Microbiologia 03 - Genoma Bacteriano
Microbiologia 03 - Genoma Bacteriano
Microbiologia 03 - Genoma Bacteriano
FAMENE
NETTO, Arlindo Ugulino.
MICROBIOLOGIA
Além do cromossomo uma célula bacteriana pode conter uma ou mais estrutura de DNA chamados plasmídeos -
moléculas de DNA de fita dupla menores que os cromossomos e que podem replicar-se independentemente destes.
Outra diferença é o cromossomo da célula eucariótica, que é predominantemente constituído por íntons
(sequencias não codificadoras) do que por éxons (sequencia codificadora). Já o cromossomo bacteriano apresenta uma
grande maioria de exons em relação aos introns (que são quase raros).
As bactérias, como já foi dito e será discutido, possuem, além do seu cromossomo único e circular imerso no
citoplasma, os seguintes elementos: plasmídeos, vírus e transposons.
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Arlindo Ugulino Netto – MICROBIOLOGIA – MEDICINA P3 – 2008.2
PROCARIOTOS
O Reino Monera reúne os organismos procariontes, unicelulares, coloniais ou não, de vida livre ou parasita,
autótrofos (fotossintetizantes ou quimiossintetizantes) ou heterotróficos que se alimentam por absorção.
Mesmo possuindo uma estrutura e organização celular rudimentar, uma tendência evolutiva desde o primórdio
dos seres vivos, essas demonstram um grande potencial biológico, coexistindo em todos os tipos de ambientes, seja
terrestre, aéreo ou aquático.
Esse Reino compreende as bactérias e algas azuis (atualmente denominadas de cianobactérias). Devido à
contribuição da Biologia molecular esse Reino passou a ser classificado em dois sub-reinos de organismos procarióticos
bem diferentes: Eubactérias e Arqueas (Archaeobactérias).
As arqueobactérias são muito semelhantes às eubactérias e só foram diferenciadas destas há poucas décadas,
graças ao desenvolvimento das técnicas de análise molecular. Uma dirença importante entre arqueas e bactérias é
quanto a constituição química da parede célular. As arqueas não apresentam, em sua parede celular, o peptidoglicano,
constituinte típico das bactérias. As arqueobactérias podem ser dos seguintes tipos:
Arqueobactérias metanogênicas
Termófilas extremas: vivem em condições extremas de temperatura (600ºC)
Halófilas extremas: vivem em condições extremas de salinidade (NaCl a 25%).
PLASMƒDIOS
São moléculas extracromossomais circulares de DNA autoreplicativo encontradas em muitas espécies
bacterianas e em algumas espécies de eucariotos (ex: o anel de 2-micra em Saccharomyces cereviesiae). São
geralmente moléculas de DNA de fita dupla em forma de círculos fechados e passam às células-filha durante a divisão
celular. Quando o plasmídio está integrado ao cromossomo, recebe outro nome: epíssomo.
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OBS : Os epissomas são plasmídeos que conseguem se integrar no DNA cromossómico do hospedeiro Por esta razão,
podem permanecer intactos durante muito tempo, ser duplicados em cada divisão celular do hospedeiro, e transformar-
se numa parte básica da sua constituição genética.
A maioria das bactérias conhecidas transporta um ou mais tipos de plasmídios. Os genes que transportam não
são essenciais à sobrevivência da bactéria, mas podem condicionar características adicionais tais como fatores de
virulência, resistência a agentes antimicrobianos, bacteriocinas, toxinas, fixação de nitrogênio e utilização de fontes não
usuais de carbono. Muitas das características condicionadas por genes plasmidianos contribuem para a adaptabilidade
da bactéria em condições especiais. As bactérias não constroem seus próprios plasmídios, mas os adquirem através do
fenômeno da conjugação bacteriana, na qual uma bactéria transportando um plasmídio o transfere para uma outra
bactéria, mantendo para si uma cópia deste.
REPLICAÇÃO DO PLASMÍDIO
A replicação dos plasmídeos pode ser de dois tipos: por replicação de entidades independentes ou por
replicação de epíssomo integrado.
A replicação do plasmídeo também pode ocorrer em dois momentos: (1) quando a célula bacteriana se divide, o
DNA plasmidal também se divide, assegurando que cada célula filha receba uma cópia deste; (2) durante o processo de
conjugação, a molécula de DNA replicada pode entrar na célula receptora.
TIPOS DE PLASMÍDIO
Existem dois grupos básicos de plasmídeos: os conjuntivos e os não-conjuntivos. Os plasmídeos conjuntivos
contém um gene chamado tra-gene, que pode iniciar a conjugação, isto é, a troca sexual de plasmídeos com outra
bactéria. Os plasmídeos não-conjuntivos são incapazes de iniciar a conjugação e, por esse motivo, o seu movimento
para outra bactéria, mas podem ser transferidos com plasmídeos conjuntivos durante a conjugação.
Plasmídeos de Fertilidade (F): contém apenas tra-genes. A sua única função é a iniciação da conjugação
bacteriana. A bactéria que apresenta o plasmídio F (chamada de F+ ou macho) tem a capacidade de produzir
fímbrias associadas na reprodução sexuada com outras bactérias. A bactéria receptora é denominada F-.
Plasmídeos de Resistência (R): contém genes que os tornam resistentes a antibióticos ou venenos, ou seja, é
responsável pela resistência da bactéria a antimicrobianos.
Plasmídeos Col: contém plasmídeos que codificam (determinam a produção de) colicinas, proteínas que podem
matar outras bactérias, inibindo o crescimento de outras células que não possuem esse plasmídio.
Plasmídeos Degradativos: permitem a digestão de substâncias pouco habituais, como o toluole ou o ácido
salicílico, ou até mesmo derivados do petróleo (sendo usados para limpar poluições causadas por vasamento
destes produtos).
Plasmídeos de Virulência: transformam a bactéria num agente patogénico, estando associado então, a
patogenicidade da bactéria. Como por exemplo o plasmídeo Ti, da bactéria Agrobacterium tumefaciens, que é
usado atualmente na genética para a produção de plantas transgênicas.
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TRANSPOSONS
Transposons s€o fragmentos de DNA linear. Os transposons s€o elementos
gen•ticos m‚veis capazes de se inserirem em diferentes pontos do cromossomo
bacteriano. Ap‚s inserir-se em um determinado sƒtio do cromossomo, o transposon
pode deixar uma c‚pia neste sƒtio e inserir-se em outro ponto do cromossomo, um
fen„meno denominado transposi…€o.
A transposi…€o ocorre devido † presen…a, no transposon, de seq‡ˆncias especƒficas de DNA denominadas
seq‡ˆncias de inser…€o (IS). As IS s€o pequenas sequˆncias de DNA que codificam a enzima transposase, respons‰vel
pela transposi…€o. Quando o transposon se liga ao cromossomo da bact•ria, isso a confere uma maior mutagenicidade
(por induzir muta…Šes) bem como o isolamento de parte de seu material gen•tico (“DNA egoƒsta”).
Os transposons codificam uma ou mais proteƒnas que conferem caracterƒsticas como resistˆncia a drogas
antimicrobianas, enterotoxinas e enzimas degradativas. Os transposons possuem genes de resistˆncias, como por
exemplo, a TN1AMP (resistente † ampicilina).
TRANSFORMAÇÃO BACTERIANA
Ocorre pela absor…€o de mol•culas ou
fragmentos de mol•culas de DNA que estejam dipostos
no ambiente, proveniente de bact•rias mortas e
decompostas; a c•lula bacteriana transformada
(receptora) passa a apresentar novas caracterƒsticas
heredit‰rias, condicionadas pelo DNA incorporado.
Este n€o precisa ser de bact•rias da mesma esp•cie; em princƒpio, qualquer tipo de DNA pode ser capturado se
as condi…Šes forem adequadas. Entretanto, um DNA capturado s‚ ser‰ introduzido no cromossomo bacteriano se for
semelhante ao DNA da bact•ria receptora.
TRANSDUÇÃO BACTERIANA
Consiste na transferˆncia de segmentos de
mol•culas de DNA de uma bact•ria para outra. Isso
ocorre porque, ao formarem-se no interior das
c•lulas hospedeiras, os bateri‚fagos (vƒrus) podem
eventualmente incorporar peda…os do DNA
bacteriano. Depois de ser liberados a infectar outra
bact•ria, os bacteri‚fagos podem transmitir a ela os
genes bacterianos que transportavam.
A bact•ria infectada eventualmente incorpora em seu cromossomo os genes recebido do fago. Se este n€o
destruir a bact•ria, ela pode multiplicar-se e originar uma linhagem "transduzida" com novas caracterƒsticas, adquiridas
de outras bact•rias via fago.
CONJUGAÇÃO BACTERIANA
Consiste na transferˆncia de DNA
diretamente de uma bact•ria doadora para
uma receptora atrav•s de um tubo de
proteƒna denominado pêlo sexual ou pili,
que conecta duas bact•rias. Os pili est€o
presentes apenas em bact•rias doadoras
de DNA.
Quando a recombina…€o gen•tica foi descoberta pelo bi‚logo Joshua Lederberg, pensou-se que se tratava de
um processo sexual compar‰vel ao dos seres eucariontes . Por isso, na •poca, as bact•rias doadoras de DNA foram
denominados machos e as receptoras, fˆmeas. A continuidade dos estudos mostrou que a capacidade de doar DNA
est‰ ligada † presen…a de um plasmƒdio denominado F (de fertilidade); bact•rias portadoras do plasmƒdio F,
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denominadas F , atuam como doadoras de DNA e as que n€o possuem o plasmƒdio F atuam como receptoras, sendo
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chamadas de F . Hoje sabe-se que o DNA transferido de uma bact•ria para outra, na conjuga…€o, • quase sempre o
plasmƒdio F. Algumas vezes, por•m, um pequeno peda…o de DNA cromoss„mico une-se ao plasmƒdio e • transferido
junto com ele na conjuga…€o. Na bact•ria receptora pode ocorrer recombina…€o gen•tica entre o cromossomo e o
fragmento de DNA unido ao plasmƒdio recebido da bact•ria doadora.
HISTÓRICO
Como se sabe, antibiótico • uma substŽncia que tem capacidade de interagir com microorganismos
unicelulares ou pluricelulares que causam infec…Šes no organismo. Os antibi‚ticos interferem com estes
microorganismos, matando-os ou inibindo seu metabolismo e ou sua reprodu…€o, permitindo ao sistema imunol‚gico
combatˆ-los com maior efic‰cia.
O primeiro antibi‚tico fabricado pelo homem foi a penicilina. Alexander Fleming, bacteriologista do St. Mary's
Hospital, de Londres, j‰ vinha havia algum tempo pesquisando substŽncias capazes de matar ou impedir o crescimento
de bact•rias nas feridas infectadas, pesquisa justificada pela experiˆncia adquirida na Primeira Grande Guerra 1914-
1918, na qual muitos combatentes morreram em conseq‡ˆncia da infec…€o em ferimentos profundos e mal-tratados por
falta de tratamento adequado. No ano de 1922 Fleming descobre uma substŽncia antibacteriana na l‰grima e na saliva,
a qual dera o nome de lisozima. E em 1928 Fleming desenvolveu pesquisas sobre estafilococos, quando descobriu a
penicilina. A descoberta da penicilina deu-se em condi…Šes peculiarƒssimas, gra…as a uma seq‡ˆncia de acontecimentos
imprevistos e surpreendentes. No mˆs de agosto de 1928 Fleming tirou f•rias e, por esquecimento, deixou algumas
placas com culturas de estafilococos sobre a mesa, em lugar de guard‰-las na geladeira ou inutiliz‰-las, como seria
natural, ao retornar ao trabalho, em setembro do mesmo ano, observou que algumas das placas estavam contaminadas
com mofo, fato este relativamente freq‡ente. Colocou-as ent€o, em uma bandeja para limpeza e esteriliza…€o com lisol.
Neste exato momento entrou no laborat‚rio um seu colega, Dr. Pryce, e lhe perguntou como iam suas pesquisas.
Fleming apanhou novamente as placas para explicar alguns detalhes ao seu colega sobre as culturas de estafilococos
que estava realizando, quando notou que havia, em uma das placas, um halo transparente em torno do mofo
contaminante, o que parecia indicar que aquele fungo produzia uma substŽncia bactericida. O assunto foi discutido entre
ambos e Fleming decidiu fazer algumas culturas do fungo para estudo posterior. O fungo foi identificado como
pertencente ao gˆnero Penicilium, de onde deriva o nome da penicilina dado † substŽncia por ele produzida. Fleming
passou a empreg‰-lo em seu laborat‚rio para selecionar determinadas bact•rias, eliminando das culturas as esp•cies
sensƒveis † sua a…€o. A descoberta de Fleming n€o despertou inicialmente maior interesse e n€o houve a preocupa…€o
em utiliz‰-la para fins terapˆuticos em casos de infec…€o humana at• a eclos€o da Segunda Guerra Mundial, em 1939.
Nesse ano e em decorrˆncia do pr‚prio conflito, a fim de evitarem-se baixas desnecess‰rias, foram ent€o ampliadas as
pesquisas a respeito da penicilina e seu uso humano.
Em 1935, Gerhard Domark cria em laborat‚rio a sufa, substŽncia com atividade antimicrobiana.
Em 1940, Sir Howard Florey e Ernst Chain, da Universidade de Oxford, retomaram as pesquisas de Fleming e
conseguiram produzir penicilina com fins terapˆuticos em escala industrial, inaugurando uma nova era para a medicina
denominada a era dos antibi‚ticos. Para a II Guerra Mundial, os antibi‚ticos eram vistos como “Balas M‰gicas”. Ainda
nesse perƒodo, menos que 1% dos S. aureus estudados eram resistentes a penicilina. Em 1946, 60% dos S. áureos j‰ se
apresentavam resistentes † penicilina: apresentavam genes produtores de penicilinases, enzimas que quebram o anel
β-lactamico da penicilina (respons‰vel por matar a bact•ria).
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CAUSAS DA RESISTÊNCIA
A capacidade de adaptação ao novo ambiente garante à bactéria variabilidade genética gerada por mutação e
mecanismos de transferência. As condições que favorecem a seleção e disseminação de genes de resistência aos
antibióticos são:
Uso abusivo dos antimicrobianos nos hospitais
Venda livre/Aquisição direta pelo doente (Automedicação)
Indicação indiscriminada por médicos
Uso como aditivo em ração animal
A tecnologia do DNA recombinante, que gera organismos transgênicos, pode criar vetores plasmídios resistentes
Pressão seletiva natural de muitos antibióticos (fungos e bactérias)
Exposição a outros agentes seletivos como mercúrio
Fatores atuais: Maior imunodepressão (decorrente da AIDS, quimioterapia anticâncer e maior freqüência de
transplantes)
Modernos meios de transportes, o que facilita o transporte de pessoas ao redor do mundo, carregando consigo
bactérias de variados meios de resistência.
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OBS : Mecanismo de Resistência:
Versatilidade Genética Aquisição de Novo Dna Mutação e Recombinação Mecanismos ee Tranferência do
Material Genético
ANTIBIOGRAMA
Um antibiograma é um ensaio que mede a susceptibilidade/resistência de uma bactéria a um ou mais agentes
antimicrobianos. Seu objetivo é tanto a análise do espectro de sensibilidade/resistência a drogas de uma bactéria quanto
a determinação da concentração mínima inibitória.
O Ágar de Mueller Hinton é recomendado pelo U.S. Food and Drug Administration (FDA) e pela Organização
Mundial da Saúde (OMS) para o teste de sensibilidade/resistência a antibióticos de bactérias Gram positivas e Gram
negativas, aeróbicas ou anaeróbicas facultativas, comumente encontradas em alimentos e espécimes clínicos. O teste,
denominado antibiograma, é feito utilizando-se discos de difusão antibióticos depositados sobre a superfície do meio
onde se inoculou, por espalhamento, uma amostra de uma cultura bacteriana previamente crescida em meio líquido.
Material: Pipetador com volume fixo de 100 µl, ponteiras esterilizadas, alça de Drigalski esterilizada, placas de
Petri contendo meio Mueller Hinton, discos de difusão de antibióticos, cultura bacteriana em Caldo Nutriente ou meio LB.
Procedimento : Semear, por espalhamento com alça de Drigalski ou com uma zaragatoa esterilizada, uma
alíquota de 100 µl da cultura bacteriana em uma placa de Petri contendo meio Ágar de Mueller Hinton. Em seguida,
depositar discos de papel filtro impregnados, separadamente, com quantidades determinadas de um antibiótico
específico sobre a superfície do meio em disposição ordenada. Incubar a placa, invertidas, a 37ºC por cerca de 24
horas.
Resultados: A formação de um halo transparente sobre a superfície do meio, ao redor de um disco de
antibiótico, indica uma região com ausência de crescimento bacteriano, revelando a ação inibitória do agente
antimicrobiano sobre a bactéria ensaiada.