Transferência da informação genética

Transferência da informação

genética

Ana Beatriz Santoro

Replicação do DNA

• Características universais do mecanismo de replicação -Semi-conservativo

-Bidirecional

Replicação do DNA bacteriano

Replicação do DNA bacteriano

• Etapas:

Início

Elongação Término

Estrutura da origem de replicação

bacteriana

• Apenas uma origem de replicação

• Origem de replicação muito conservada

• Seqüências consenso de 9 e 13 pb rica em A-T

Origem de replicação em bactérias

Somente origens completamente metiladas podem iniciar a replicação

Proteínas presentes na origem de

replicação

Replicação do DNA bacteriano

• Etapas:

Início

Elongação

Proteínas presentes na forquilha de

replicação

Replicação do DNA bacteriano

• Etapas:

Início Elongação

Seqüências terminadoras

• Terminação ocorre na região ter do cromossomo de E. coli

• Região ter rica em G e T

• Proteína Tus (terminus utilization substance) liga-se à região ter

• Tus pára a forquilha de replicação através da inibição da atividade de helicase

Transferência horizontal de genes

•

Organismo transfere material genético para outra célula que não é sua descendente (≠ transferência vertical)

• Importante mecanismo na evolução e variabilidade genética de procariotos

• Interações genéticas entre bactérias permitem a evolução de seus genomas mais rapidamente que as mutações apenas

Descoberta da transferência gênica

bacteriana

Transferência gênica bacteriana:

necessidade de contato

Características gerais da transferência

gênica em bactérias

 Unidirecional

- Doador → receptor

 Pode ocorrer entre diferentes espécies

Interações genéticas entre bactérias

•

Tipos:

Conjugação Transformação Transdução

Conjugação

•

Definição: transferência de DNA de uma célula doadora

para uma célula receptora através de contato direto entre elas

• Mating types em bactérias:

Doador

Receptor

• Doador:

- fator F (fator de fertilidade): plasmídeo circular que se replica de forma independente

- Pilus F

• Receptor:

Pilus F e exclusão de superfície

• Filamento extracelular que se extende da superfície da célula doadora; componentes: pilina e uma proteína na ponta que faz contato com a superfície da receptora.

• O pilus reconhece vários receptores na superfície da célula receptora (LPS, protein)

• Células F+ não conjugam com outra F+ devido ao fenômeno de “exclusão de superfície”

• TraT– proteína da membrana externa bloqueia a formação do par e a proterína TraS bloqueia a transferência do DNA.

Estados fisiológicos do fator F

•

Autônomo (F

+

)

– Características do cruzamento F+ _{x F}

-• F- → F+ _{e F}+ _{permanece F}+

• Não há transferência de genes cromossomais da doadora

Estados fisiológicos do fator F

•

Integrado (Hfr: high-frequency recombination)

F+ _Hfr

– Características do cruzamento Hfr x F

-• F- _{raramente se transforma Hfr e Hfr permanece Hfr}

Estados fisiológicos do fator F

•

Autônomo com genes do doador

(F’)

– Características do cruzamento F’x F

-• F- → F’ e F’ permanece F’

• Alta transferência de genes da doadora presentes em F’ e baixa transferência de outros genes cromossomais

Cruzamento F

+

x F

-• Formação do par • Transferência de DNA - Origem de transferência - Replicação círculo rolante F+ F- F+ _F -F+ _F+ F+ _F+

-Cruzamento Hfr x F

-• Formação par • Transferência de DNA - Origem de transferência - Replicação círculo rolante • Recombinação homóloga Hfr F- _{Hfr F} -Hfr F -Hfr F

-Cruzamento Hfr x F

-Different Alleles

Cruzamento

F’ x F

-F’ F’ F’ F’ F’ F- _F’ F -• Formação do par • Transferência de DNA – Origem de transferência – Replicação círculo rolante

Transformação

•

Definição: conversão de um genótipo para outro pela

• Fatores que afetam a transformação:

- Competência do receptor: habilidade de incorporar o DNA extracelular, varia com o estado fisiológico da bactéria

Muitas bactérias são naturalmente competentes, mas só o fazem em uma fase do ciclo de crescimento celular. Ex:

Streptococcus, Haemophilus, Neisseria, Bacillus.

Outras bactérias podem se tornar competentes por tratamentos específicos, Ex: CaCl₂ / temperatura ; exposição a pulsos de altas voltagens (eletroporação).

-Tamanho do DNA

Eficiência de transformação é baixa com fragmentos e plasmídeos grandes

- Recombinação entre seqüências homólogas no fragmento do DNA e no cromossoma da receptora- recombinação

E. coli + pAmp/Kan E. coli eletroporação Recover at 37o_C Incubate at 37o_{C overnight} LB Amp+Kan LB Amp+Kan

Transformação - Eletroporação

Transdução

•

Definição: transferência de DNA da célula doadora para a

célula receptora por meio de bacteriófagos

• Bacteriófagos

- são vírus bacterianos

- se replicam como parasitas bacterianos obrigatórios - partículas extra-celulares metabolicamente inertes

- formadas de DNA e RNA (genoma) e proteínas (capsídeo, camada protetora do DNA)

- tamanho genoma: 2-200 kb (dsDNA, ssDNA, dsRNA, circular ou linear )

Morfologia dos Fagos

Bacteriófago T2

Bacteriófago 

Phage M13

Infecção por fagos

• Etapas:

1. Adsorção do fago à célula bacteriana 2. Ligação irreversível

3. Contração da cápsula

Especificidade da infecção

 Cada espécie de bactéria é susceptível a uma série própria de fagos

 Cada fago só infecta um conjunto específico de hospedeiras

Ex: fago A só infecta uma cepa de E. coli; fago B, pode infectar muitas cepas diferentes de E. coli.

 Susceptibilidade depende de receptores específicos na superfície da célula hospedeira- em geral carboidratos LPS nas Gram

-- Ácido teicóico nas Gram+

- Alguns fagos se ligam ao pilus sexual (F). Fagos macho-específicos, ex: M13

Tipos de fagos

 Líticos ou virulentos- são fagos que se multiplicam na bactéria e causam a lise da célula no final do ciclo.

Ex: Fagos T2, T4,T1-T7 de E. coli

 Fagos lisogênicos ou temperados- são fagos que se multiplicam via ciclo lítico e/ou entram em estado quiescente na célula através do qual o DNA do fago pode se integrar ao cromossoma da bactéria hospedeira, como profago. Ex: Fago Lambda () de E. coli.

Total

Phage Extracellular Phage

Eclipse Acumulação_intracelular

Time after Infection

Number of I nf ectio us Pa rt icl es Lise

Ciclo de multiplicação de um fago lítico

-Eclipse- partículas do fago

não são encontradas no sobrenadante da cultura ou intracelularmente após inoculação da cultura com os fagos. Expressão de genes da fase inicial e tardia e do material genético

- Acúmulo intracelular

- Lise bacteriana e liberação dos fagos

Fagos lisogênicos

 Se multiplicam via ciclo lítico e/ou entram em estado quiescente na célula.

 Em estado quiescente, material genético do fago está integrado (forma aleatória ou não) ao cromossoma da bactéria. O DNA do fago no estado reprimido é denominado profago

 A maioria dos genes do fago não é transcrita e está sob repressão.

Fagos lisogênicos

 O DNA integrado no cromossoma é replicado junto ao do hospedeiro e é passado para as células flihas.

 A célula bacteriana que carreia um DNA integrado é denominada uma bactéria lisogênica, imune a infecção pelo mesmo fago!



 Conversão lisogênica- alguns fagos temperados além dos genes para o ciclo lítico e lisogênico, possuem genes cuja expressão dão à bactéria hospedeira novas características, Ex: genes virais para produção de toxinas por diversos patógenos bacterianos

Transdução

•

Definição: transferência de DNA da célula doadora para a

célula receptora por meio de bacteriófagos

• Tipos

-Generalizada: qualquer gene do doador bacteriano pode ser transferido para a receptora

-Especializada: apenas certos genes do doador são transferidos à célula receptora

Transdução Generalizada

• Replicação do fago e degradação do DNA da hospedeira

• Montagem e liberação das partículas do fago

• Infecção da célula receptora

• Recombinação homóloga

• Infecção da bactéria doadora

Vetor: bacteriófagos líticos- o DNA do doador em pedaços menores é empacotado em seus capsídeos

Transdução Especializada

Vetor: bacteriófagos temperados- diferentes fagos transferem diferentes genes

• Excisão do profago

• Replicação do DNA, montagem das partículas e liberação dos fagos

• Infecção da célula receptora

gal bio gal bio

gal

bio

Integração do fago ao genoma

bacteriano

gal bio gal bio gal bio gal bio bio

Transdução Especializada

O genótipo de uma bactéria pode ser modificado por mutações que são alterações hereditárias no material genético.

 Lesões no DNA- qualquer alteração na estrutura do DNA; pode incidir sobre o grupamento fosfato, desoxirribose ou base nitrogenada. Não são hereditárias (não se perpetuam entre as células filhas); podem ser corrigidas por mecanismos de reparo específico ou acabam por levar a célula à morte ou a dar origem a mutações.

 Mutações- alterações no conteúdo informacional do DNA (bases nitrogenadas); modificações na seqüência ou número de bases. São hereditárias .

 Mutações podem ocorrer: - Espontaneamente

- Induzidas por tratamento com material químico, físico ou biológico

Mutações espontâneas

 Substituição de base única

- Missense - Nonsense

- Mutação silenciosa

 Transição: - Purina-purina (A ou G) - Pirimidina-pirimidina (C ou T)  Transversão: - Purina-pirimidina - Pirimidina-purina

 Mutação silenciosa

- Alteração no códon não altera o AA

Diferentes códons codificam um mesmo AA

 Mutação Missense

- Alteração de um códon altera o AA - Efeito variavel

 Mutação Nonsense

- Formação de códon de parada (TAA, TAG, ou TGA)

 Proteína truncada

 Adição ou remoção de no _{variável de PB}

 No de PB não múltiplo de 3 é adicionado ou removido: Mutação Frameshift

Mudança da matriz de leitura

Causas de mutação espontânea

 Erros de replicação do DNA

 Dano ao DNA (tautomerização, deaminação, oxidação e alquilação)

 Agentes químicos (Ex: agrotóxicos, conservantes)

 Agentes físicos (Ex: luz UV, raios X)

 Agentes biológicos (Ex: elementos de transposição)