativos com o DNA

• 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

Agentes mutagênicos

Radiações

“jumping genes”

Genes de transposição Ex: gene de resistência a um antibiótico

TransposonsTransposons

São segmentos de DNA que podem se transferir de uma região para outra do genoma. Entretanto, é necessário elementos especiais de transposição.

Isolamento de mutantes

Mutantes resistentes a um antibiótico

• 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 pigmentados e despigmentados de Aspergillus nidulans

Mutantes de Halobacterium que perderam a vesícula de gás.

Isolamento de mutantes

Meio completo Meio mínimo

Plaqueamento em réplica: quando o fenótipo dos mutantes não é facilmente reconhecível. Ex. mutantes nutricionais :

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..

Variações no genoma microbianoRecombinação genéticaRecombinação 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)

Recombinação genética

Experimento de Griffith (1928)

Transformação

Experimentos com Streptococcus pneumoniae

Transformação

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

Transformação

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

Recombinação genética

Experimento de utilizando mutantes nutricionais de E. coliLederberg & Tatum (1946)

Conjugação

Conjugação

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

Recombinação genética

Transdução generalizada

Baixa frequência de transferência

Empacotamento acidental

Transdução especializada

Alta frequência de transferência

Luz ultravioleta

Mecanismos:1. Regulação da atividade enzimática2. Regulação da transcrição3. Regulação da tradução (rara)

Regulação da expressão gênicaRegulação 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.

Visão geral dos mecanismos de regulação gênica

1. Regulação da atividade enzimática

Regulação alostérica(alterações na estrutura terciária da proteína)

2. Regulação da transcrição (indução enzimática)

Operon: unidade completa de expressão gênica

Ex: utilização da lactose

(alolactose)

2. Regulação da transcrição (repressão enzimática)

Ex: síntese de arginina

Processo amplamente distribuído nas bactérias