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PLASMÍDEOS
Bárbara Nazly
Crisvania Nascimento
Hemilly Rayanne
UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO- UPE
GRUPO DE RESISTÊNCIA MICROBIANA- UPE/ UFRPE
PLASMÍDEOS
• Definição: Elementos genéticos móveis extracromossômico que se replicam de maneira
autônoma e autocontrolada;
• Encontrados em eucariotos, arqueas e bactérias;
• Bactérias com cromossomo circular – plasmídeos circulares;
• Bactérias com cromossomo linear - plasmídeos lineares;
• Plasmídeos pequenos – 1-10 kb;
• Plasmídeos maiores – 50-100 kb;
• Em geral carregam genes não essenciais para a sobrevivência da bactéria.
PLASMÍDEOS
• Em qualquer tipo a replicação se inicia em um ponto específico, a origem de replicação (oriV);
• A origem de replicação determina várias das propriedades dos plasmídeos, como a amplitude de
hospedeiro e o número de cópias;
Mecanismo de replicação
Replicação do tipo teta Círculo rolante
PLASMÍDEOS
• Replicação do tipo teta:
 Depende de proteínas que reconheçam a oriV;
 A abertura das fitas na oriV é seguida da montagem de duas forquilhas de replicação;
 Unidirecional ou bidirecional;
 Alguns plasmídeos possuem sítios para a ligação da proteína DnaA na oriV;
 Essa proteína inicia a replicação do plasmídeo, juntamente com a replicação do cromossomo;
 Proteínas Rep (ligam-se a oriV e iniciam a replicação);
 Em geral, próximo ao sitio de ligação das proteínas Rep, está uma região rica em A-T, que
favorece a abertura das fitas.
PLASMÍDEOS
PLASMÍDEOS
• Replicação por círculo rolante:
 A proteína de replicação se liga ao sítio da origem e cliva umas das fitas;
 Ligando-se a extremidade 5’;
 A extremidade 3’ livre gerada serve de iniciador para a replicação pela DNA polimerase III;
 A proteína de replicação então cliva novamente a nova oriV gerada, gerando um DNA fita
simples circular;
 Este processo pode se repete várias vezes, sempre gerando novos DNAs fita simples
circulares
PLASMÍDEOS
PLASMÍDEOS
• Todos os plasmídeos têm que controlar o seu número de cópias;
• O número de cópias de um plasmídeo por célula é definido por sua oriV;
• Plasmídeos com alto número de cópias (ColE1), tendem a reprimir sua replicação
somente quando atingem um determinado número de cópias – Plasmídeos relaxados;
• Plasmídeos com baixo número de cópias (F), exercem controle maior quanto ao início da
replicação;
• Alguns são dependentes de DnaA para a sua replicação, seja sozinha ou associada a
proteína Rep.
PLASMÍDEOS
Classificação – Propriedade de transferência
1. Plasmídeos conjugativos
2. Plasmídeos não- conjugativos
PLASMÍDEOS
• Plasmídeos Conjugativos
 Medeiam a conjugação;
 São grandes;
 Possuem os genes necessários à
sua replicação autônoma e para
transferência de DNA. Ex:
genes para o pilus sexual.
PLASMÍDEOS
PLASMÍDEOS
PLASMÍDEOS
• Plasmídeos não-conjugativos
 Não medeiam a conjugação;
 São menores;
 Não possuem um ou mais genes necessários para a transferência de DNA;
IMPORTANTE: Um plasmídeo não-conjugativo pode ser transferido por conjugação se a
célula já abriga um plasmídeo conjugativo.
PLASMÍDEOS
• Sistemas de partição e manutenção
Garantem que pelo menos uma cópia do plasmídeo seja segregada para cada
célula-filha após a divisão celular.
Plasmídeos de alto número de cópias – distribuição aleatória para a células-
filhas – Não há mecanismos específicos para a segregação eficiente.
Plasmídeos de apenas uma cópia (F, P1 e R1) codificam o sistema parS - genes
parA e parB, que codificam proteínas envolvidas na segregação dos plasmídeos.
PLASMÍDEOS
• Sistemas de partição e manutenção
Sistema TOXINA X ANTITOXINA
TOXINA = Estável ANTITOXINA = Instável
PLASMÍDEOS
Grupos de Incompatibilidade:
• Alguns plasmídeos interferem na estabilidade de outros;
• Incompatibilidade: Impossibilidade de dois plasmídeos se propagarem estavelmente na
mesma linhagem;
• Interferência nos sistemas de replicação ou partição Perda plasmidial;
• Centenas de grupos de incompatibilidade já foram descritos.
PLASMÍDEOS
Grupos de Incompatibilidade:
• Dois plasmídeos com sistemas de replicação iguais será reconhecido pelo sistema de
controle de número de cópias como o mesmo.
• Dois plasmídeos distintos com o mesmo sistema de partição pode não ser distribuído de
forma equitativa;
PLASMÍDEOS
Incompatibilidade e conjugação:
• Os sistemas de transferência plasmidial (genes tra) estão relacionados aos sistemas de
incompatibilidade;
• Sistema de exclusão de entrada (entry exclusion - Eex): Impede a entrada de outro
plasmídeo de mesmo tipo na bactéria → Evita o contato inicial ou inibe a entrada do
DNA;
• Plasmídeos promíscuos (Exs: IncW, IncP e IncN).
• PARTIÇÃO
 Partição é um processo ativo, funcionalmente equivalente a
mitose, necessária aos plasmídeos de baixo número de
cópias para garantir a distribuição regular de suas cópias
para as células filhas;
• PARTIÇÃO
Todos esses plasmídeos possuem um módulo de partição específica
que compreende três elementos:
1. um de atuação cis (sítio cetrômero-like) = matriz de sequencia
repetida - parS;
2. dois genes: parA (codifica para uma ATPase) e parB (codifica a
proteína de ligação ao centrômero).
• PARTIÇÃO
Fig.1 A. Partição de plasmídeos F e pB171 utilizados em estudos de incompatibilidade.
• PARTIÇÃO
O evento que define
partição em movimento
é o conjunto de parB em
parS para formar um
complexo partição em
cada réplica plasmídeo.
Polimerização
parA
ParA
actina-like
ATPase
• INCOMPATIBILIDADE
 O termo refere-se geralmente à instabilidade recíproca dos plasmídeos
portadores do mesmo centrômero, mas também foi estendido para a
instabilidade causada por um excesso de uma ou de outra proteína
partição;
IMPORTANTE! Evitar um desequilíbrio ou excesso de parA e/ou parB é
indicado pelo arranjo do operon e da auto-regulação da sua transcrição por uma
ou ambas as proteínas.
• PARTIÇÃO INCOMPATIBILIDADE
Uma sugestão alternativa, diz que centrômeros adicionais privam plasmídeos
da parB necessária para a partição, por competir pela proteína, foi proferida
implausível pela constatação de que a expressão do gene par é autoregulada e
deve, assim, compensar para qualquer déficit.
• PARTIÇÃO INCOMPATIBILIDADE
Um modelo mais robusto baseia-se na ideia de que os complexos de
partição de um dado par tem especificidade uns com os outros, e são postos
em prática pelo seu aparelho de partição cognato, independentemente do
replicon onde eles estão situados.
Dois plasmídeos incompatíveis expõem seus centrômeros ou
complexos de centrómero para o outro, permitindo a formação de
misturas, bem como pares afins. Pares mistos são orientadas em qualquer
direção com igual probabilidade, de modo que o aparelho de partição
segrega os seus plasmídeos aleatoriamente.
PLASMÍDEOS
• PARTIÇÃO INCOMPATIBILIDADE
Há boas evidências de que os complexos de partição pode emparelhar
plasmídeos;
O emparelhamento preferencial de centrômeros irmãos sugerida como explicação
para a estabilidade do plasmídeo dicêntrico, implicaria que o agrupamento de
complexos de partição é limitada.
No entanto, a incompatibilidade e afinidades de parB, por centrômeros,
completa e reduzida foram totalmente consistentes com o emparelhamento
misto, e isso tem mantido seu status como o modelo preferido.
OriV
Amplitude de hospedeiros
Número de cópias
Estabilidade Sistemas de
Partição e
Manutenção
PLASMÍDEOS
Modelos de partição plasmidial:
• Plasmídeos de alto número de cópias são estavelmente mantidos por segregação
randômica;
• Plasmídeos de baixo número de cópias possuem sistemas gênicos de partição ativa;
• Segundo Bouet et al (2007) o modelo do pareamento misto é o mais aceito como passo
necessário para a partição plasmidial.
PLASMÍDEOS
Modelos de partição e incompatibilidade:
• Problemas no pareamento misto;
• Distribuição aleatória de plasmídeos durante a divisão celular/ Posicionamento
perturbado;
PLASMÍDEOS
Conclusões:
• Três modelos de incompatibilidade com base no centrômero (Pareamento misto é o mais
aceito);
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OBRIGADA!

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Plasmídeos- Genética Bacteriana

  • 1. PLASMÍDEOS Bárbara Nazly Crisvania Nascimento Hemilly Rayanne UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO- UPE GRUPO DE RESISTÊNCIA MICROBIANA- UPE/ UFRPE
  • 2. PLASMÍDEOS • Definição: Elementos genéticos móveis extracromossômico que se replicam de maneira autônoma e autocontrolada; • Encontrados em eucariotos, arqueas e bactérias; • Bactérias com cromossomo circular – plasmídeos circulares; • Bactérias com cromossomo linear - plasmídeos lineares; • Plasmídeos pequenos – 1-10 kb; • Plasmídeos maiores – 50-100 kb; • Em geral carregam genes não essenciais para a sobrevivência da bactéria.
  • 3. PLASMÍDEOS • Em qualquer tipo a replicação se inicia em um ponto específico, a origem de replicação (oriV); • A origem de replicação determina várias das propriedades dos plasmídeos, como a amplitude de hospedeiro e o número de cópias; Mecanismo de replicação Replicação do tipo teta Círculo rolante
  • 4. PLASMÍDEOS • Replicação do tipo teta:  Depende de proteínas que reconheçam a oriV;  A abertura das fitas na oriV é seguida da montagem de duas forquilhas de replicação;  Unidirecional ou bidirecional;  Alguns plasmídeos possuem sítios para a ligação da proteína DnaA na oriV;  Essa proteína inicia a replicação do plasmídeo, juntamente com a replicação do cromossomo;  Proteínas Rep (ligam-se a oriV e iniciam a replicação);  Em geral, próximo ao sitio de ligação das proteínas Rep, está uma região rica em A-T, que favorece a abertura das fitas.
  • 6. PLASMÍDEOS • Replicação por círculo rolante:  A proteína de replicação se liga ao sítio da origem e cliva umas das fitas;  Ligando-se a extremidade 5’;  A extremidade 3’ livre gerada serve de iniciador para a replicação pela DNA polimerase III;  A proteína de replicação então cliva novamente a nova oriV gerada, gerando um DNA fita simples circular;  Este processo pode se repete várias vezes, sempre gerando novos DNAs fita simples circulares
  • 8. PLASMÍDEOS • Todos os plasmídeos têm que controlar o seu número de cópias; • O número de cópias de um plasmídeo por célula é definido por sua oriV; • Plasmídeos com alto número de cópias (ColE1), tendem a reprimir sua replicação somente quando atingem um determinado número de cópias – Plasmídeos relaxados; • Plasmídeos com baixo número de cópias (F), exercem controle maior quanto ao início da replicação; • Alguns são dependentes de DnaA para a sua replicação, seja sozinha ou associada a proteína Rep.
  • 9. PLASMÍDEOS Classificação – Propriedade de transferência 1. Plasmídeos conjugativos 2. Plasmídeos não- conjugativos
  • 10. PLASMÍDEOS • Plasmídeos Conjugativos  Medeiam a conjugação;  São grandes;  Possuem os genes necessários à sua replicação autônoma e para transferência de DNA. Ex: genes para o pilus sexual.
  • 13. PLASMÍDEOS • Plasmídeos não-conjugativos  Não medeiam a conjugação;  São menores;  Não possuem um ou mais genes necessários para a transferência de DNA; IMPORTANTE: Um plasmídeo não-conjugativo pode ser transferido por conjugação se a célula já abriga um plasmídeo conjugativo.
  • 14. PLASMÍDEOS • Sistemas de partição e manutenção Garantem que pelo menos uma cópia do plasmídeo seja segregada para cada célula-filha após a divisão celular. Plasmídeos de alto número de cópias – distribuição aleatória para a células- filhas – Não há mecanismos específicos para a segregação eficiente. Plasmídeos de apenas uma cópia (F, P1 e R1) codificam o sistema parS - genes parA e parB, que codificam proteínas envolvidas na segregação dos plasmídeos.
  • 15. PLASMÍDEOS • Sistemas de partição e manutenção Sistema TOXINA X ANTITOXINA TOXINA = Estável ANTITOXINA = Instável
  • 16. PLASMÍDEOS Grupos de Incompatibilidade: • Alguns plasmídeos interferem na estabilidade de outros; • Incompatibilidade: Impossibilidade de dois plasmídeos se propagarem estavelmente na mesma linhagem; • Interferência nos sistemas de replicação ou partição Perda plasmidial; • Centenas de grupos de incompatibilidade já foram descritos.
  • 17. PLASMÍDEOS Grupos de Incompatibilidade: • Dois plasmídeos com sistemas de replicação iguais será reconhecido pelo sistema de controle de número de cópias como o mesmo. • Dois plasmídeos distintos com o mesmo sistema de partição pode não ser distribuído de forma equitativa;
  • 18. PLASMÍDEOS Incompatibilidade e conjugação: • Os sistemas de transferência plasmidial (genes tra) estão relacionados aos sistemas de incompatibilidade; • Sistema de exclusão de entrada (entry exclusion - Eex): Impede a entrada de outro plasmídeo de mesmo tipo na bactéria → Evita o contato inicial ou inibe a entrada do DNA; • Plasmídeos promíscuos (Exs: IncW, IncP e IncN).
  • 19. • PARTIÇÃO  Partição é um processo ativo, funcionalmente equivalente a mitose, necessária aos plasmídeos de baixo número de cópias para garantir a distribuição regular de suas cópias para as células filhas;
  • 20. • PARTIÇÃO Todos esses plasmídeos possuem um módulo de partição específica que compreende três elementos: 1. um de atuação cis (sítio cetrômero-like) = matriz de sequencia repetida - parS; 2. dois genes: parA (codifica para uma ATPase) e parB (codifica a proteína de ligação ao centrômero).
  • 21. • PARTIÇÃO Fig.1 A. Partição de plasmídeos F e pB171 utilizados em estudos de incompatibilidade.
  • 22. • PARTIÇÃO O evento que define partição em movimento é o conjunto de parB em parS para formar um complexo partição em cada réplica plasmídeo. Polimerização parA ParA actina-like ATPase
  • 23. • INCOMPATIBILIDADE  O termo refere-se geralmente à instabilidade recíproca dos plasmídeos portadores do mesmo centrômero, mas também foi estendido para a instabilidade causada por um excesso de uma ou de outra proteína partição; IMPORTANTE! Evitar um desequilíbrio ou excesso de parA e/ou parB é indicado pelo arranjo do operon e da auto-regulação da sua transcrição por uma ou ambas as proteínas.
  • 24. • PARTIÇÃO INCOMPATIBILIDADE Uma sugestão alternativa, diz que centrômeros adicionais privam plasmídeos da parB necessária para a partição, por competir pela proteína, foi proferida implausível pela constatação de que a expressão do gene par é autoregulada e deve, assim, compensar para qualquer déficit.
  • 25. • PARTIÇÃO INCOMPATIBILIDADE Um modelo mais robusto baseia-se na ideia de que os complexos de partição de um dado par tem especificidade uns com os outros, e são postos em prática pelo seu aparelho de partição cognato, independentemente do replicon onde eles estão situados. Dois plasmídeos incompatíveis expõem seus centrômeros ou complexos de centrómero para o outro, permitindo a formação de misturas, bem como pares afins. Pares mistos são orientadas em qualquer direção com igual probabilidade, de modo que o aparelho de partição segrega os seus plasmídeos aleatoriamente.
  • 26. PLASMÍDEOS • PARTIÇÃO INCOMPATIBILIDADE Há boas evidências de que os complexos de partição pode emparelhar plasmídeos; O emparelhamento preferencial de centrômeros irmãos sugerida como explicação para a estabilidade do plasmídeo dicêntrico, implicaria que o agrupamento de complexos de partição é limitada. No entanto, a incompatibilidade e afinidades de parB, por centrômeros, completa e reduzida foram totalmente consistentes com o emparelhamento misto, e isso tem mantido seu status como o modelo preferido.
  • 27. OriV Amplitude de hospedeiros Número de cópias Estabilidade Sistemas de Partição e Manutenção
  • 28. PLASMÍDEOS Modelos de partição plasmidial: • Plasmídeos de alto número de cópias são estavelmente mantidos por segregação randômica; • Plasmídeos de baixo número de cópias possuem sistemas gênicos de partição ativa; • Segundo Bouet et al (2007) o modelo do pareamento misto é o mais aceito como passo necessário para a partição plasmidial.
  • 29. PLASMÍDEOS Modelos de partição e incompatibilidade: • Problemas no pareamento misto; • Distribuição aleatória de plasmídeos durante a divisão celular/ Posicionamento perturbado;
  • 30. PLASMÍDEOS Conclusões: • Três modelos de incompatibilidade com base no centrômero (Pareamento misto é o mais aceito); • Modelo alternativo (Pareamento indireto).

Notas do Editor

  1. Garantem que pelos menos uma cópia do plasmídeos seja segregada a cada célula-filha após a divisão celular. Plasmídeos de alto número de cópias garantem sua manutenção na população através da distribuição estocástica (aleatória) dos plasmídeos pelas células filhas, não necessitando de mecanismos específicos para a segregação eficiente. Os plasmídeos de apenas uma cópia por célula, como F, P1 e R1, codificam sistemas de partição similares aos sistema encontrado nos cromossomos bacterianos. Este sistema consiste num sítio no DNA, chamado de parS, e dois genes, parA e parB, que codificam proteínas envolvidas na segregação dos plasmídeos. Ao se replicar, o plasmídeo se localiza na região mediana da célula (como o cromossomo), e depois da replicação, os plasmídeos se movem rapidamente, localizando-se na futura região mediana das células-filhas.
  2. 4. Outro mecanismo garante que a célula possua pelo menos uma cópia do plasmídeo para sobreviver. Neste sistema, o plasmídeo possui um gene codificando uma proteína tóxica, que mata a célula se for expresso, interferindo com vários processos essenciais da célula. Entretanto o plasmídeo, ao mesmo tempo possui outro gene cujo produto (antitoxina) impede a expressão ou a atividade da toxina, servindo de antídoto. A célula filha obrigatoriamente terá de ter uma cópia do plasmídeo, ou sofrerá ação da toxina (estável) e será morta.
  3. A maioria das proteínas ParA tem os motivos característicos da Walker-box uma superfamília de ATPase, enquanto uma minoria são ATPases de actina-like. Em ambas, a integridade do local de ligação do ATP é essencial para a função de partição.
  4. As 43pb no centrômero sopC que carregam repetições invertidas reconhecidos pela SopB proteína são apresentados como V; os relacionados com 6pb repetições em tandem no centrômero parC (C1, C2) reconhecido pelo parB são mostrados como linhas inclinadas.
  5. Tem-se assumido que antes da segregação, plasmídeos irmãos estão emparelhados através de seus complexos de partição, garantindo a segregação bidirecional. Ao agir como substrato para parA, plasmídeos emparelhados constituiria um elemento-chave do mecanismo de partição. O complexo pode ampliar-se por recrutar novas moléculas que se ligam parB não especificamente para a vizinha DNA e se espalham sobre ele. O ParA ATPase reconhece o seu plasmídeo, interagindo especificamente com a proteína no complexo parB. A interação solicita ParA para formar conjuntos metaestáveis ​​que empurrar ou arrastar cópias de plasmídeos para com cada pólo e colocá-los em regiões definidas das duas metades celulares. A imagem mais clara a emergir até agora é que o sistema de ParA actina-like do plasmídeo R1.
  6. O artigo cita dois casos, o primeiro, em que a partição do plasmídio mini-F é regulada pelo excesso de sopA quebra os processos de emparelhamento. O segundo, fala que o excesso da ATPase no plasmídio P1 não perturba os processos partição, deixando o significado de um excesso de efeitos partição ATPase pouco claras. No caso de proteínas parB, níveis muito elevados levou a sugerir precipitada sequestro de plasmídeos em aglomerados mantidos juntos por interações parBparB.
  7. O artigo cita alguns modelos descritos na literatura.
  8. Conclusões do tópico