Sexo bacteriano

Bactérias podem trocar ou transferir DNA entre elas por três diferentes vias. Em todos os casos, as células que fornecem o DNA são chamadas de DOADORAS e as que recebem são denominadasRECEPTORAS. O DNA do doador é incorporado ao DNA do receptor por recombinação. Se a recombinação envolver um alelo diferente daquele presente no gene do receptor, o genoma e o fenótipo do segundo serão alterados. As três formas de transferência de DNA entre bactérias são:  TRANSFORMAÇÃO, CONJUGAÇÃO e TRANSDUÇÃO.

TRANSFORMAÇÃO

O fenômeno da  transformação envolve um processo no qual o DNA (de uma célula doadora) livre no meio é tomado por uma segunda (receptora), resultando em alterações genotípicas nessa. Para a célula conseguir captar o DNA é necessário que a mesma encontre-se em estado de  competência  cálcio-dependente. O DNA adere-se à face externa da membrana celular bacteriana, quando então,DNA binding proteins e endonucleases clivam esse DNA em fragmentos de 6.000 – 8.000 bp. Algumas exonucleases clivam as pontes de hidrogênio estabelecidas entre os pares de base e separam as duas metades da dupla fita, para que somente uma entre na célula. Uma vez no citoplasma, o DNA alienígena ligado às DNA binding proteins (que evitam a digestão pelas DNAses) encontra o cromossomo da célula receptora ou um plasmídeo e ocorre a recombinação em sítios de homologia. Esse fenômeno pode ser observado em organismos Gram-positivos e em Gram-negativos.

 

TRANSDUÇÃO

O segundo meio de transferir DNA entre organismos envolve a mediação de vírus. Como você sabe, vírus bacterianos são chamados de  bacteriófagos, ou simplesmente  fagos, pela maioria dos microbiologistas.

Um observador mais atento poderia questionar quanto ao emprego desses fagos na terapêutica de infecções bacterianas. Porem,  tal procedimento é ineficiente, uma vez que a resposta do sistema imune acaba por inativar o fago. Outro fator que inviabiliza tal utilização é a elevada especificidade que eles apresentam em relação as bactérias-alvo que irão atacar e destruir. Tal especificidade fez dos fagos ferramentas úteis na identificação de espécies bacterianas que causam infecções, uma vez que a fonte da infecção foi determinada.

A capacidade dos fagos de carrear DNA  entre bactérias foi descoberta em 1952.

A transdução ocorre da seguinte maneira:

1. Um fago infecta uma bactéria susceptível injetando seu DNA. 
2. O DNA fágico induz a célula hospedeira a converter todo seu metabolismo para a síntese 
de novos fagos. 
3. Finalmente, ao término do ciclo lítico do fago, vários componentes das partículas virais, no citoplasma, são montados e a célula é lisada, liberando novos fagos infectivos.

• Durante o processo de montagem, alguns  erros ocasionais ocorrem e grandes segmentos de DNA bacteriano acabam por se incorporar no genoma do novo fago, em detrimento de porções do DNA do próprio vírus. Esses novos fagos são denominados fagos defectivos.

Contudo, esses fagos defectivos ainda apresentam a capacidade de injetar seu DNA numa segunda bactéria. Uma vez que esses fagos, quase que exclusivamente, apresentam DNA somente da primeira bactéria, a infecção propriamente dita não ocorre.

A recombinação pode ocorrer entre os segmentos de DNA da primeira célula e o DNA da nova célula, sendo que  alguns alelos carreados pelo fago defectivo podem tornar-se incorporados no novo genoma, com alteração do seu genótipo.

CONJUGAÇÃO

PLASMÍDEOS Antes de se discutir o mecanismo de  troca de DNA por conjugação, é necessária a compreensão do que são  plasmídeos. Plasmídeos são melhor entendidos, se os considerarmos como sendo mini-cromossomos que são compostos de DNA disposto em moléculas circulares que variam em extensão, mas cuja maioria contém entre 1.000 e 25.000 pares de base, contra os 4.000.000 bp do genoma cromossômico. Esses segmentos replicam-se de forma autônoma, e comumente, são encontradas várias cópias em uma única célula. Ainda, uma célula pode albergar diferentes plasmídeos ou conter nenhum.

Plasmídeos geralmente carregam genes que  não são essenciais para a sobrevivência da célula, exceto em circunstâncias especiais. Por exemplo, muitos plasmídeos carream genes para resistência à antibiótico,  e quando esses plasmídeos estão presentes em uma célula, essa se torna não afetada por determinados antibióticos, mas se o plasmídeo e seu(s) gene(s) de resistência são perdidos (cura plasmidial), a célula hospedeira torna-se sensível a um(s) dado(s) antibiótico(s). Alguns plasmídeos carregam genes  de resistência à vários antibióticos, fazendo deles patógenos muito perigosos.

Em  outro caso, plasmídeos denominados  plasmídeos de virulência, carregam genes de virulência que aumentam a possibilidade da célula bacteriana em causar doenças. Isso é, uma bactéria portando um plasmídeo com genes de virulência é capaz de causar uma determinada doença, mas quando esse plasmídeo é perdido, a mesma bactéria tornase incapaz de promover aquela patologia.

Um bom exemplo de doença provocada por genes de virulência presentes em plasmídeos é a  Síndrome Urêmico-Hemolítica provocada pela cepa O157:H7  de Escherichia coli que desenvolve-se em alimentos cárneos e que quando ingerida induz a um quadro de falência de múltiplos órgãos.

Outros plasmídeos carregam genes que protegem a célula bacteriana portadora contra a ação de substâncias  deletérias como mercúrio e cobre, ou ainda, carregam genes que tornam possível ametabolização de substratos não usuais como gasolina.

CONJUGAÇÃO

A descoberta da  conjugação,  a habilidade das células bacterianas em transferir DNA por contato físico, como forma de troca de material genético, no início da década de 1950, surpreendeu alguns cientistas devido à sua similaridade antropomórfica de troca de genes.

As condições básicas para a conjugação são: *Células doadoras devem carrear ao menos um único plasmídeo que contenha um grupo de genes que possibilite a conjugação. Esses plasmídeos são conhecidos como plasmídeos sexuais ou de  fertilidade e células que os possuem são chamadas de células  macho ou  F+, ao passo que aquelas que perdem ou não possuem tal plasmídeo passam a ser chamadas de células fêmeas ou F-. Os genes contidos nesses plasmídeos são responsáveis pela síntese de  pili proteicos especiais longos, finos e tubulares, em cujas extremidades livres possuem receptores que ligam-se firmemente 
à ligantes moleculares nas paredes de células F-.

*Após a união de duas células com  reação sexual oposta através desses  pili, essas tornam-se unidas por meio de uma  “ponte conjugativa”  que passa a permitir a continuidade do conteúdo citoplasmático nessas duas células.

*Uma enzima especial cliva uma das fitas do DNA do doador F+ em um único sítio e uma recém-sintetizada fita de DNA passa através da ponte conjugativa para o interior da célula receptora F-. Essa fita é convertida numa forma de fita dupla que esta apta a sofrer permuta com regiões de homologia no DNA da célula F-, por recombinação. A forma mais comum de conjugação envolve  a transferência de plasmídeos, de uma célula para outra, e se o plasmídeo transferido for um plasmídeo de fertilidade, a célula F- torna-se uma F+  que imediatamente começa a combinar-se com outras células F-. Alguns plasmídeos F+ conseguem incorporar-se no DNA genômico da célula receptora transformando essa numa  célula Hfr  (high frequency recombination).

 
E. coli fazendo conjugação.

Fonte: Biomedicina padrão (por Bruno Câmara)