T14 | Genética Bacteriana 2

09/04

Transferências Genéticas nas Bactérias

As bactérias também recombinam o seu genoma, mas para tal, estes têm de se encontrar. No caso da reprodução humana, os gâmetas encontram-se, origina-se o ovo, e está dada a recombinação genética. Nos procariontes, há outros processos que fazem com que o DNA de uma bactéria passe para outra.

Transferência Horizontal de Genes

Quando um fragmento de DNA bacteriano exógeno é colocado noutra célula esta diz-se agora metaploide – já não é haploide, mas também não é diploide. Após esta introdução genómica, 4 situações podem ocorrer:

● O DNA exógeno recombina-se com o DNA endógeno da bactéria (recombinação homóloga);

● O DNA exógeno torna-se independente dentro da nova bactéria e replica-se autonomamente (recombinação independente);

● O DNA exógeno mantém-se na bactéria, mas só existe, não se replica (DNA dador não se replica);

● As nucleases bacterianas destroem o DNA exógeno, rejeitando-o (restrição).

Há 3 tipos de trocas genéticas nas bactérias: Transformação, Transdução e Conjugação

Recombinação homóloga

→ + comum

→ envolve troca recíproca entre um par de sequências homólogas de DNA, de origens diferentes.

→ em qualquer parte do genoma

→ resulta de um corte na cadeia de DNA por ação de uma endonuclease e posterior ligação, conduzindo aos “crossing-overs”

→ envolve a ação da proteína RecA

Recombinação em alvo-específico

• Não são necessárias sequências homólogas longas

• Ocorre em locais específicos

• Catalizada por recombinases

Experiência de Griffith - Transformação

Em primeiro lugar, colocou bactérias avirulentas (sem cápsula) no ratinho, e este sobreviveu. Depois, colocou bactérias virulentas (já com cápsula) e o ratinho morreu. Posto isto, o cientista aqueceu as bactérias virulentas, matando-as, e como tal o ratinho sobreviveu.

Por fim, Griffith teve a ideia de misturar bactérias avirulentas e bactérias virulentas mortas, em que nenhuma individualmente matou o ratinho, e este morreu.

Houve, então, um processo que fez com que as bactérias que não tinham virulência passassem a ter essa característica – foram transformadas.

O DNA solto das bactérias virulentas mortas foi introduzido nas bactérias avirulentas, o que as tornou patogénicas e matou o ratinho.

Transformação

Este processo de transformação acontece quando uma bactéria é competente para retirar o DNA do meio e captá-lo e, se houver homologia, entre as suas sequências de DNA há recombinação e transformação da bactéria numa diferente com novas características.

Posto isto, a bactéria vai sintetizar proteínas como nucleases, helicases e recetores de DNA.

Os recetores de DNA servem para apanhar o DNA exógeno para a bactéria agora competente. As nucleases clivam o DNA em fragmentos mais pequenos

As helicases são essenciais para abrir a dupla cadeia de DNA em single-stranded, pois a proteína RecA, que faz a recombinação entre as duas moléculas de DNA, só “trabalha” com cadeias simples. Uma cadeia é hidrolisada e a outra passa pela membrana para dentro da célula. Assim, o DNA exógeno é como que “tratado” para entrar na célula e por fim ser parte integrante do genoma, com o auxílio de proteínas sintetizadas em prol do processo de competência para que haja uma transformação.

Transdução

Processo de transferência genética mediada por bacteriófagos. Pode ser Generalizada e Restrita

Transdução generalizada

A transdução generalizada está associada ao ciclo lítico de um fago. Este, ao infetar a bactéria, solta também as suas nucleases para destruir o genoma bacteriano, replicar o seu próprio genoma lá dentro, e criar novas cópias de si mesmo. Ao criar estas novas cópias, vai haver uma nova encapsidação, ou seja, o novo fago criado vai ter genoma dentro da sua cápside. Acontece que, 1 em cada 10⁷ fagos não leva DNA viral mas sim apenas DNA bacteriano da bactéria hospedeira.

Note-se que se chama tradução generalizada porque, como inicialmente o fago destrói todo o genoma para se replicar, qualquer gene pode ser “apanhado” pelo fago recém-criado e passado para a nova bactéria.

Transdução Restrita

Já a transdução restrita está associada ao ciclo lisogénico do fago que infeta a bactéria. Este vai infetar normalmente uma bactéria temperada, integrando o seu DNA no genoma bacteriano no att site (de attachment), tornando a bactéria lisogénica. A certo ponto do ciclo, o DNA viral terá de sair do seu local, que é sempre entre os operões bio e gal, para replicar o seu DNA viral e dar início ao ciclo lítico.

Aquando do estímulo, ou a separação do DNA fágico é bem feita, ou não é. Caso seja bem feita, ocorre a sua replicação normal e nada de novo acontece. Caso hajam erros na separação do DNA fágico do bacteriano nesta fase do ciclo, uma má excisão, por exemplo, o DNA que sai do genoma total leva consigo um pouco de genoma bacteriano (sempre gal, porque é o que lá está ao lado do att site) para outras bactérias e assim transferir o gene bacteriano.

Conjugação

A conjugação é um fenómeno de transferência genética que se deve ao contacto físico entre as duas células e à interação com o plasmídeo F, responsável pela polaridade sexual, ou seja, temos como que dois sexos ou géneros, chamadas as F+ e as F-, sendo que as F+ são as que exibem o pillus sexual, que as aproxima, e as F- o seu recetor.

Plasmídeos

Pequenas moléculas de DNA, extracromossomais, habitualmente circulares, que se replicam de uma forma independente do genoma bacteriano (têm a sua própria origem de replicação) e codificam para a sua própria replicação e para sua manutenção nas células em divisão

Plasmídeo F (Fertilidade)

• Desempenha o papel principal nos processos de conjugação

• Contém os genes responsáveis pela interação, e pela transferência do plasmídeo (operão tra), com a bactéria recetora.

• Contém sequências de inserção que participam na integração no cromossoma da célula hospedeira.

• OriV origem de replicação

• OriT início da transferência

Processo de conjugação em detalhe

1. O pillus sexual da bactéria F+ se liga ao recetor da outra bactéria e atrai-a para junto de si.

2. O relaxassoma abre o plasmídeo na região oriT (região de início da transferência), que tem o operão tra codificante do fator F e por uma passagem tipo IV o DNA passa para a bactéria que outrora era F- e agora é também F+, graças a este método de conjugação, também chamado rolling circle, dado que apenas uma cadeia simples de DNA é passada para a bactéria F- e é lá conjugada para formar o plasmídeo. Como resultado, obtemos então duas células F+.

3. A proteína RecA reconhece homologia entre as zonas IS e junta-as. Às bactérias que têm o fator F recombinado no seu genoma chamamos HFR – High Frequency Recombination.