Mecanismos de Variabilidade Genética 2° Ano E Biologia Profa Solange

Leia o texto abaixo, assistam o vídeo sobre Variabilidade Genética e respondam as atividades propostas.
https://youtu.be/EkshmRC1Fzk

A atividade deverá ser postada no blogger e no e-mail do professor  na data especificada. Período para realização das atividades à partir de  (17/06/2020 à 24/06/2020).

Variação genética em procariontes

Mecanismos que geram a variação nas populações de procariontes. Transdução, transformação, conjugação, elementos transponíveis.

Pontos Principais:

• Em transformação, uma bactéria absorve um pedaço de DNA disperso no seu ambiente.
• Em transdução, o DNA é acidentalmente transportado de uma bactéria para outra por um vírus.
• Em conjugação, o DNA é transferido entre as bactérias através de um tubo entre as células.
• Elementos de transposição são pedaços de DNA que "saltam" de um lugar para outro. Eles podem mover genes de bactérias que dão às bactérias resistência a antibióticos ou as tornam causadoras de doenças.

Introdução

Quando você ouve a palavra "clone", sobre o que você pensa? Talvez você se lembre da ovelha Dolly ou de experimentos realizados em laboratórios de biologia molecular. Mas também é verdade que as bactérias ao seu redor —em sua pele, em seu intestino ou na pia da cozinha— estão "se clonando" o tempo todo!

As bactérias se reproduzem ao se dividirem em dois via fissão binária. A fissão binária faz clones, ou cópias geneticamente idênticas, da bactéria progenitora. Uma vez que as bactérias "filhas" são geneticamente idênticas à progenitora, a fissão binária não fornece uma oportunidade para a recombinação genética ou a diversidade genética (com exceção da mutação aleatória ocasional). Isto diverge da reprodução sexual.

De qualquer modo, a variação genética é essencial para a sobrevivência de uma espécie, permitindo que grupos se adaptem às mudanças no seu ambiente por seleção natural. Isso é verdade para as bactérias, bem como plantas e animais. Portanto, não é muito surpreendente que procariontes possam compartilhar genes por três outros mecanismos: conjugação, transformação e transdução.

Transformação

Na transformação, uma bactéria absorve o DNA do seu ambiente, geralmente DNA que foi perdido por outras bactérias. Em um laboratório, o DNA pode ser introduzido por cientistas (ver biotecnologia article). Se o DNA está sob a forma de um círculo chamado de plasmídeo, ele pode ser copiado na célula receptora e transferido para seus descendentes.

Esquerda: plasmídeo retomado pela transformação.

Direita: fragmento linear de DNA retomado pela transformação e trocado para o cromossomo bacteriano pela recombinação homóloga.

Imagem modificada de "Conjugação," por Adenosina (CC BY-SA 3,0). A imagem modificada está autorizada sob licença CC BY-SA 3,0.

Por que isso seria importante? Imagine que uma bactéria inofensiva pegue o DNA de um gene da toxina de uma espécie patogênica (causadora de doenças) de bactéria. Se a célula receptora incorpora o novo DNA em seu próprio cromossomo (o que pode acontecer por um processo chamado recombinação homóloga), ela também pode se tornar patogênica.

Transdução

Na transdução, os vírus que infectam as bactérias transferem pequenos pedaços de DNA cromossômico de uma bactéria para outra "por acidente."

Sim, até mesmo bactérias podem pegar um vírus! Os vírus que infectam bactérias são chamados bacteriófagos. Os bacteriófagos, como outros vírus, são os piratas do mundo biológico — eles controlam os recursos da célula e os usam para fazer mais bacteriófagos.

No entanto, este processo pode ser um pouco descuidado. Às vezes, pedaços de DNA de células do hospedeiro ficam presos dentro dos novos bacteriófagos à medida que eles são feitos. Quando um destes bacteriófagos "defeituosos" infecta uma célula, ele transfere o DNA. Alguns bacteriófagos cortam o DNA de sua célula hospedeira em pedaços, fazendo com que este processo de transferência seja mais provável$^1$start superscript, 1, end superscript.

Os vírus infectam a célula injetando o seu DNA. O DNA bacteriano é fragmentado e o DNA viral é replicado. Novas partículas virais são fabricadas e saem da célula. Uma contém o DNA do hospedeiro ao invés do DNA viral. Quando esse vírus infecta um novo hospedeiro, ele injeta o DNA bacteriano, que pode se recombinar com o cromossomo dos novos hospedeiros.

Imagem modificada de "Conjugação," por Adenosina (CC BY-SA 3,0). A imagem modificada está autorizada sob licença CC BY-SA 3,0.

Archaea, o outro grupo de procariontes além das bactérias, não são infectados por bacteriófagos. No entanto, eles têm seus próprios vírus que transferem material genético de um indivíduo para outro.

Conjugação

Na conjugação, o DNA é transferido de uma bactéria para outra. Depois que a célula doadora se aproxima da bactéria receptora usando uma estrutura chamada de pilus, o DNA é transferido entre as células. Na maioria dos casos, este DNA está sob a forma de um plasmídeo.

1. Uma célula doadora F+ contém DNA cromossomal e um plasmídio F. Ele também contém um pilus em forma de bastonete. A célula receptora F- tem apenas DNA cromossomal e não possui plasmídeo F.
2. A célula doadora usa seu pilus para se ligar à célula receptora, e as duas células se aproximam.
3. Um canal se forma entre o citoplasma das duas células, e uma única fita do plasmídio F passa por ele.
4. Agora ambas as células possuem um plasmídio F e são F+. O receptor se torna um doador e pode formar um pilus.

Imagem modificada de "Conjugação," por Adenosina (CC BY-SA 3,0). A imagem modificada está autorizada sob licença CC BY-SA 3,0.

As células doadoras normalmente agem como doadores porque elas têm uma região do DNA chamada de fator de fertilidade (ou fator F). Esta região de DNA codifica as proteínas que compõem o pilus sexual. Ela também contém uma região especial onde começa a transferência de DNA durante a conjugação$^2$squared.

Se o fator F é transferido durante a conjugação, a célula receptora se transforma em uma doadora F$^+$start superscript, plus, end superscript que pode fazer o seu próprio pilus e transferir o DNA para outras células. Uma analogia seria: este processo é similar a como um vampiro pode transformar outras pessoas em vampiros ao mordê-las.

Elementos de transposição

Elementos de transposição também são importantes na genética bacteriana$^ 3$cubed. Estes pedaços de DNA "saltam" de um lugar para outro dentro de um genoma, cortando e se colando ou inserindo cópias de si mesmo em novas regiões. Elementos de transposição são encontrados em muitos organismos (incluindo você e eu!), não apenas em bactérias.

Em bactérias, elementos de transposição às vezes carregam genes de resistência aos antibióticos e de patogenicidade (genes que tornam as bactérias causadoras de doenças)$^{4, 5, 6}$start superscript, 4, comma, 5, comma, 6, end superscript. Se um destes elementos de transposição "salta" do cromossomo para um plasmídeo, os genes que ele carrega podem ser facilmente passados para outras bactérias por transformação ou conjugação. Isso significa que os genes podem se espalhar rapidamente pela população.

Uma das maneiras pela qual os transposons podem se mover pelo genoma é ao se copiarem e inserirem uma cópia em um novo local. Nesse diagrama, um transposon no cromossomo bacteriano é copiado e inserido em um plasmídio.

Imagem baseada em imagem similar de Reece et al. $^7$start superscript, 7, end superscript

Conclusão

Em bactérias, a reprodução pode ser muito rápida, com uma geração de um pouco mais de alguns minutos para algumas espécies. Este tempo de geração curto, juntamente com mutações aleatórias e os mecanismos de recombinação genética que vimos neste artigo, permitem às bactérias (e outros procariontes) evoluir muito rapidamente.

Isso é algo bom? Depende de sua perspectiva. A evolução rápida significa que bactérias podem se adaptar às mudanças ambientais, tais como a introdução de um antibiótico, muito rapidamente. Isso é bom para eles — mas é ruim para nós, quando nós somos aqueles com a infecção!

Teste seu conhecimento 

1- (Cesgranrio) “TUBERCULOSE CONTRA-ATACA COM BACTÉRIA INDESTRUTÍVEL” Depois de ter sido quase erradicada nos países ricos e controlada no Terceiro Mundo, a doença volta a se espalhar, sob forma mais ameaçadora – uma variedade resistente a drogas. Folha de São Paulo – 23/05/93. Essa variedade de bactéria resistente é fruto da: 

 a) ação mutagênica de certos antibióticos.

 b) ação direta de certos antibióticos sobre o DNA bacteriano. 

 c) contínua exposição das bactérias a determinados antibióticos que induzem a resistência. 

 d) seleção natural de bactérias acostumadas ao antibiótico. 

 e) seleção de linhagens de bactérias mutantes, resistentes aos antibióticos.

2-  (Fuvest) A bactéria Streptococcus iniae afeta o cérebro de peixes, causando a “doença do peixe louco”. A partir de 1995, os criadores de trutas de Israel começaram a vacinar seus peixes. Apesar disso, em 1997, ocorreu uma epidemia causada por uma linhagem de bactéria resistente à vacina. Os cientistas acreditam que essa linhagem surgiu por pressão evolutiva induzida pela vacina, o que quer dizer que a vacina:

 a) induziu mutações específicas nas bactérias, tornando-as resistentes ao medicamento. 

 b) induziu mutações específicas nos peixes, tornando-os suscetíveis à infecção pela outra linhagem de bactéria. 

 c) causou o enfraquecimento dos órgãos dos peixes permitindo sua infecção pela outra linhagem de bactéria. 

 d) levou ao desenvolvimento de anticorpos específicos que, ao se ligarem às bactérias, tornaram-nas mais agressivas. 

 e) permitiu a proliferação de bactérias mutantes resistentes, ao impedir o desenvolvimento das bactérias da linhagem original. 

3-  Relacione cada tipo de transferência de genes com a sua definição.

1. Tipo de transferência	Descrição
   Conjugação Transformação Transdução	Uma célula bacteriana absorve DNA de seu ambiente Uma bactéria transfere o DNA para outra bactéria à qual ela está fisicamente conectada Um vírus transfere o DNA de uma célula bacteriana para outra

   OBS: Na transformação, procariontes pegam DNA diretamente do ambiente (seja um plasmídio circular ou um fragmento de DNA que pode ser integrado ao genoma do procarionte por recombinação homóloga).

   Durante a transdução, um vírus transfere DNA de um procarionte para outro. Os vírus que infectam bactérias (bacteriófagos) podem acidentalmente pegar DNA da bactéria hospedeira durante a produção de novas partículas virais, e então injetam esse DNA bacteriano na célula que vão infectar.

   Durante a conjugação, um procarionte transfere DNA diretamente para outro procarionte através de uma estrutura chamada ponte de conjugação, processo que requer contato físico entre as duas células.