Publicado por: Djalma Santos | 10 de março de 2014

Transformação bacteriana

TRANSFORMAÇÃO BACTERIANA

Embora as bactérias não apresentem reprodução sexuada típica, algumas espécies são dotadas da capacidade de promover recombinação genética, sendo, portanto, capazes de modificar seu genótipo. Essa recombinação consiste, em última análise, na interação de duas moléculas de DNA que são clivadas e religadas entre si, num arranjo diferente do que existia anteriormente.  Dessa forma, essa mistura de material genético leva à formação de indivíduos com características genéticas diferentes. Os indivíduos, assim modificados, podem se dividir, inúmeras vezes, por bipartição (divisão binária) [ver PLASMÍDEOS (PLASMÍDEO F), matéria publicada neste blog em 04/06/2013]. A recombinação genética nas bactérias pode ocorrer, naturalmente, de três formas básicas: transformação, transdução e conjugação, que lembram, dentro de certos limites, a reprodução sexuada. A análise desses processos, que se tornou disponível durante a década de 1950, forneceu, em função de serem a base do mapeamento genética, informações valiosas acerca dos genes bacterianos. Em todos os processos mencionados ocorre passagem de material genético de uma bactéria doadora para uma receptora que incorpora, por recombinação, o DNA recebido ao seu patrimônio genético. Em consequência, uma bactéria pode passar a revelar uma ou mais características que não possuía antes. Assim sendo, a recombinação, por quaisquer desses processos, mantém, nas bactérias, uma variabilidade genética que compensa a ausência da meiose e da fecundação, levando a que elas tenham maiores chances de se adaptar a ambientes diferentes. A engenharia genética ou tecnologia do DNA recombinante (ver CLONAGEM GÊNICA, matéria publicada neste blog em 26/02/2011) também promove recombinação genética nesses organismos. As mutações (ver MUTAÇÃO GÊNICA, matéria publicada neste blog no dia 15/04/2011), base do processo evolutivo, podem, igualmente, contribuir para a diversidade genética de uma população.

Nesta publicação, veremos apenas a transformação bacteriana. A transdução e a conjugação serão abordadas em outra oportunidade.

A transformação bacteriana, que foi descoberta experimentalmente, é a absorção e a posterior incorporação de fragmentos de DNA dispersos no meio ambiente (figura a seguir), oriundos da lise celular, na maioria dos casos, ou de secreção realizada por bactérias ainda vivas. Havendo compatibilidade entre as linhagens participantes, o fragmento de DNA proveniente da célula denominada doadora passa a compor o material genético da célula receptora, que duplicado é transmitido aos descendentes durante a cissiparidade [ver PLASMÍDEOS (PLAMÍDEO F), matéria publicada neste blog em 04/06/2013].  Neste caso, a bactéria receptora passa a exibir novas características genéticas, condicionadas pelo DNA incorporado.

01

A ocorrência de transformação não requer, necessariamente, que as cepas participantes sejam da mesma espécie, podendo, em princípio, ocorrer entre diferentes espécies. É preciso, acima de tudo, que a célula seja competente, isto é, possua sítios de superfície para a ligação do DNA da célula doadora e apresente a membrana em uma condição que permita a passagem desse ácido nucleico. É necessário, também, que haja certa semelhança entre o DNA introduzido e o DNA da cepa receptora. O estabelecimento da competência é um fenômeno controlado, envolvendo a participação de diferentes proteínas (proteínas de ligação ao DNA, presente na membrana), sendo um processo variável entre os microrganismos. Dentro da bactéria, o DNA estranho pode se unir ao “cromossomo” ou substituir um segmento dele, condicionando novas características genéticas à população bacteriana, denominada população transformada. O DNA que penetra na bactéria, entretanto, pode ser reconhecido como estranho e destruído pelas enzimas de restrição, cuja função é defender a bactéria contra bacteriófagos invasores, degradando o DNA fágico [ver CLONAGEM GÊNICA (ENDONUCLEASE DE RESTRIÇÃO), matéria publicada neste blog em 26/02/2011].

Como se pode verificar na figura abaixo, a transformação bacteriana é semelhante ao “crossing-over” (permuta) que ocorre por ocasião da meiose dos eucariotos.

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Em função de a transformação bacteriana requerer proteínas de superfície específicas, presentes na cepa receptora, que reconhecem e transportam o DNA, nem todas as bactérias são capazes de serem transformadas. A transformação requer, portanto, uma compatibilidade entre as bactérias doadoras e as receptoras, não se verificando, indiscriminadamente, entre quaisquer bactérias. Assim sendo,bactérias capazes de realizar esse processo são descritas como competentes. A transformação tem sido bastante útil no mapeamento de genes de bactérias competentes, como a Bacillus subtilis, que também captam, eficientemente, o DNA através de outras formas de recombinação, como a transdução [transferência indireta e horizontal de segmentos da molécula de DNA de uma bactéria (doadora) para outra (receptora) por meio de um bacteriófago ou fago (vírus bacteriano), que funciona como um vetor.] Em verdade, são poucas as bactérias dotadas da propriedade de captar DNA do meio com facilidade. O mapeamento, com transformação, foi utilizado para demonstrar que o “cromossomo” da B. subtilis, da mesma forma que de todos os procariontes, consiste em uma molécula de DNA circular (ver PLASMÍDEOS, matéria publicada neste blog em 04/06/2013).

O experimento clássico que mostrou a ocorrência de transformação bacteriana teve seu início em 1928 com o inglês Fred Griffith e foi concluído em 1944 pelos pesquisadores Oswald T. Avery, Colin M. MacLeod e Maclyn McCarty, no Instituto Rockefeller, nos EUA. Nos trabalhos foi utilizada a bactéria Diplococcus pneumoniae, causadora de pneumonia. A série de trabalhos realizados mostrou que o DNA extraído de uma variedade “virulenta” (causadora de doença) da D. pneumoniae transformava, geneticamente, uma linhagem “não virulenta” (não patogênica) desse organismo, em uma forma “virulenta” (patogênica) [ver DNA: DEPÓSITO DAS INFORMAÇÕES GENÉTICAS (PRIMEIRA EVIDÊNCIA EXPERIMENTAL – PRINCÍPIO TRANSFORMANTE), matéria publicada neste blog em 10/07/2011]. A pesquisa se constituiu, também, na primeira evidência experimental que o DNA era o material genético.

A transformação bacteriana tem sido utilizada pelos cientistas para introduzir genes de espécies diferentes em células bacterianas hospedeiras, como no caso do gene da insulina humana que foi introduzido em célula de Escherichia coli que se tornou capaz de sintetizar esse hormônio. A insulina foi, inclusive, a primeira proteína humana produzida através dessa tecnologia em bactérias e aprovada para uso em humanos (ver CLONAGEM GÊNICA, matéria publicada neste blog em 26/02/2011).


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