Transcript Genetica bacteriana 3

GENETICĂ BACTERIANĂ III
Dr. Carmen Costache
Planul capitolului
 Ereditatea = Metabolismul ADN-ului bacterian
• Variabilitatea
√ Mutaţia
– Transfer de material genetic
• Conjugare
• Transformare
• Transductie
• Transpozitie (TGE)
• Rolul materialulul genetic extracromozomial
Planul cursului
• Conjugare
• Plasmide
• Transformarea
• ADN liber
• Transductie
• Bacteriofagi
• Transpozitie
• Transpozoni = elemente genetice mobile (TGE)
CONJUGAREA BACTERIANA
• = transfer de material genetic (plasmidic,
•
cromozomial) între bacterii donatoare (D) şi
receptoare (R) prin:
– pili de sex G(-)
– feromoni G(+)
Plasmide
– minicromozomi
Plasmide
• Gene de control a replicării proprii
• Gene de interacţiune cu alte molecule de ADN
– plasmide episomale: capabile să existe autonom şi/sau integrat.
– recombinare situs specifică
• Sistem genetic de fertilitate sau de transfer
– plasmide conjugante: au operonul “Tra”
– plasmide neconjugante nu au operon “Tra”
• Gene pentru proprietăţi fenotipice bacteriene:
gene structurale
– rezistenţă la antibiotice, la săruri de metale grele (plumb,
mercur, argint, arsen), la detergenţi, radiaţii, bacteriofagi,
colicine
– structuri bacteriene: ex. pili la tulpini enteropatogene
– proprietäţi metabolice
– codificä factorii de patogenitate
• invazivitate
• toxine bacteriene ex.
Plasmide
• criptice,
– nu codifică caracter bacterian,
– intervin în transfer de material genetic
• Importante: plasmidele F, R, col.
• Plasmidele F
– Episomale, criptice
– Recombinare omoloaga
– se poate integra în cromozomul bacterian –rar
• o bacterie din 105 bacterii F+.
• Rezultă o bacterie Hfr
CONJUGAREA BACTERIANA
• Plasmidele R (de rezistenţă la AB)
– se transmit epidemic în populaţiile bacteriene.
– pe verticală
– pe orizontală - conjugare bacteriană,
• între specii / genuri diferite:
– ex. de la bacil coli la bacil dizenteric
• Conjugarea R+-R– mecanismul primordial de dobândire a rezistenţei
faţă de antibiotice, la Gram negative
– rezistenţa în bloc faţă de antibiotice
– Bacteriile multiplu rezistente la antibiotice se
selectează - mediul spitalicesc
Plasmide
• Plasmidele „col”
– gene pentru sinteza de colicine - bacteriocine
• Bacteriocinele
– proteine de tip antibiotic
– B.producătoare sunt imune
– menţinerea microbiocenozelor normale ale
organismului
Conjugarea la bacteriile Gram pozitive
• feromoni de sex
– produsi de bacterii receptoare
– Structura chimica - peptidică
– Efect afrodisiac
• proteine de ataşare
– Produsi de bacteriile donatoare
Transformarea
• transfer de ADN liber
– de la o bacterie donatoare (D)- exogenot
– la o bacterie receptoare (R) - endogenot
• natural
– autoliza bacteriilor
• artificial
– extracţie chimică
• fenomen rar întâlnit în natură
Transformarea
Griffith - 1928 virulenţa pneumococilor
Transformarea
• Proteinele „rec. A”
• găsirea zonei de omologie între exo şi endogenot,
• ruperea în anumite poziţii şi
• reunirea catenelor,
• Consecinţă: integrarea
• endogenotul primeşte de la exogenot genă activă
pentru capsulă
• bacterii Gram pozitive si negative
• fungi
Transformarea
• starea de competenţă
– acceptă fragmentul de ADN,
– Tranzitorie
– 5-15 minute
• proteinä de competenţă
– alterezä suprafaţa bacteriei receptoare
Etapele transformării
• Absorbţia
– fragmentului de ADN pe suprafaţa celulei
receptoare
• Penetrarea
– ADN-ului în bacteria receptoare
• Eclipsă
– Taiere, unire ADn exogenot-endogenot
• Mecanism
– recombinare omoloaga,
– doar între celule ale aceleaşi specii sau specii strâns
înrudite
Rolul natural al transformării
• modificarea structurii antigenice a
pililor gonococilor şi evoluţia cronică
a gonoreei (uretrita gonococicä)
TRANSDUCTIA
BACTERIOFAGI
• entităţi infecţioase acelulare
• Virusuri ale bacteriilor.
• Structura:
• o moleculă de acid nucleic,
• protejată de proteine - capsida.
• multiplicare => doar prin
utilizarea maşinăriei de sinteză
a celulei parazitate (bacteria)
Bacteriofagi
Formă :
• lineari - cilindrică
• filamentoşi
• icosaedrici
• Bacteriofagii cu cap şi coadă
ROL:
• Transducţia
• transfer de material genetic prin bacteriofagi
• Conversia lizogenă
• conferirea unor proprietăţi bacteriene
TRANSDUCTIA
• generalizată:
– orice fragment al
cromozomului bacterian.
• prin bacteriofagi litici
• recombinare omoloagă
• localizată (specifică):
• doar anumite gene,
•
alăturate bf. în cz.
bacterian.
prin bf. temperaţi:
– ex. bacteriofagul  al E. coli
• recombinare situs specifică
• Profag
– Excizia incompletă =>
– genom fagic defectiv
TRANSDUCŢIA
Conversia lizogena
•
•
•
•
proprietăţi fenotipice
prin bacteriofag temperat
transmisibilă la descendenţi
Factorii de patogenitate - toxine bacteriene:
• toxina difterică - bacteriofagul  tox, la bacilul difteric
• eritrotoxina - toxina scarlatinoasă, la streptococul  hemolitic
• fibrinolizina stafilococică
• toxina Shiga-like, la bacilul coli (asemănătoare toxinei
bacilului difteric shiga)
Recombinarea
• Omoloaga
• Situs specifica
• Situs nespecifica (ilegitima)
Recombinarea
- In timpul trasnferului de material genetic
Recombinarea
• Omoloaga: noul ADN inlocuieste ADN-ul
existent
– Depinde de proteina “rec A”
– Intre secvente identice sau foarte asemanatoare de
ADN
Mecanismul molecular:
- Taiere
- Replicare segmentara a ADN-ului
- Unirea catenelor noi de cele vechi
- Rezolvarea: reunirea capetelor prin ligaze
Efect: detectabil / nedetectabil
Recombinare omoloaga
• apare in transformare
– Ex. Variatia antigenica pili – gonococci
• integrarea plasmidelor F în cromozomul
bacterian - conjugare
• cointegrarea plamidelor
Recombinarea- Situs specifica
• Intre molecule
– diferite de ADN
– care au in comun o secventa de 10-20 nucleotide
• Ex cz + plasmida ; cz + fag
• Rezultatul:
– Secvente repetitive directe (repetitii directe),
– Secvente repetitive inversate (repetari inversate) =>
inversie
• Inversia => modificarea antigenului H la enterici
(variatia de faza)
• Transpoziţia
– altă consecinţă a recombinării situs specifice
Recombinarea
• Situs nespecifica (nelegitima)
• Insertii / deletii – ambele
• Pl + cz; Bf + cz
TRANSPOZIŢIA
(Vezi curs TGE)
ROLUL MATERIALULUL GENETIC EXTRACROMOZOMIAL
• variabilitate a caracterelor
bacteriene,
• proprietăţi noi,
• patogenitatea bacteriană,
• modificarea structurii antigenice,
• dobândirea unor proprietăţi metabolice,
• rezistenţa la antibiotice/alţi factori
antibacterieni
PATOGENITATE BACTERIANĂ
A. Toxine bacteriene
• 1. Codificate de bacteriofagii temperaţi:
–
–
–
–
–
toxina difterică codificată de bacteriofagul  tox, la bacilul difteric
eritrotoxina - toxina scarlatinoasă, la streptococul  hemolitic
fibrinolizina stafilococică
enterotoxina stafilococică
toxina Shiga-like, la bacilul coli
• 2. Codificate de plasmide:
–
–
–
–
–
toxina exfoliativă a stafilococilor
toxina bacilului cărbunos
toxina bacilului tetanic
hemolizina bacilului coli
enterotoxina tulpinilor enterotoxigene de E. coli
PATOGENITATE BACTERIANĂ
B. Adezine bacteriene - plasmide,
• proprietatea de aderare specifică de epitelii, mucoase, prin pili de
aderare,
– tulpinile enteropatogene ale bacilului coli, care aderä prin pili de
mucoasa duodenojejunală,
– tulpinile uropatogene ale bacilului coli, care aderă de mucoasa urinară.
C. Invazivitate bacteriană- plasmide,
• capacitatea de invazie şi de colonizare a epiteliilor:
– ex. invazia epiteliului colic de către bacilul dizenteric
– tulpini enteroinvazive de E. coli (EIEC).
REZISTENŢA LA ACŢIUNEA UNOR FACTORI DE MEDIU
• Plasmidele capacitatea de rezistenţă în diverse condiţii
•
de mediu:
a) Rezistenţă la antibiotice
– există peste 60 plasmide cu gene de rezistenţă la  lactamine;
• b) Rezistenţă la săruri de metale grele
– (Plumb, mercur, argint, arsen), utilizate ca antiseptice, rezultând
bacterii rezistente la antiseptice;
• c) Rezistenţa la detergenţi; la radiaţii; la bacteriofagi; la
colicine