O documento discute conceitos fundamentais de genética bacteriana, incluindo genótipo e fenótipo, plasmídeos, mutações, agentes mutagênicos, transformação, conjugação e transdução. Plasmídeos são elementos genéticos que conferem propriedades importantes às bactérias, como resistência a antibióticos. Mutações, transferência de DNA e recombinação genética podem ocorrer por diferentes mecanismos.

1. GENÉTICA BACTERIANA
VÂNIA GUIMARÃES

2. GENÓTIPO E FENÓTIPO
• GENÓTIPO – corresponde ao conjunto de
genes contidos em um organismo.
Em genética bacteriana o genótipo de um
organismo é designado por três letras
minúsculas, seguida por uma letra maiúscula
(toda grafada em itálico), para indicar um gene
em particular.
• Ex.: o gene hisC de Escherichia coli codifica
uma proteína, conhecida como HisC

3. • FENÓTIPO – conjunto de características
observáveis de um organismo.
O fenótipo de um microorganimo normalmente é
designado por uma letra maiúscula, seguida por
duas letras minúsculas, adicionando-se um sinal
de mais (+) ou de menos (-) sobrescrito para
indicar a presença ou ausência daquela
propriedade.
• Ex.: uma linhagem His+ de E. coli é capaz de
sintetizar sua própria histidina, enquanto uma
linhagem His- é desprovido dessa capacidade.

4. Plasmídeo
• Pasmídeos são elementos genéticos que se
replicam independentemente do cromossomo
da célula hospedeira.
• Importância – Os podem conter uma grande
variedade de genes que conferem propriedades
que consideramos fundamentais para as
bactérias em questão.
Um único plasmídeo pode conferir muitos
fenótipos diferentes à sua célula hospedeira

5. • Dentre os grupos de plasmídeos mais
estudados e amplamente distribuídos em
células, temos os plamídeos de
resistência (plasmídeos R) que conferem
resistência aos antibióticos e vários outros
inibidores do crescimento.
• A emergência de bactérias resistentes a
vários antibióticos tem grande importância
médica sendo correlacionada ao
crescente uso de antibióticos no
tratamento de doenças infecciosas.

6. • As técnicas de engenharia genética,
tornaram possíveis a construção de um
número ilimitado de plasmídeos novos,
artificiais, em laboratório. A incorporação
de genes das mais diversas fontes nesses
plasmídeos possibilitou a transferência de
material genético entre diversos
organismos, vencendo assim a barreira
entre as espécies.

7. MUTAÇÃO E ALTERAÇÃO NO
GENOMA
• MUTAÇÃO – é uma alteração, transmitida
geneticamente, na sequência de bases do
genoma de ácidos nucléicos de um organismo.
• Uma linhagem com tal alteração é denominada
mutante.
• Virtualmente, qualquer característica de um
organismo pode ser modificada por meio de
mutações. Algumas mutações podem ser
selecionáveis, conferindo algum tipo de
vantagem aos indivíduos que a possui. Outras
não selecionáveis.

8. Isolamento de mutantes
• Varredura – simples observação visual
das várias colônias em busca daquelas
com aspecto “diferente”.

9. • Seleção – isolamento de um único
mutante, em uma população de milhões
ou até mesmo bilhões, de organismos
parentais.
Podem ser feitos:
• Plaqueamento de réplicas
• Seleção pela penicilina

11. As mutações gênicas podem ser de
três tipos:
1º - Por substituição – substituição de
bases nitrogenadas. Alteram apenas o
códon ao qual ela pertence,
acarretando apenas a alteração de um
aminoácido. A atividade da proteína
pode ser reduzida mas ela não é
abolida.

12. Mutações génicas
• Inserção e
delecção
 acontece quando
uma ou mais bases
são adicionadas ou
removidas,
respectivamente, ao
DNA, modificando a
sequência de leitura
da molécula durante
a replicação ou a
transcrição.

13. • Mutação com sentido trocado ou errado -
quando a substituição de base ocasiona a
troca de um aminoácido. Pode levar –
proteína alterada (redução ou perda da sua
atividade biológica) ou acarretar em uma
proteína semelhante a normal.
• Mutação sem sentido – a mutação faz
surgir um dos códons terminais – a proteína
é encurtada e não conserva sua atividade
biológica normal.
• As inserções ou deleções de bases
alteram toda a leitura do código genético
(mutações de mudanças na leitura do
código genético) a proteína perde a sua
função.

14. Mutações génicas
• Substituição
 ocorre a troca
de um ou mais
pares de bases.

15. AGENTES MUTAGÊNICOS
AGENTES FÍSICOS
• Radiações ionizantes → radiações de alta
energia e pequeno comprimento de onda. Ex:
raios gama, raios cósmicos e partículas emitidas
por elementos radioativos (alfa, beta e neutros).
• Ao passarem pelas células provocam a
liberação de elétrons que deixam as moléculas
instáveis e suscetíveis a reações químicas que
ao reagirem com o DNA causam erros no
pareamento das bases.

16. · Radiações ultravioleta – são menos
energéticos, têm maior comprimento
de onda que as ionizante. Seu
principal efeito mutagênico está na
formação de ligações entre duas
moléculas adjacentes de timina
impedindo seu pareamento com a
adenina. Causam mutações pontuais.

17. • Substâncias químicas:
a) análogos de bases – substâncias que
apresentam estruturas químicas
semelhantes às das bases nitrogenadas
que podem ser incorporadas ao DNA,
substituindo-as.
b) Compostos com ação direta – não são
incorporadas ao DNA, mas modificam
diretamente a estrutura das bases. Ex.
ácido nitroso, responsável pela
desaminação da adenina (hipoxantina) e da
citosina (uracil), fazendo a adenina parear
com a citosina e não com a timina.

18. • Agentes alquilantes – agem sobre
a guanina, enfraquecendo sua
ligação com a desoxirribose. A
guanina é perdida e em seu lugar
entra qualquer base.
• Corantes de acridina – ligam-se ao
DNA, inserindo-se entre as bases
adjentes, isso faz com que, durante
a replicação do DNA, haja distorção
na hélice de DNA e mudança na
matriz de leitura, resultando adição
ou deleção de nucleotídeos.

19. TRANSFORMAÇÃO
• É definida como um processo de
incorporação de DNA na forma livre,
geralmente decorrente da lise celular.
• Várias bactérias Gram positivas e
negativas são naturalmente
transformáveis, entretanto, dentro de um
gênero, nem todas as espécies o são. Na
natureza, o processo ocorre quando uma
célula sofre lise, liberando seu DNA.

20. • Inicialmente, para que o processo ocorra, é
necessário que a cél. encontre-se competente,
isto é, deve apresentar sítios de superfície para
a ligação do DNA da célula doadora e
apresentar a membrana em uma condição que
permita a passagem deste DNA. Esta
propriedade é, provavelmente, uma
característica inerente de certas linhagens e, ao
que parece, envolve o mecanismo de quorum
sensing. O estabelecimento da competência é
um fenômeno controlado, envolvendo a
participação de diferentes proteínas (proteína de
ligação ao DNA, presente na membrana,
autolisinas, nucleases), sendo um processo
variável entre os microrganismos.

21. • Aparentemente, o número de sítios
disponíveis para a ligação do DNA é
limitado. Esta captação parece estar
relacionada a uma pequena sequência,
de 10 a 12 pares de bases, presente no
DNA exógeno. Em Haemophilus, foi
demostrada a presença de uma proteína
que reconhece e liga-se a uma sequência
5’ - AAGTGGGTCA - 3’, muito comum no
genoma deste microrganismo, garantindo
que somente ocorrerá a captação de DNA
de espécies muito similares.

22. • A competência é um processo que
depende de várias condições distintas nos
diferentes microrganismos. Sabe-se que a
fase de crescimento e as condições
ambientais desempenham um papel de
extrema importância no processo. Além
destes, a temperatura e a concentração
de cátions também influenciam a
eficiência do processo.

23. • A captação do DNA também é diferente
entre Gram positivos (G+) e Gram
negativos (G-): Nas G+ o DNA é captado
como dupla hélice e absorvido como fita
simples, sendo uma das fitas degradadas.
Nas G-, o DNA é absorvido como fita
dupla, embora apenas uma das fitas
participe do processo de recombinação.
Independente do tipo celular, a ligação do
DNA à célula é mais eficiente quando está
como fita dupla.

24. • Ligação do DNA: inicialmente é reversível,
tornando-se irreversível depois. As células
competententes ligam o DNA com muito mais
eficiência que células não competentes (1000
vezes mais). Streptococcus pneumoniae é
capaz de ligar apenas cerca de 10 moléculas de
DNA de dupla fita, de 15 a 20 kb. Quando são
absorvidas, como DNA de fita simples, estas
passam para cerca de 8 kb.
Em Haemophilus influenzae, é necessário que o
DNA tenha uma sequência específica de 11 pb,
para que haja a ligação irreversível e o DNA
seja captado.

25. • Integração do DNA: O DNA liga-se a proteínas
na superfície celular, sendo em seguida
absorvido ou tendo uma de suas fitas
degradadas por nucleases antes da absorção. À
medida que o DNA é absorvido no interior da
célula, este se associa a proteínas de ligação ao
DNA de fita simples, protegendo-o de
degradação. A proteína RecA também participa
deste processo, associando-se à fita e
promovendo a recombinação. Há então a
degradação do que resta da fita simples e
formação de um DNA híbrido, que na replicação
originará uma molécula parental e outra
recombinante.
•

26. Esquema dos eventos envolvidos na transformação em Streptococcus, um
organismo Gram positivo. O autoindutor (1) ao encontrar o receptor (2) interage com
este, promovendo a ativação de vários genes (3, 4 e 5) dentre eles as autolisinas,
nucleases e proteína de ligação ao DNA. Uma das fitas do DNA passa a ser captada pela
célula, enquanto a outra é degradada (6). Ao penetrar na célula a fita simples é protegida
por proteínas. Caso este DNa encontre uma região complementar, a proteína RecA
auxiliará sua recombinação com o DNA endógeno (7).

27. CONJUGAÇÃO
• Processo de transferência de DNA de uma bactéria para
outra, envolvendo o contato entre as duas células .
• A conjugação está associada à presença de plasmídeos
de natureza F. Estes plasmídeos contêm genes que
permitem a transferência do DNA plasmidial de uma
célula para outra ou, em outras palavras, a capacidade
conjugativa. Quando a célula porta um plasmídeo de
natureza F é denominada F+, doadora, ou macho,
enquanto células desprovidas de tais plasmídeos são
denominadas F-, receptoras, ou fêmeas

28. • A capacidade conjugativa está associada à presença de
determinados genes localizados em um operon
denominado tra. Estes genes conferem uma série de
características envolvidas na conjugação tais como a
síntese do pilus F, responsável pelo reconhecimento e
contato entre as células, assim como a transferência do
DNA plasmidial.
• Eventualmente, os plasmídeos podem ser integrados no
cromossomo, sendo este processo mediado por
pequenas seqüências de DNA denominadas IS
(insertion sequences). As células apresentados tais
plasmídeos integrados são denominadas Hfr (do inglês
High Frequency of Recombination). Quando integrados,
esses plasmídeos podem mobilizar a transferência de
genes cromossomais também.

29. Exemplo de um plasmídeo do tipo F
Em gram negativos, a conjugação pode ser de dois tipos: entre
células F+ e F-, resultando em duas células F+ e entre células Hfr e
F-, resultando em uma célula Hfr e outra F-

30. • Nos dois processos, acredita-se que o mecanismo
provável de transferência do DNA seja pelo círculo
rolante, onde apenas uma das fitas é transferida, sendo
a fita complementar sintetizada pela célula receptora.
Provavelmente, o estímulo para o disparo do processo
seja o contato das células. Assim, a conjugação envolve
a passagem de DNA de uma célula F+ para outra F-,
que torna-se então F+ também.
• Quando o plasmídeo encontra-se incorporado ao
cromossomo, a conjugação passa a envolver a
transferência de genes cromossomais, sendo que
nestes casos, a célula receptora permanece F-, porque
a região tra é a última a ser transferida, o que raramente
ocorre na natureza. Nestes casos, passam grandes
blocos de DNA da célula Hfr para a receptora,
promovendo extensas recombinações.

31. (c)
A
B
D
A
Esquema dos eventos associados à conjugação entre células F+ e F-.

32. A
BB
Eventos associados à conjugação
entre uma célula Hfr e outra F-.
Observe que a célula F-permanece
como receptora, uma
vez que a região tra normalmente
não é transferida.

33. TRANSDUÇÃO
• (Lederberg & Zinder, 1952) transferência
mediada por vírus, podendo ser
generalizada (qualquer fragmento de
DNA) ou especializada (determinados
genes, passados por fagos temperados).

34. • Transdução generalizada: Descoberta em Salmonella
typhimurium com o fago P22, embora este processo
também ocorra em outras bactérias, tais como E. coli.
Este tipo de processo requer a ocorrência de um ciclo
lítico, onde eventualmente pode haver o empacotamento
de fragmentos de DNA da célula hospedeira, gerando
partículas denominadas partículas transdutoras, que
correspondem ao capsídeo viral contendo em seu
interior DNA bacteriano. Embora não possam ser
descritas como vírus, as partículas transdutoras exibem
a capacidade de adsorção à superfície de outras células
bacterianas. A frequência com que um determinado
gene é transferido é baixa uma vez que cada partícula
transdutora leva apenas um determinado fragmento de
DNA (1 em 106 ou 108 cél. recebem um determinado
gene).

36. • Transdução generalizada: durante um
ciclo lítico, pode haver a incorporação de
DNA bacteriano no capsídeo viral. Este
DNA poderá ser transferido para outra
bactéria, pois os processos de adsorção e
injeção de DNA dependem da estrutura
do vírus, independente do tipo de DNA
contido em seu interior.

37. • Transdução especializada: Evento raro, embora
bastante eficiente. O exemplo melhor conhecido e
primeiramente descoberto foi a transferência de um
genes que codificam produtos envolvidos na degradação
de galactose pelo fago l de E. coli.
A etapa inicial no processo corresponde à infecção e
lisogenização do fago, que ocorre em sítios específicos
do genoma. Neste caso, a integração do fago ocorre
adjacente ao conjunto de genes envolvidos na utilização
de galactose. Pela ação de algum indutor (ex: UV) há a
separação do fago do genoma (integração reversa), que
normalmente ocorre perfeitamente. Entretanto, em
alguns casos, essa separação é defeituosa,
promovendo a remoção de genes bacterianos e
deixando parte do genoma viral na célula.

38. • Essas partículas podem ser de dois tipos:
aquelas que carregam genes gal e outras que
carregam genes bio. Aquelas partículas levando
genes gal são denominadas ldgal (defectivas,
contendo o gene gal), porque são incapazes de
formar partículas virais maduras (porque deixam
no hospedeiro o gene que codifica a proteína
integrase). Quando estas partículas infectam
novas células, juntamente com fagos normais
(helper), pode haver a transferência de genes
gal, a partir da infecção e lisogenização dos dois
fagos.

40. • Transdução especializada: este processo é
dependente da ocorrência de um ciclo
lisogênico. O fago integra seu DNA ao DNA
bacteriano e após um determinado período de
tempo e de acordo com certos estímulos, este
fago pode iniciar um ciclo lítico. Caso a excisão
do DNA viral ocorra de maneira defeituosa,
poderá haver a transferência de um pequeno
fragmento de DNA bacteriano (porque parte do
DNA viral ficará incorporado ao genoma
bacteriano). Este vírus "defeituoso" poderá
transferir o DNA bacteriano para outras células.

41. RESISTÊNCIA MICROBIANA
• Este tema tornou-se um motivo de preocupação
crescente entre os profissionais da área de saúde, pois
a cada ano observamos o aumento de linhagens
resistentes aos mais diversos agentes antimicrobianos.
• A resistência microbiana aos antimicrobianos pode ser
de dois tipos:
• Natural: ausência da estrutura, ou via metabólica alvo.
• Adquirida: Através de mutações espontâneas e
seleção, ou por recombinação após transferência de
genes.

42. Proporção de bactérias
fecais, isoladas de
indivíduos normais,
resistentes aos diferentes
antibióticos.
Aumento na proporção de
linhagens de N. gonorrhoaea
resistentes à penicilina.
(Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003)

43. • Dentre os principais mecanismos de
resistência podemos citar:
Impermeabilidade à droga: Muitas
bactérias Gram negativas são resistentes
à penicilina G por serem impermeáveis à
droga, ou por apresentarem alterações
em proteínas de ligação à penicilina. No
caso das sulfonamidas, o microrganismo
pode também apresentar uma menor
permeabilidade à droga.

44. • Inativação: muitas drogas são inativadas por
enzimas codificadas pelos microrganismos. Por
exemplo, a penicilinase (b-lactamase) é uma
enzima que cliva o anel b-lactâmico inativando a
droga. Outras drogas podem ser inativadas em
decorrência de modificações introduzidas pelo
microrganismo, tais como a adição de
grupamentos químicos. Assim, muitos
microrganismos são capazes de promover a
fosforilação ou acetilação de antibióticos.

45. • Modificação de enzima ou estrutura alvo:
Por exemplo, alterações na molécula do
rRNA 23S (no caso de resistência à
eritromicina e cloranfenicol), alteração da
enzima, no caso de drogas que atuam no
metabolismo, ou uso de vias metabólicas
alternativas.
Bombeamento para o meio: Efluxo da
droga - No caso da resistência às
tetraciclinas, em bactérias entéricas.