PRINCÍPIOS DE GENÉTICA MICROBIANA

INTRODUÇÃO

Estudo das semelhanças e diferenças entre os seres vivos:

hereditariedadevariabilidade

INTRODUÇÃO

Descoberta da estrutura do DNA (dupla fita em helix – Watson & Crick 1953 ou 1957?)

Transferência da hereditariedade Necessidade de fidelização do processo Etapas do processo:

Replicação Transcrição Tradução

A = TC ≡ G

DNA: Ø 2 nm (1/1,000,000,000 = 10-9)

INTRODUÇÃO

Descoberta dupla fita (em helix) do DNA Transferência da hereditariedade

(alelos e genes) Dominância: homozigose e heterozigose Epistasia: expressão de um gene afeta a expressão do

outro Pleiotropia: um gene responsável por mais de uma

característica

Importância da fidelização do processo Etapas do processo:

Replicação Transcrição Tradução

GENOMA BACTERIANO

Normalmente circular Eventualmente linear Algumas espécies com porções extras,

não cromossomais, denominadas de plasmídeos, com transferência horizontal

ConjugativosNão conjugativos

TAMANHO, FORMA E NUMERO DE CROMOSSOMOS BACTERIANOS

GENOMA BACTERIANO

Tumor inducing

Agrobacterium tumefasciens (1 cromossomo circular, 1 linear e 2 plasmídeos)

GENOMA BACTERIANO

Organismotamanho

(pares de base)# de genes

Média da densidade de bases/gene

# cromossomos

Homo sapiens(humano)

3.2 bilhões ~25,000 1 gene/100,000 bases 46

Mus musculus (rato)

2.6 bilhões ~25,000 1 gene/100,000 bases 40

Drosophila melanogaster(inseto)

137 milhões 13,000 1 gene/9,000 bases 8

Arabidopsis thaliana(planta)

100 milhões 25,000 1 gene/4000 bases 10

Saccharomyces cerevisiae(levedura)

12.1 milhões 6000 1 gene/2000 bases 32

Escherichia coli(bacteria)

4.6 milhões 3200 1 gene/1400 bases 1

H. influenzae (bacteria)

1.8 milhões 1700 1 gene/1000 bases 1

GENOMA BACTERIANO

Escherichia coli K-12

Operon his(biossíntese de Histidina)

Operon trp(biossíntese de triptofano)

Operon lac(biossíntese de lactose)

Origem de replicação

4288 proteínas codificadas385 de função desconhecida

4.639.221 pb

Eucariotos: superenovelamento estabilizado pelas histonas

Em Archaea tanto histonas quanto DNA girase

Superenovelamento positivo ou negativo

DNA girase

Pol III adiciona 1000 nucleotídeos/s com um erro de 10-9/geração

E. coli – quanto tempo para replicação completa (ca. 4,6 milhões de pb)?

VARIABILIDADE EM VARIABILIDADE EM MICRORGANISMOSMICRORGANISMOS

Associada a duas propriedades: Genótipo: potencial total herdado

Procariotos: cromossomo + qualquer DNA presente (p. ex. plasmídeos, por ex. resistência a antibióticos, produção de enzimas e proteínas ou aumentar a patogenicidade de uma variedade)

Eucariotos: cromossomo + DNA organelas Fenótipo: porção expressa do genótipo

ex. Azomonas spp. meio com sacarose: colônias mucosas meio sem sacarose: colônias secas

VARIABILIDADE EM VARIABILIDADE EM PROCARIOTOSPROCARIOTOS

VARIAÇÕES GENOTÍPICASVARIAÇÕES GENOTÍPICAS

Ocorre graças a dois mecanismos:

MutaçõesRecombinação genética

Mutações Mudanças hereditárias na sequência de nucleotídeos de um gene

10-7 (1/10,000,000) a 10-11 ( 1/100,000,000,000) por par de nucleotídeo Gene típico possui 1.000 pb, haveria 10-4 a 10-8 erros por geração, ou 0,0001 a 0,00000001 Algumas mutações são mais frequentes que outras

VARIAÇÕES GENOTÍPICASVARIAÇÕES GENOTÍPICAS

Frequência de mutação:

Mutações Mudanças hereditárias na sequência de nucleotídeos de um gene Diferentes tipos

Substituição de bases (troca de bases)Mutações de remoção (remoção de bases)Adição ou perda de bases (proteínas não funcionais)Mutações sem sentido (término da cadeia de aa)Mutações silenciosas (não acarreta efeito no fenótipo)Mutações de supressão (corrigem mutações)

VARIAÇÕES GENOTÍPICASVARIAÇÕES GENOTÍPICAS

2a baseU C A G

1a

base

U

UUU (Phe/F) FenilalaninaUUC (Phe/F) FenilalaninaUUA (Leu/L) LeucinaUUG (Leu/L) Leucina

UCU (Ser/S) SerinaUCC (Ser/S) SerinaUCA (Ser/S) SerinaUCG (Ser/S) Serina

UAU (Tyr/Y) TirosinaUAC (Tyr/Y) TirosinaUAA "Ocre" (Stop)UAG "Âmbar" (Stop)

UGU (Cys/C) CisteínaUGC (Cys/C) CisteínaUGA "Opala" (Stop)UGG (Trp/W) Triptofano

C

CUU (Leu/L) LeucinaCUC (Leu/L) LeucinaCUA (Leu/L) LeucinaCUG (Leu/L) Leucina

CCU (Pro/P) ProlinaCCC (Pro/P) ProlinaCCA (Pro/P) ProlinaCCG (Pro/P) Prolina

CAU (His/H) HistidinaCAC (His/H) HistidinaCAA (Gln/Q) GlutaminaCAG (Gln/Q) Glutamina

CGU (Arg/R) ArgininaCGC (Arg/R) ArgininaCGA (Arg/R) ArgininaCGG (Arg/R) Arginina

A

AUU (Ile/I) IsoleucinaAUC (Ile/I) IsoleucinaAUA (Ile/I) IsoleucinaAUG (Met/M) Metionina, Start

ACU (Thr/T)TreoninaACC (Thr/T)TreoninaACA (Thr/T)TreoninaACG (Thr/T)Treonina

AAU (Asn/N) AsparaginaAAC (Asn/N) AsparaginaAAA (Lys/K) LisinaAAG (Lys/K) Lisina

AGU (Ser/S) SerinaAGC (Ser/S) SerinaAGA (Arg/R) ArgininaAGG (Arg/R) Arginina

G

GUU (Val/V) ValinaGUC (Val/V) ValinaGUA (Val/V) ValinaGUG (Val/V) Valina

GCU (Ala/A) AlaninaGCC (Ala/A) AlaninaGCA (Ala/A) AlaninaGCG (Ala/A) Alanina

GAU (Asp/D) Ácido aspárticoGAC (Asp/D) Ácido aspárticoGAA (Glu/E) Ácido glutâmicoGAG (Glu/E) Ácido glutâmico

GGU (Gly/G) GlicinaGGC (Gly/G) GlicinaGGA (Gly/G) GlicinaGGG (Gly/G) Glicina

ALI VAI RUI COM LIA XXX

VARIAÇÕES GENOTÍPICASVARIAÇÕES GENOTÍPICAS

SubstituiçãoALI VAI RUI COM

BIA XXX

RemoçãoALI AIR UIC OML IAX XX InserçãoALT IVA IRU ICO MLI AXX

Substituição de uma base (pontual)

COMO DETECTAR MUTAÇÕESCOMO DETECTAR MUTAÇÕES

Serratia marcescens: vermelho normal, cinza mutantes

AGENTES MUTAGÊNICOSAGENTES MUTAGÊNICOS

Agentes químicos: análogos de base

Radiações: raios-X, luz ultra-violeta

Transposons

AGENTES MUTAGÊNICOSAGENTES MUTAGÊNICOS

Agentes químicos: análogos de base

Radiações: raios-X, luz ultra-violeta

Transposons

Agentes químicos: análogos de bases

Radiações: raios-X, luz ultra-violeta

Transposons

AGENTES MUTAGÊNICOSAGENTES MUTAGÊNICOS

Mutagênese por elementos Mutagênese por elementos transponíveistransponíveis

* transposase* repetições invertidas* baixa frequência: 10-5 a 10-7 por geração (1/10,000,000)

Tn 10 – tetraciclinaTn 5 – kanamicina

RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA

Formação de um novo genótipo

Trocas de material genético entre dois cromossomos homólogos (crossing over) eucariotos: MEIOSE procariotos:

TRANSFERÊNCIA/RECOMBINAÇÃO

RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA

Transformação Avery, MacLeod & McCarthy (1944)

Conjugação Ledeberg & Tatum (1946)

Transdução Zinder & Ledeberg (1952)

Recombinação genéticaRecombinação genética

TransformaçãoTransformação

Recombinação genéticaRecombinação genética

Experimento de Griffith (1928)

Ex. Ex. Haemophilus influenzaHaemophilus influenza

RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA

Conjugação Ledeberg & Tatum (1946)

Natureza: contato entre células plasmídeo ou cromossomo

Pili

F+

F-

F+

F-

ConjugaçãoConjugação

RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA

Transdução Lederberg & Zinder (1952): Salmonella

typhimurium

Natureza: vírus como vetor (bacteriófagos ou fagos) generalizada ou especializada

RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA