GENÉTICA BACTERIANA: ORGANIZAÇÃO, MECANISMOS, REGULAÇÃO, TRANSFERÊNCIA - BIOLOGIA - 2025

A genética bacteriana é o estudo das bases da informação genética dentro das células da bactéria. Isso abrange a organização da informação genética, como é regulamentada, como é expressa e como varia.

Os primeiros experimentos em genética bacteriana foram feitos no século 19, em um contexto histórico em que ainda não se sabia se as bactérias tinham mecanismos para trocar informações genéticas, nem mesmo se possuíam um cromossomo.

DNA bacteriano (Fonte: Average_prokaryote_cell-_en.svg: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHatsDifference_DNA_RNA-EN.svg: * Difference_DNA_RNA-DE.svg: Sponk (falar) tradução: Sponk (falar) trabalho derivado: Radio89 via Wikimedia Commons)

A única coisa realmente certa é que as bactérias poderiam estabelecer linhas estáveis ​​com diferentes fenótipos, pelo menos para a assimilação de diferentes compostos nutricionais, e que ocasionalmente novas formas surgiam, aparentemente devido a mutações genéticas.

Com a grande incerteza que existia sobre as bactérias na época, era necessário responder a certas questões sobre a "genética bacteriana" de forma experimental, principalmente para entender se as bactérias obedeciam aos princípios básicos da hereditariedade.

Finalmente, em 1946, Joshua Lederberg e Edward Tatum resolveram essas questões básicas usando duas cepas da bactéria Escherichia coli, cepa A e cepa B, cada uma com diferentes necessidades nutricionais.

As células do tipo A e B não conseguiram crescer em meio mínimo, pois ambas apresentavam mutações que as impediam de assimilar os nutrientes desse meio.

No entanto, quando A e B foram misturados por algumas horas e subsequentemente semeados na placa de meio mínimo, algumas colônias apareceram nas placas de meio mínimo, isto é, elas cresceram.

Essas colônias se originaram de células individuais que trocaram material genético e, após a troca, conseguiram expressar a informação genética no fenótipo e, assim, assimilar os nutrientes do meio mínimo.

Organização da informação genética

Toda a informação genética necessária para a vida de uma bactéria é encontrada dentro do "cromossomo bacteriano", uma única molécula de ácido desoxirribonucléico (DNA) de fita dupla.

Essa molécula de DNA está disposta em uma estrutura circular, fechada por ligações covalentes, e forma, junto com algumas proteínas, o cromossomo bacteriano.

As bactérias, além do cromossomo bacteriano, podem possuir fragmentos de DNA extracromossômico de menor tamanho, mas também estruturados de forma circular fechada. Essas moléculas de DNA são chamadas coletivamente de "plasmídeos" ou "DNA de plasmídeo".

As moléculas de DNA de plasmídeo são usadas por bactérias para trocar informações genéticas muito particulares entre elas.

Geralmente, quando uma das células bacterianas desenvolve resistência a um antibiótico, ela pode transmitir essa resistência a outras células bacterianas por meio de plasmídeos.

O tamanho da molécula de DNA do plasmídeo em bactérias pode variar de 3 a 10 quilo bases e em muitas espécies de bactérias podem ser encontradas centenas de cópias de um único tipo de plasmídeo.

A composição e estrutura do DNA das bactérias são as mesmas encontradas em todos os seres vivos e nos vírus. Sua estrutura consiste em um esqueleto de açúcar, bases nitrogenadas e grupos fosfato.

O mapa completo do cromossomo bacteriano de Escherichia coli foi obtido em 1963. Detalhava a posição exata de aproximadamente 100 genes, mas hoje se sabe que o cromossomo de E. coli contém mais de 1000 genes e tem 4,2 de tamanho. milhões de pares de bases.

Mecanismos de expressão gênica

O mecanismo de expressão gênica em bactérias é semelhante em alguns aspectos ao processo de expressão gênica que ocorre em outros seres vivos e também depende dos processos de transcrição e tradução.

A informação dos genes é transcrita para uma molécula de RNA e posteriormente para a sequência de aminoácidos que constituem as proteínas. Esse processo é o que realiza a expressão das informações contidas no genótipo e da estrutura do fenótipo.

Transcrição

Na transcrição, a enzima RNA polimerase cria um produto complementar a um segmento de DNA que usa como molde, mas esse produto é o ácido ribonucléico (RNA).

Essa molécula carrega as informações para a síntese da proteína codificada pelo segmento de DNA, é uma banda única e é chamada de RNA mensageiro. A RNA polimerase de bactérias é diferente em bactérias e em organismos eucarióticos.

A RNA polimerase identifica um local específico no DNA (promotor) onde se liga para iniciar a transcrição. Uma única molécula de RNA mensageiro pode conter as informações para mais de um gene.

Ao contrário dos organismos eucarióticos, os genes das bactérias não possuem "íntrons" em sua sequência, uma vez que as bactérias não possuem um núcleo que separe o cromossomo dos outros elementos do citoplasma.

Tradução

Como todos os elementos estão "soltos" no citoplasma da célula bacteriana, as moléculas de RNA mensageiro recém-sintetizadas podem entrar em contato com os ribossomos e iniciar a síntese de proteínas imediatamente.

Isso permite que as bactérias tenham uma vantagem em responder e se adaptar a mudanças extremas no ambiente.

O RNA ribossomal, o RNA de transferência e várias proteínas ribossomais participam da tradução. Os ribossomos das células procarióticas variam em estrutura e composição em relação aos ribossomos das células eucarióticas.

Esses elementos estão "lendo" na forma de tripletos de nucleotídeos (códons) as instruções incorporadas no código genético das moléculas de RNA mensageiro e, ao mesmo tempo, eles estão montando cada um dos aminoácidos para formar o polipeptídeo.

A "universalidade" do código genético permite aos cientistas usar a tradução de bactérias como uma importante ferramenta para a síntese de peptídeos e proteínas com interesse tecnológico.

Regulação da expressão gênica

O mecanismo que controla a expressão gênica em bactérias é extremamente preciso; permite que eles regulem com precisão a quantidade e o momento da síntese do produto gênico, de modo que ocorram apenas quando necessário.

Uma região do genoma bacteriano que agrupa vários genes é chamada de "operon". Essa região ativa ou desativa sua transcrição dependendo das condições em que a bactéria se encontra.

Todos os genes que fazem parte do mesmo operon são transcritos coordenadamente em um RNA mensageiro que contém muitos genes (chamado RNA "policistrônico"). Esses RNAs são traduzidos em ribossomos sequencialmente, um após o outro.

Os operons podem ser regulados positiva ou negativamente. Os genes só param de se expressar quando proteínas inibitórias chamadas repressores se ligam a uma sequência específica em sua estrutura.

A sequência específica do gene é denominada "promotor", quando a proteína repressora está ligada ao promotor, a RNA polimerase não consegue iniciar a transcrição da sequência genética em questão.

Por outro lado, quando os operons são regulados para cima, a transcrição dessa região genética não começará até que uma proteína ativadora esteja presente e se ligue à sequência de DNA específica.

Os cientistas usam essa "indutibilidade" dos operons para aumentar ou diminuir a expressão gênica de certas regiões de interesse nas bactérias. Com a introdução de alguns substratos, a expressão das enzimas necessárias ao metabolismo pode ser aumentada.

Transferência de gene

As bactérias, ao contrário das células eucarióticas, não transferem seus genes por meio da reprodução sexuada, mas podem fazê-lo por três processos diferentes: transformação, transdução e conjugação.

Transferência horizontal de genes em bactérias (Fonte: 2013MMG320B via Wikimedia Commons)

Transformação

Na transformação , algumas células bacterianas na população tornam-se "competentes". Uma vez "competentes", eles são capazes de receber DNA exógeno de outras bactérias encontradas no ambiente extracelular.

Assim que o DNA é incorporado ao interior da célula, a bactéria realiza um processo de combinação dos genes contidos em seu cromossomo com o DNA estranho que acaba de ser incorporado a ele. Este processo é conhecido como recombinação genética.

Transdução

Na transdução, as bactérias incorporam DNA de outras bactérias em sua molécula de DNA por meio de vírus que infectam bactérias (bacteriófagos). Isso pode ser dado de forma especializada ou generalizada.

Na transdução especializada, ocorre quando um fago que previamente infectou outra bactéria adquire seus genes durante o ciclo infeccioso.

Mais tarde, ao infectar uma nova bactéria e incorporar seus genes ao cromossomo da nova bactéria infectada, também incorpora genes da bactéria que havia infectado anteriormente.

Durante a transdução generalizada, as partículas de fago defeituosas que têm seus capsídeos vazios incorporam parte do cromossomo bacteriano durante a replicação viral, então, uma vez infectadas outra bactéria, podem introduzir os genes retirados da bactéria anterior.

Conjugação

Na conjugação, as bactérias trocam material genético de forma unidirecional, por meio do contato físico. Uma das bactérias atua como doadora e a outra como receptora. Nesse processo, a bactéria doadora geralmente dá uma molécula de DNA de plasmídeo à bactéria receptora.

A conjugação em bactérias não é típica de todas as espécies, a capacidade de conjugação é concedida por genes que são transmitidos por meio de uma molécula de DNA de plasmídeo.

Referências

1. Braun, W. (1953). Genética bacteriana. Genética bacteriana.
2. Brock, TD (1990). O surgimento da genética bacteriana (No. 579: 575 BRO). Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press.
3. Fry, JC, & Day, MJ (Eds.). (1990). Genética bacteriana em ambientes naturais (pp. 55-80). Londres: Chapman e Hall.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Uma introdução à análise genética. Macmillan.
5. Luria, SE (1947). Avanços recentes na genética bacteriana. Revisões bacteriológicas, 11 (1), 1.