conjugaçao e tranduçao

8/2/2019 Conjugaao e Tranduao

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Conjugao e Transduo em

bactriasProf. Dra. Adriana Dantas

UERGS - Bento Gonalves


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REPRODUO Reproduo Assexuada

Diviso celular / Fisso Binria- Amitose- Duplicao do DNA

- Separao da clula me em duas cls-filhasSepto de diviso
http://www.fam.br/microrganismos/bacteriologia_e_coli_1.jpghttp://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.yfolire.net/img/sais/scien/mitose.jpg&imgrefurl=http://www.yfolire.net/sais/scien_m3.htm&h=200&w=160&sz=6&hl=pt-BR&sig2=EtDEkHjKQBorXBuOnImYRw&start=7&tbnid=vWjlbd8b-SB9PM:&tbnh=104&tbnw=83&ei=44jtRYGsGbjoaOqLhZsJ&prev=/images%3Fq%3Dmitose%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpt-BRhttp://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.refer.sn/sciences/experimentations/images/amitose3.jpg&imgrefurl=http://www.refer.sn/sciences//experimentations/autotest3.htm&h=385&w=196&sz=20&hl=pt-BR&sig2=4ZDUnEG5YU0Px75SkNUweg&start=2&tbnid=PjI6Vh7wSExR2M:&tbnh=123&tbnw=63&ei=uIXtRdjQNpqwaMCnwJgJ&prev=/images%3Fq%3Damitose%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpt-BR


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REPRODUO Reproduo Sexuada

Conjugao

Transduo

Transformao

Transferncia de plasmdios por pontes citoplasmticas

Absoro de fragmentos de DNA de bactrias lisadas no meio

Introduo de fragmentos de DNA entre bactriasBacterifagos
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/eencmed/targets/illus/ilt/T012837A.gtn&imgrefurl=http://es.encarta.msn.com/encnet/RefPages/RefMedia.aspx%3Frefid%3D461516649%26artrefid%3D761575740%26pn%3D3%26sec%3D-1&h=64&w=64&sz=1&hl=pt-BR&start=50&tbnid=AA41uDnFQiNNUM:&tbnh=64&tbnw=64&prev=/images%3Fq%3Dbacteriofago%26start%3D40%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%26svnum%3D10%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DNhttp://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.hardydiagnostics.com/Images/Stachybotrys%2520Selective%2520Agar.jpg&imgrefurl=http://www.hardydiagnostics.com/02micnew.Stachybotrys.html&h=192&w=252&sz=23&hl=pt-BR&start=8&tbnid=PrbCw0OpxJB4TM:&tbnh=85&tbnw=111&prev=/images%3Fq%3Dagar%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpt-BRhttp://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.nehmi-ip.com.br/imagens_servicos/bio_5_p.gif&imgrefurl=http://www.nehmi-ip.com.br/services.php%3Fserv%3D10%26faq%3D23&h=138&w=468&sz=11&hl=pt-BR&start=2&tbnid=4fZ8JFIhlQVZ9M:&tbnh=38&tbnw=128&prev=/images%3Fq%3Dconjuga%25C3%25A7%25C3%25A3o%2Bbacteriana%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpt-BR


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CLASSIFICAO Corante de Gram

Christian Gram - 1884 Metodologia

Corante Violeta iodo (fixao) metanol (descolorao) Safranina

NegativasPositivas

Gram Positivas Parede Celular + espessaFixam o 1 coranteAzul ou Violeta

Gram Negativas Parede Celular - espessaDescoloradas Fixam o 2 coranteVermelho

Contraste


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CLASSIFICAO Bactrias Gram-positivasVrias espcies de:

Estreptococos; Estafilococos; Enterococos

Bactrias Gram-negativas Vibrio colrico;Clostridium; salmonelas

[email protected]
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GENTICA BACTERIANA Genoma relativamente pequeno

Comparado ao Genoma Eucarioto

Contato direto com o citoplasma

Procariotos Ausncia de carioteca

Composto por diferentes modalidades de DNA

- Cromossomo- Plasmdeo

- Transposon

- Bacterifago


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CROMOSSOMO Fita dupla / Circular

Genes para o metabolismo e ciclo vital

Constitudo por partes codificantesAusncia de Intronse Regies Intergnicas

Constituem Replicons

Unidades moleculares capazes de replicao autnoma

Tamanho varia de acordo com o grupo< Mycoplasma genitalium (580 Kb)

> Myxococcus xanthus (9200 Kb)

Difuso na regio nucleide

Parasita x Vida livre


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PLASMDEO Molcula de DNA circular

Tamanho varivel1.000 x / 10.000 x cromossomo bacteriano

Maioria das bactrias transporta 1 ou + tipos

Genes acessriosNo essenciais sobrevivncia das bactrias

Seleo Natural Resistncia antibiticos, produo de toxinas, ...

Adaptabilidade em condies especiais

Adquiridos pela ConjugaoReproduo sexuada

Transferncia por pontes citoplasmticas


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TRANSPOSON Fragmentos de DNA linear de tamanho varivel

Mnimo 5 Kb

Elementos mveisCapazes de inserirem no cromossomo bacteriano

Transposio

Aps a insero deixam cpias no stio e se desligam da molcula

IS Seqncias de inseroResponsvel pelo processo de transposio

Seqncias especificas de DNA (~1000 pb )

Codifica Transposase

Codifica protenas acessriasEnterotoxinas, enzimas degradativas


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BACTERIFAGO DNA de origem viral

Insero do DNA viral no cromossomo bacteriano

Vrios bacterifagos transportam genes que codificamfatores de virulncia

Corynebacterium diphtheriaetoxina diftrica

Clostridium botulinumtoxina botulnica

Escherichia colicitotoxina

Converso de bactrias no patognicas em patognicas

Aps infeco por bacterifagos


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Variabilidade

Embora as mutaes sejam responsveispela expresso de vrias novascaractersticas por uma clula, muitos dosfentipos expressos pelos microrganismosprocariticos so decorrentes da aquisiode novos fragmentos de DNA, por meio de

processos de transferncia horizontal degenes.


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Processos de Transferncias

Transformao

Conjugao

Transduo. Conversolisognica


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Transformao

definida como um processo de incorporaode DNA na forma livre, geralmente decorrenteda lise celular.

A partir de seu descobrimento, foi demonstradoformalmente que o DNA era a molculaenvolvida na hereditariedade (F. Griffith, 1928).

Vrias bactrias Gram positivas e negativas sonaturalmente transformveis, entretanto, dentrode um gnero, nem todas as espcies o so.


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Reproduo BacterianaTransformao

Reproduo sexuada A transferncia de material gentico ocorre

quando uma clula receptora capta DNAsolvel liberado no meio por clulasdoadoras.


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Transformao natural

Processo de incorporao de DNA exgeno na forma livre,geralmente decorrente da lise celular ou extrados declulas doadoras.

Para que ocorra transformao a clula deve ser

competente, isto , deve apresentar stios de superfciepara a ligao do DNA da clula doadora e apresentar amembrana em uma condio que permita a passagemdeste DNA.

Envolve a participao de diferentes protenas (protena deligao ao DNA, presente na membrana, autolisinas,nucleases), sendo um processo varivel entre osmicrorganismos (nem todos apresentam competncia).

Exemplos de bactrias naturalmente competentes:Bacillus, Streptococcus, Neisseria


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Clula transformada (recombinante)


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Processo de Transformaao Na natureza, o processo ocorre quando uma clula sofre

lise, liberando seu DNA.

Este, por ser de grande tamanho tende a sofrer quebras,originando centenas fragmentos de aproximadamente 15kb (o equivalente a cerca de 15 genes, em Bacillussubtilis).

Como uma clula absorve poucos fragmentos, apenasuma pequena proporo de genes podem ser transferidos.

Inicialmente, para que o processo ocorra, necessrioque a cl. encontre-se competente, isto , deveapresentar stios de superfcie para a ligao do DNA daclula doadora e apresentar a membrana em uma

condio que permita a passagem deste DNA.


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Competncia celular

Aparentemente, o nmero de stios disponveis para aligao do DNA limitado. Esta captao parece estarrelacionada a uma pequena sequncia, de 10 a 12 paresde bases, presente no DNA exgeno.

Em Haemophilus, foi demostrada a presena de umaprotena que reconhece e liga-se a uma sequncia 5 -AAGTGGGTCA - 3, muito comum no genoma destemicrorganismo, garantindo que somente ocorrer acaptao de DNA de espcies muito similares.

A competncia um processo que depende de vriascondies distintas nos diferentes microrganismos. Sabe-se que a fase de crescimento e as condies ambientaisdesempenham um papel de extrema importncia noprocesso. Alm destes, a temperatura e a concentrao de

ctions tambm influenciam a eficincia do processo.


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Captaao do DNA

A captao do DNA tambm diferente entreGram positivos (G+) e Gram negativos (G-):

Nas G+ o DNA captado como dupla hlice eabsorvido como fita simples, sendo uma das fitasdegradadas.

Nas G-, o DNA absorvido como fita dupla,embora apenas uma das fitas participe doprocesso de recombinao. Independente do tipocelular, a ligao do DNA clula mais eficientequando est como fita dupla.


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Ligao do DNA As clulas competentes ligam o DNA com muito

mais eficincia que clulas no competentes (1000vezes mais).

Streptococcus pneumoniae capaz de ligar apenascerca de 10 molculas de DNA de dupla fita, de 15a 20 kb.

Quando so absorvidas, como DNA de fita simples,estas passam para cerca de 8 kb.

Em Haemophilus influenzae, necessrio que oDNA tenha uma sequncia especfica de 11 pb,para que haja a ligao irreversvel e o DNA seja

captado.


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Integrao do DNA:

O DNA liga-se a protenas na superfcie celular, sendo emseguida absorvido ou tendo uma de suas fitas degradadaspor nucleases antes da absoro.

medida que o DNA absorvido no interior da clula,este se associa a protenas de ligao ao DNA de fitasimples, protegendo-o de degradao.

A protena RecA tambm participa deste processo,

associando-se fita e promovendo a recombinao.

H ento a degradao do que resta da fita simples eformao de um DNA hbrido, que na replicao originaruma molcula parental e outra recombinante.


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Transformao emStreptococcus, umorganismo Gram positivo.

O autoindutor (1) ao

encontrar o receptor (2)interage com este,promovendo a ativao devrios genes (3, 4 e 5) dentreeles as autolisinas,nucleases e protena deligao ao DNA.

Uma das fitas do DNA passaa ser captada pela clula,enquanto a outra degradada (6).

Ao penetrar na clula a fitasimples protegida porprotenas. Caso este DNaencontre uma regiocomplementar, a protenaRecA auxiliar suarecombinao com o DNA

endgeno (7).


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Conjugao

Processo de transferncia de DNA de uma bactria paraoutra, envolvendo o contato entre as duas clulas (Tatum& Lederberg, 1946).

A conjugao est associada presena de plasmdeosde natureza F.

Estes plasmdeos contm genes que permitem atransferncia do DNA plasmidial de uma clula para outra

ou, em outras palavras, a capacidade conjugativa.

Quando a clula porta um plasmdeo de natureza F denominada F+, doadora, ou macho, enquanto clulasdesprovidas de tais plasmdeos so denominadas F-,

receptoras, ou fmeas.


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Reproduo BacterianaConjugao

Reproduo sexuada um processo de transferncia de material gentico,

promovido por plasmdios conjugativos.


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Conjugao Transferncia de genes atravs do contato entre

clulas bacterianas. O DNA transferidodiretamente de uma bactria para outra.

2 tipos de clulas envolvidas na conjugao:

Doadora: possui plasmidio F (fertilidade)denominada clula F+

Receptora: no possui plasmdio F, denominadaclula F-


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Clulas Hfr (high frequency of recombination) so clulas onde o

plasmdio F torna-se integrado ao cromossoma. Possuem maiorcapacidade conjugativa ou de transferncia.


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Transferncia do plasmdio F de uma clula doadora (F+) para clula receptora (F-)


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O cruzamento entre clula Hfr x F- resulta na transferncia defragmentos de DNA cromossomal de uma clula para outra.Raramente ocorre transferncia completa dos genes do plasmdio Fento a clula receptora continua F- porm incorpora genes da cluladoadora em seu genoma (recombinao)


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A capacidade conjugativa est associada presena dedeterminados genes localizados em um operondenominado tra.

Estes genes conferem uma srie de caractersticasenvolvidas na conjugao tais como a sntese do pilus F,responsvel pelo reconhecimento e contato entre asclulas, assim como a transferncia do DNA plasmidial.

Eventualmente, os plasmdeos podem ser integrados nocromossomo, sendo este processo mediado por pequenasseqncias de DNA denominadas IS (insertionsequences).

As clulas apresentados tais plasmdeos integrados sodenominadas Hfr (do ingls High Frequency ofRecombination). Quando integrados, esses plasmdeospodem mobilizar a transferncia de genes cromossomaistambm.


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Conjugaao em gram negativas Dois tipos:

entre clulas F+ e F-, resultando em duas clulas F+ entre clulas Hfr e F-, resultando em uma clula Hfr e outra F-.

Nos dois processos, acredita-se que o mecanismo provvel detransferncia do DNA seja pelo crculo rolante, onde apenas uma dasfitas transferida, sendo a fita complementar sintetizada pela clulareceptora.

O estmulo para o disparo do processo seja o contato das clulas.

Assim, a conjugao envolve a passagem de DNA de uma clula F+para outra F-, que torna-se ento F+ tambm.

Nestes casos, passam grandes blocos de DNA da clula Hfr para areceptora, promovendo extensas recombinaes.


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Transduo bacteriana

Transferncia de informao genticamediada por um bacterifago

Transferncia mediada por vrus, podendoser generalizada (qualquer fragmento deDNA) ou especializada (determinadosgenes, passados por fagos temperados).

Reproduo Bacteriana


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Reproduo BacterianaTransduo

Reproduo sexuada a transferncia dos genes cromossmicos ou demolculas de plasmdios de uma bactria paraoutra, por meio de um bacterfago.


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Bacterifago Um fago (tambm chamado bacterifago) um pequeno

vrus que infecta apenas bactrias.

Da mesma forma que vrus que infectam eucariontes, osfagos consistem numa protena exterior protetora e nomaterial gentico (dupla hlice em 95% dos fagos

conhecidos) dentro da cpsula de 5-650 Kbp (1 Kpb =1.000 pares de bases).

Os fagos foram descobertos independentemente porFrederick Twort em 1915 e por Flix DHerelle em 1917.
http://pt.wikipedia.org/wiki/V%C3%ADrushttp://pt.wikipedia.org/wiki/Bact%C3%A9riashttp://pt.wikipedia.org/wiki/Eukaryotahttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Frederick_Twort&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%A9lix_D%E2%80%99Herelle&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%A9lix_D%E2%80%99Herelle&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Frederick_Twort&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/wiki/Eukaryotahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Bact%C3%A9riashttp://pt.wikipedia.org/wiki/V%C3%ADrus


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Fagos

Fagos infectam especificamente bactrias.

Alguns fagos so virulentos, significando que uma vez quea clula tenha sido invadida, eles imediatamente iniciamseu processo de reproduo, e em pouco tempo "lisam"

(destroem) a clula, lanando novos fagos.

Alguns fagos (bem conhecidos como fagos temperados)podem ao contrrio entrar em um estado relativamenteinofensivo, e ento integrar seu material gentico no DNA

cromossomal da bactria hospedeira (muito semelhantesaos retrovrus endgenos em animais) ou estabelecendo-se a si mesmos como plasmdeos.

Estes fagos endgenos referidos como profagos so
http://pt.wikipedia.org/wiki/Retrov%C3%ADrushttp://pt.wikipedia.org/wiki/Plasm%C3%ADdeohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Plasm%C3%ADdeohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Retrov%C3%ADrus


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Estes fagos endgenos, referidos como profagos, soento copiados a cada diviso celular junto com o DNA dabactria hospedeira.

Eles no matam a clula, porm monitoram (via algumasprotenas que eles codificam para isto) o estado de seuhospedeiro.

Quando a clula do hospedeiro mostra sinais de stress

(significando que ela esteja prxima de sua morte), osfagos endgenos tornam-se ativos novamente e iniciamseu ciclo reprodutivo, resultando na lise de clulahospedeira.

Um exemplo o fago lambda da E. coli. Algumas vezes,mesmo profagos podem prover benefcios para as clulashospedeiras enquando dormentes, pela adio de novasfunes ao genoma da bactria, um fenmeno chamadoconverso lisognica.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADnahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Stresshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lisehttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Fago_lambda&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/wiki/E._colihttp://pt.wikipedia.org/wiki/Genomahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Genomahttp://pt.wikipedia.org/wiki/E._colihttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Fago_lambda&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/wiki/Lisehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Stresshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna


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Importncia na biologia molecular

Utilizados como vetores de clonagem para inserirDNA bas bactrias.

Eles esto sendo tambm avaliados porpesquisadores mdicos como uma alternativa aosantibiticos para tratar infeces por bactrias(porque matar bactrias o que os fagos fazemde melhor).

Phage display um teste para investivarinteraes de protenas pela integrao demltiplos genes de um banco de genes em fagos.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Vetor_de_clonagemhttp://pt.wikipedia.org/wiki/DNAhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Antibi%C3%B3ticohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Phage_displayhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADnahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Pool_de_geneshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Pool_de_geneshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADnahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Phage_displayhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Phage_displayhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Antibi%C3%B3ticohttp://pt.wikipedia.org/wiki/DNAhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Vetor_de_clonagem


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Transduo generalizada

Descoberta em Salmonella typhimuriumcom o fago P22, embora esteprocesso tambm ocorra em outras bactrias, tais como E. coli.

Este tipo de processo requer a ocorrncia de um ciclo ltico, ondeeventualmente pode haver o empacotamento de fragmentos de DNAda clula hospedeira, gerando partculas denominadas partculastransdutoras, que correspondem ao capsdeo viral contendo em seuinterior DNA bacteriano.

Embora no possam ser descritas como vrus, as partculastransdutoras exibem a capacidade de adsoro superfcie de outrasclulas bacterianas.

A frequncia com que um determinado gene transferido baixa umavez que cada partcula transdutora leva apenas um determinadofragmento de DNA (1 em 106 ou 108 cl. recebem um determinadogene).


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Transduo generalizada: durante um ciclo ltico, pode haver a incorporao de DNAbacteriano no capsdeo viral. Este DNA poder ser transferido para outra bactria, poisos processos de adsoro e injeo de DNA dependem da estrutura do vrus,

independente do tipo de DNA contido em seu interior .


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Transduo especializada: Evento raro, embora bastante eficiente.

O exemplo melhor conhecido e primeiramente descobertofoi a transferncia de um genes que codificam produtosenvolvidos na degradao de galactose pelo fago l de E.coli.

A etapa inicial no processo corresponde infeco elisogenizao do fago, que ocorre em stios especficos dogenoma.

Neste caso, a integrao do fago ocorre adjacente aoconjunto de genes envolvidos na utilizao de galactose.


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Transduo especializada Pela ao de algum indutor (ex: UV) h a separao do

fago do genoma (integrao reversa), que normalmenteocorre perfeitamente.

Entretanto, em alguns casos, essa separao defeituosa, promovendo a remoo de genes bacterianose deixando parte do genoma viral na clula.

Essas partculas podem ser de dois tipos: aquelas que carregam genes gal

outras que carregam genes bio.

Aquelas partculas levando genes gal so denominadasldgal(defectivas, contendo o gene gal), porque soincapazes de formar partculas virais maduras (porque

deixam no hospedeiro o gene que codifica a protenaintegrase).


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Transduo especializada: este processo dependente da ocorrncia de um ciclolisognico. O fago integra seu DNA ao DNA bacteriano e aps um determinado perodo detempo e de acordo com certos estmulos, este fago pode iniciar um ciclo ltico. Caso a excisodo DNA viral ocorra de maneira defeituosa, poder haver a transferncia de um pequeno

fragmento de DNA bacteriano (porque parte do DNA viral ficar incorporado ao genomabacteriano). Este vrus "defeituoso" poder transferir o DNA bacteriano para outras clulas.


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Converso lisognica:

Transferncia de genes de fagos para bactrias.A prpria lisogenizao torna a bactria imune aoutras infeces por este fago, mas alm disso,outros fentipos podem ser adquiridos.

O exemplo mais clssico consiste na conversode clulas atoxignicas de Corynebacterium

diphtheriaeem toxignicas, pelo fago . Assim, abactria recebe um gene que codifica uma toxina,sendo este gene de origem viral.


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Biologia do Bacteriofago

Um dos vetores mais utilizados nosprocessos de clonagem molecular odenominado bacterifago , o qualcomporta-se como um vrus da E.coli.

O fago um parasita obrigatrio daE.coli, o qual necessariamente deve injetaro seu DNA na bactria hospedeira para asua multiplicao.


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Infeco da E .colio genoma do fagopode seguir duas vias:

a) Estado ltico, o DNA do fago permanece na bactria como umamolcula independente, havendo a ativao de alguns genes do fagoe a concomitante inativao de outros, dentro de um programaestritamente definido.

Como resultado o cromossomo do fago replicado ativamente, ocorrea sntese das protenas da capa e da cauda, formam-se novaspartculas virais.

Em aproximadamente 45 minutos aps a infeco a clula hospedeira

lisada havendo a liberao de cerca de 100 novos fagos.

Infeco da E coli o genoma do fago


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b) Estado lisognico:

Neste caso, o DNA do fago integrado no cromossomo dabactria passando a ser chamado profago.

No estado lisognico, todos os genes do profago estoinativos com excesso do gene que produz a protenarepressora.

A bactria hospedeira carregando o profago multiplica-se eeste replicado passivamente e distribudo para asbactrias descendentes.

Infeco da E .colio genoma do fagopode seguir duas vias:

E di i i


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Em condies naturais a opo entre seguir oestado ltico ou lisognico depende das condiesdo meio.

Assim, via de regra em meio rico em nutrientes oestado ltico preferencial, por exemplo o fago na bactria E.coliintestinal.

Por outro lado, em meio pobre de nutrientes como o caso da E.colino solo, o fago prefere o estadolisognico.

Em condies experimentais, o estado a serseguido depende de um balano entre os fatoresdo meio intra e extra celular e de fatores genticosda bactria hospedeira e do bacterifago


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Genoma do fago O bacterifago l uma partcula viral constituda deaproximadamente 50% de protenas e 50% de DNA.

O DNA do fago , na forma como ele isolado da partcula viral, uma molcula linear com dupla fita de aproximadamente 48.500 paresde bases.

As extremidades da molcula contm uma frao de DNA fita simplescom cerca de 12

nucleotdeos, os quais so complementares na sequncia de bases eatravs delas que o DNA assume a forma circular quando ele injetado na clula hospedeira.

Estas extremidades so denominadas de stio cos.

O genoma do fago codifica para aproximadamente 50 protenas,cujos genes tem um cronograma de expresso bem definido, o que

determina a instalao do estado ltico ou lisognico.


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conjugaçao e tranduçao

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