Slides - Genética Bacteriana

Genética bacteriana\nProfa. Dra. Ana Catarina de Souza Lopes\nDisciplina de Microbiologia e Imunologia\nÁrea de Medicina Tropical – CCM - UFPE\nE-mail: ana.slo pes@ufpe.br\nLivros recomendados: Microbiologia. Trabulsi, et al.\nMicrobiologia. Tortora, et al.\n\nConteúdo e objetivos da aula:\nConhecer as estruturas genéticas das bactérias – estrutura do DNA; função (resistência ou virulência, etc.); e diferenciar essas estruturas:\n-cromossomo\n-plasmídeos\n-transposons\n-integrons\n-DNA fágico\n\nEntender a importância e impacto da mutação bacteriana para a resistência aos antimicrobianos.\n\nConhecer os mecanismos de recombinação bacteriana (e importância para a resistência aos antimicrobianos):\n-conjugação\n-transformação\n-transdução Importância da genética bacteriana:\n- Investigação molecular sobre a resistência a antimicrobianos e a virulência bacteriana.\n- Diagnóstico bacteriólogico: identificação da bactéria e da resistência.\n- Análises de mutação causada por agentes quim. \n- Tecnologia de DNA recombinante.\n-\nPrincipais estruturas genéticas bacterianas (Moléculas de DNA)\n- Cromossomo\n- Plasmídeos\n- DNA fágico\n- Transposons Cromossomo Bacteriano\n- A maioria das bactérias contém apenas um cromossomo, composto de uma única molécula de DNA fita dupla circular.\n- Principal importância (função): presença de genes constitutivos, metabólicos, de virulência, etc. E secundariamente, genes de resistência aos antimicrobianos.\n- Replicam-se de maneira autônoma (Replicon).\nObs: Praticamente todo DNA tem função codificante (88% regiões codificadoras; 1% genes codificadores rRNA e tRNA; aproximadamente 10% de regiões regulatórias - promotora, operadora).\n\nCromossomo bacteriano\n- O DNA da E. coli, tem cerca de 4,6 milhões de pares de bases e possui cerca de 1mm de comprimento – mil vezes maior que toda a célula.\n- O cromossomo ocupa apenas cerca de 10% do volume celular.\n- O DNA é superenovelado! Variabilidade genética\n\n- É indispensável para a sobrevivência de uma espécie a longo prazo e é determinada por alterações no DNA devido à mutação e recombinação.\n\nMutação: alteração na sequência de bases do DNA sem aquisição de genes de outro microrganismo.\n\nRecombinação genética: alteração no genótipo que ocorre pela aquisição de material genético de outro microrganismo. Plasmídeos\n\n- Moléculas de DNA fita dupla circular. São menores que o cromossomo. Nem sempre estão presentes.\n\n- Podem estar separados ou ligados ao cromossomo bacteriano. Menores que o cromossomo.\n\n- São replicons e replicam-se independentemente do cromossomo.\n\n- Nem sempre estão presentes nas bactérias, mas quando presentes podem existir diferentes tipos (a seguir).\n\nDe acordo com suas funções os plasmídeos podem ser classificados em:\n\n- Plasmídeos R - Contêm genes que conferem resistência a antimicrobianos e metais pesados. Os grandes \"vilões\" genéticos para a resistência bacteriana, ameaçando a terapia antimicrobiana.\n\n- Plasmídeos de virulência - Contêm genes que aumentam a virulência bacteriana, ou seja, a sua capacidade de provocar infecção (ex: plasmídeo Col: codifica a colicina = bacteriocina de E. coli). Apesar de que a maioria dos genes de virulência estão no cromossomo.\n\n- Plasmídeos metabólicos - Contêm genes que conferem propriedades metabólicas extras as bactérias. (Ex: Plasmídeo LAC - lactase).\n\n- Plasmídeos conjugativos - Podem ser transferidos de uma bactéria para outra por conjugação (também chamados plasmídeos F ou fator F = Fertilidade). DNA Fágico\nFunção: Importantes para a Virulência\n\n- DNA do vírus bacteriófago que pode se ligar ao cromossomo bacteriano.\n\n- Exemplo de bactéria que contém gene de virulência levado por um bacteriófago lisogênico ou temperado:\n\n- Ex: Corynebacterium diphtheriae patogênica, carrega um fago que contém o gene tox (codifica a toxina diftérica).\n\n- Ex: Streptococcus pyogenes Questões para discussão em aula:\n\n- Por que a variabilidade genética é indispensável para a sobrevivência de uma bactéria a longo prazo?\n\n- Todas as bactérias/cepas da espécie Escherichia coli são idênticas geneticamente? Por quê?\n\nNature Reviews Microbiology 5, 321-334 (May 2006).\n\nA absorção de elementos genéticos móveis (fagos, plasmídeos de virulência, ilhas de patogenicidade), e perda de porções de DNA cromossômico em linhagens distintas de E. coli, possibilita o surgimento de clones de diferentes patógenos de E. coli associados a sintomas de doenças específicas. MUTAÇÃO E RESISTÊNCIA BACTERIANA\n\nAs mutações podem ser:\n\n- Deletérias/Desvantajosas ou\n- Benéficas (abaixo exemplo de um benefício da mutação para as bactérias).\n\nGenetic Mutation Causes Drug Resistance\n\n- Non-resistant bacteria exist\n- Bacteria multiply by the billions\n- A few of these bacteria will mutate.\n- Some mutations make the bacterium drug resistant\n- In the presence of drugs, only drug resistant bacteria survive.\n\nMUTAÇÃO BACTERIANA\n\nDefinição: Alterações na sequência de nucleotídeos da molécula de DNA (substituições, deleções ou inserções).\n\nMutação natural: decorrentes de erros da DNA polimerase. Mutação induzida: exposição a agente mutagênico.\n\nAgentes mutagênicos:\n\nFísicos - raios ultra-violetas, radiações ionizantes.\n\nQuímicos - análogos de bases nitrogenadas (5-bromouracil), corantes intercalantes (acrídinas), ác. nitroso (desaminações), etc. Recombinação bacteriana\n\nDefinição: transferência de DNA entre as bactérias.\n\nMecanismos:\n\n- Conjugação\n- Transformação\n- Transdução\n\nObs: importante para a transferência de genes entre as bactérias (resistência, virulência, metabolismo, etc).\n\nConjugação bacteriana\n\nÉ um processo de transferência de DNA bacteriano promovido por plasmídeos conjugativos (ou plasmídeos F = Fator F). Plasmídeo conjugativo ≠ Plasmídeo não conjugativo\n\nPlasmídeo conjugativo\n- Possui a região tra (cerca de 32 genes que promovem a conjugação, ex.: síntese de F-pili).\n\nConjugação bacteriana\n- Tipos de células bacterianas que participam do processo de conjugação:\n\n- Células doadoras F+: plasmídeo F livre no citoplasma bacteriano.\n\n- Células receptoras F-: não possuem plasmídeo F.\n\n- Células doadoras Hfr (high frequency of recombination): plasmídeo F ligado ao cromossomo bacteriano.