aula 9 Ciclo Celular 2010

Santo André - Outubro de 2010 Aula 9 Ciclo Celular e Reprodução

BC-1606

Microbiologia

Prof . Antônio Sérgio Kimus Braz

Crescimento:

aumento de tamanho de um indivíduo ou aumento do número de indivíduos dentro de uma população.

Implica em uma série de reações químicas:

1. Síntese de pequenas moléculas: aminoácidos, coenzimas e moléculas energéticas

(ATP)  macromoléculas

2.Reações de polimerização

3.Estruturas celulares: membrana, parede, enzimas e outros componentes celulares

Crescimento bacteriano

Proteínas do citoesqueleto

Proteínas do citoesqueleto

FtsZ= homóloga da tubulina de eucariotos MreB= homóloga da actina de eucariotos

Crescentina= homóloga a proteínas do filamento

Intermediário de eucariotos

Staphylococcus aureusEscherichia coli Caulobacter crescentus FtsZ MreB Crescentina Anel Z -Polímeros da proteína FtsZ -Define o sítio da clivagem

1. Todas as bactérias possuem FtsZ;

2. MreB, presente em todas as células em formato de bastonete;

3. Crescentina dá a forma de meia-lua.

Todas as bactérias possuem FtsZ homologo a tubulina

Anel Z

-Polímeros da proteína FtsZ -Define o sítio da clivagem

Caracterização biofísica de FtsZ

Anel Z

-Polímeros da proteína FtsZ -Define o sítio da clivagem

Tubulin/FtsZ family, GTPase domain Add an annotation

This family includes the tubulin alpha, beta and gamma chains, as well as the bacterial FtsZ family of proteins. Members of this

family are involved in polymer formation. FtsZ is the polymer-forming protein of bacterial cell division. It is part of a ring in the middle of the dividing cell that is required for constriction of cell membrane and cell envelope to yield two daughter cells. FtsZ and tubulin are GTPases. FtsZ can polymerise into tubes, sheets, and rings in vitro and is ubiquitous in eubacteria and archaea. Tubulin is the major component of microtubules.

Evidence for horizontal gene transfer

genes de plantas terrestres =>

MreB, presente em todas as células em formato de bastonete,

Função relacionada a forma Homologo a actina

bacteria _eucarionte

Cocos não tem MreB

Mutante deletério de MreB

se converte em cocos

Proteína rodZ (proteína de membrana)

Também envolvida na regulação do formato

Distribuição de MreB

E outras proteínas em diversos filos de bacterias

eucaria

Staphylococcus aureus E. coli Caulobacter crescentus

PARA FALAR DE DIVISÃO CELULAR Vamos começar com CICLO CELULAR

Evento Procariota Eucariota

Crescimento da massa

celular (pré-replicativo) Período B (G1) Fases G1 ou gap 1 Replicação do cromossomo

(replicativo Período C (S) Fases S (síntese de DNA) Separação dos cromossomos

(pós-replicativo) Período D (G2,M) Fase G2 (gap 2)Mitose ou fase M Separação das células

(pós-replicativo) Período D (citocinese) Citocinese

Em condições nutricionais ideais, a E.coli

Período B (G1): aumento da massa molecular

Período D (G2, M e citocinese)

FtsZ

-Início do processo de divisão, com formação do septo

-Separação dos cromossomos e das duas células

No momento certo do ciclo celular, FtsZ polimeriza-se em uma estrutura em forma de anel – o “anel Z” – bem no centro da célula que tem que se dividir. A seguir, o anel Z atrai pelo menos uma dúzia de outras proteínas necessárias para a divisão e assim transforma-se em um elaborado complexo macromolecular

Durante a divisão, várias proteínas são recrutadas para o anel formado por FtsZ: FtsA, FtsQ, FtsW, FtsL, FtsN,

FtsK, FtsI (PbP3) e ZipA, que se organizam em um complexo para realizar a divisão.

Tipos de divisão celulares em procariotos

 _{maioria fissão binária}

(produtos da divisão celular iguais)

 _{alguns utilizam fissão múltipla, brotamento ou fissão assimétrica}

(produtos da divisão celular desiguais )

Arqueas possuem características mistas de bactérias e eucariotos em seu ciclo

Fissão Binária Simétrica

E. coli

E. coli

Outras proteínas que atuam na divisão celular

Proteínas Min= auxiliam na formação do septo no meio da célula

Papel das proteínas Min, na localizaçào do septo de divisão

(Adaptado de Rothfield & Zhao. Cell, 84:183-186, 1996)

Fissão Binária Simétrica e Esporulação :

Fissão Binária Simétrica e Esporulação :

 _{proteínas que auxiliam na compactação em até}

1.000 vezes do DNA bacteriano (proteínas básicas);

 _{outro grupo de proteínas conhecidas como:}

proteínas de manutenção estrutural do

cromossomo (SMC, structural maintenance of

chromosome) : envolvidas na organização e

segregação do cromossomo/nucleóide; _{Proteina FtsZ}

_{Proteína MreB}

B. subtilis

Histonas estão presentes e conservadas em todos eucariontes

Core histone protein structure and sequence evolution. (a) Structural relationships between the four core histone protein families. (b) Three-dimensional nucleosome structure is shown with each core histone chain colored: H2A, orange; H2B, yellow; H3, blue; and H4, green. (c)

Sequence relationships within and between the four core histone protein families. Internal nodes that set-off each core histone family are color coded using the same scheme used for the nucleosome structure. The tree is rooted with archaeal histone-like sequences (white internal node).

Mariño-Ramírez et al. Genome Biology 2006 7:R122 doi:10.1186/gb-2006-7-12-r122

Modelo de estudo de ciclo celular em bacterias

Fissão Binária Assimétrica:

Fissão Binária Assimétrica:

Caulobacter crescentus

 _{possui dois tipos de células:}

-células expansivas (swarmer) =móveis com flagelo e pilus, -células pedunculadas (stalked)= com um gancho adesivo, imóvel e sésseis.

Caulobacter crescentus is a Gram-negative bacterium ubiquitous in fresh water, soil, and sea water. C. crescentus exhibits a dimorphic life cycle that most likely provides an advantage in such competitive environments...

Múltiplos endosporos intracelulares:

Metabacterium polyspora

-Algumas células fazem divisão binária, mas maioria esporula

-Produz múltiplos endosporos, à medida que transita pelo trato gastrointestinal do seu hospedeiro natural, a cobaia (Cavia porcellus).

Simbionte de porquinho da india Ajuda na digestão dos alimentos...

Metabacterium polyspora Divisão nos dois pólos engolfamento Pré-endos-poro divide Pré-endosporo divide e cresce

The life cycle of M. polyspora is coordinated with its passage through the gastrointestinal tract of the guinea pig (Cavia porcellus)

Fissão Múltipla: -Cianobactérias

-Actinobactérias -Proteobactérias

Sucessão rápida de divisões por fissão binária leva a formação de:

-Baeócitos (pequenas células) -Esporos

Ciclo Celular das Arqueas

Mitose

Citocinese

Biofilmes:

-Colônias microbianas aderidas a uma superfície envoltas por um material viscoso= matrix polimérica extracelular (MPE)

-Maioria das bactérias são encontradas em biofilmes -Altamente estruturados e fisicamente dinâmicos

Adesão da célula bacteriana à superfícies

1. Adesão a uma superfície abiótica: mediada por interações inespecíficas, como forças hidrofóbicas; 2. Adesão a um tecido vivo é normalmente mediada

por mecanismos moleculares específicos como lectinas, outros ligantes ou adesinas;

3. Adesão primária de um organismo a uma superfície é um processo reversível que acontece de forma

aleatória ou através de mecanismos de quimiotaxia e de mobilidade;

Formação de biofilmes:

As interações que permitem a agregação de diferentes espécies, ou mesmo gêneros microbianos em um biofilme geralmente envolvem a participação de adesinas (moléculas de

adesão presentes em fímbrias ou dispersar ao longo da superfície celular), que reconhcem receptores específicos na superfície de outras células, ou em diversos tipos de substratos

Maturação do biofilme

1. Após a adesão primária, a ligação se consolida pela produção de polissacarídeos extracelulares que se complexam a

materiais de superfície e aos receptores específicos localizados nos flagelos e pili;

-MPE (matrix polimérica extracelular)= ∗ polissacarídeos proteínas

outros

-Proteínas da MPE= Bap (biofilm associated protein) (Staphyloccocus aureus)

2. Adesão irreversível

Biofilmes mais comuns são heterogêneos= duas ou mais espécies

Relações simbióticas

-Produtos do metabolismo de uma espécie pode auxiliar no crescimento de outras

-Adesão de uma espécie pode fornecer substâncias para adesão de outras

X

Conflicts of interest in biofilms

conflicts of interest prevalent in biofilms yet largely ignored in the biofilm literature. Examples discussed comprise growth restraint in stationary phase as an instance of the Prisoner's Dilemma, growth restraint to allow channel formation, restraint in resource consumption or economical use of resources as altruistic behaviour, population heterogeneity as insurance against environmental changes, cooperative investment in diffusible exoenzymes, cooperation of pathogens and virulence, diffusion sensing versus quorum sensing and the inflation of signals, antibiotic resistance as collective action, and programmed cell death

Placa dental= um dos biofilmes mais estudados - mais de 1000 espécies diferentes no biofilme

-Proteção contra ambientes hostis -Proteção contra antibióticos

Sintrofia em um grânulo de lodo de um reator metanogênico. Corantes fluorescentes revelam organismos metanogênicos (em verde) e bactérias que oxidam propionato (em

Comunicação celular

-Várias espécies de bactérias presentes em diferentes biofilmes -Sinais químicos são produzidos e percebidos por outras células resultando em comportamentos coordenados

Sinalização celular e densidade populacional

uma única espécies ou espécies multiplas

-Se comunicam através de sinais químicos= autoindutores -Linguagem das bactérias usa sistemas denominados:

Quorum sensing

Abilidade de uma colônia de bactérias de perceber seu tamanho e regular sua atividade

-Processos de luminescência

-Transferência horizontal de DNA -Formação de biofilmes

-Produção de fatores de patogenicidade

Quorum sensing

Sinalização celular e densidade populacional

Quorum sensing

-Bactéria produz autoindutores (Concentração de autoindutores é

dependente da densidade populacional)

-Resposta a autoindutores provoca mudanças an expressão gênica

Dois sistemas

Gram positivas= usam oligopeptídeos sinais Gram negativas= usam proteínas LuxIR

Descoberto em Vibrio fischer

Gram negativa= sistema LuxIR symbiotic bioluminescence.

Lux operon

Baixa densidade= 3-oxo-C6-HSL se difunde para fora das células Alta densidade= Concentração de 3-oxo-C6-HSL aumenta.

LuxR se liga ao 3-oxo-C6-HSL

Complexo LuxR- 3-oxo-C6-HSL ativa transcrição dos genes Lux

LuxR= codifica proteína ativadora da transcrição LuxI (3-oxo-C6-HSL)

(N-acyl homoserine lactone = AHL)

Vibrio fischer

Gram negativa= sistema LuxIR symbiotic bioluminescence.

a | The lux operon contains luxI followed by five genes that are required for light production (luxCDABE) and an additional gene of unknown function (luxG). The luxC, luxD and luxE genes code for components of an acid reductase that converts the long-chain fatty acid tetradecanoic acid into the fatty-aldehyde substrate

(tetradecanal) for the light-producing enzyme luciferase. The luxA and luxB genes encode the alpha and beta subunits of luciferase. The luxI gene encodes the enzyme (autoinducer (AI) acyl-homoserine lactone synthase) that produces the quorum-sensing signal 3-oxo-C6-HSL. The single gene transcribed in the opposite direction, luxR, encodes the signal-responsive transcription activator of the luxICDABEG operon. Modified with permission from Ref. 113 © (1999)

Cambridge University Press. b | An Australian pinecone fish (approx12 cm long). The red organ on the lower jaw is a light organ that contains approx1010V. fischeri cells per ml fluid. The light organ appears red in this photograph because the light-organ tissue is highly vascularized. Australian pinecone fish are nocturnal reef dwellers and they use the light organ to search for prey at night. c | A Hawaiian bobtail squid. This adult squid is approx2 cm long. There is a V. fischeri light organ close to the ink sac within the mantle cavity of the animal. This light organ contains approx1011V. fischeri cells per ml. These nocturnal squid emit light downwards through the mantle cavity and, by matching the intensity of the moon- and starlight above, they become invisible to predators below them. Images b and c kindly provided by Edward G. Ruby (University of Hawaii, USA).

Vibrio fischeri lux-gene organization and symbiotic bioluminescence.

The archetypical Lux quorum sensor. The AHL signal (green circles) is synthesized by the luxI gene

product LuxI (the synthase). At a certain threshold concentration, the AHL signal

interacts with the

receptor LuxR (encoded by luxR), which binds to the promoter

sequence of the target genes (in this case, the lux operon) and in conjunction with the RNA polymerase promotes transcription.

Furanone-treated P. aeruginosa biofilms are less tolerant to tobramycin. Scanning confocal laser photomicrographs of P. aeruginosa PAO1 biofilms grown in the absence (a) or the

presence (b) of 10 μM C-30. After 3 days, the biofilms were exposed to 100 μg/ml tobramycin for 24 hours. Bacterial viability was assayed by staining using the LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Molecular Probes Inc., Eugene, Oregon, USA). Red areas are dead bacteria; green areas are live bacteria.