Transformação em bactérias

História da descoberta: de camundongos a moléculas

Durante muito tempo, a ciência não sabia exatamente qual molécula armazenava o código genético. O experimento de F. Griffith em 1928 lançou luz sobre esse mistério.

O cientista trabalhou com pneumococos (Streptococcus pneumoniae) e utilizou duas cepas:

• Cepa R (Rough): células sem cápsula, que não causam doença (avirulentas).
• Cepa S (Smooth): células com cápsula, que causam a morte de animais (virulentas).

Griffith injetou em camundongos uma mistura de células R vivas, totalmente seguras, e células S mortas pelo calor. Ao contrário do esperado, os animais de laboratório morreram. Além disso, pneumococos virulentos vivos com cápsula foram isolados de seu sangue.

Para provar que havia ocorrido uma transferência de informação e não uma recuperação acidental das bactérias, o cientista utilizou células R derivadas do tipo S II e microrganismos mortos do tipo S III. As bactérias isoladas dos camundongos mortos apresentavam cápsula do tipo S III. Isso confirmou inegavelmente o fato da transformação.

Mais tarde, em 1944, os pesquisadores O. Avery, C. MacLeod e M. McCarty determinaram a natureza desse fenômeno. Eles provaram que a conversão de formas sem cápsula em formas com cápsula é causada pelo DNA puro isolado da cepa S. Esta foi a primeira prova fundamental de que o DNA atua como portador da informação genética.

Condições para uma transformação bem-sucedida

Na natureza, as bactérias (especialmente as Gram-positivas) são capazes de capturar espontaneamente o material genético de congêneres mortos. No entanto, para que a transformação ocorra com sucesso, é necessária a coincidência de dois fatores principais:

1. Competência da célula receptora. É a capacidade do microrganismo de absorver DNA estranho do ambiente externo. A base molecular desse estado é a presença de proteínas especiais na membrana celular. Essas proteínas possuem afinidade específica por ácidos nucleicos. Nas bactérias Gram-positivas, a competência não é constante — ela surge estritamente em certas fases da curva de crescimento da população.
2. Propriedades do DNA do doador. A molécula presente no meio externo deve ser de fita dupla e altamente espiralada. Além disso, o alto peso molecular do fragmento é de fundamental importância.

Mecanismo de penetração e recombinação

O processo de captura e incorporação do genoma alheio constitui um mecanismo fisiológico complexo.

• Penetração: Embora o DNA do doador consista inicialmente de duas fitas, apenas uma fita penetra no citoplasma do receptor. A segunda cadeia fica retida na membrana celular e sofre degradação (hidrólise). É justamente a energia liberada durante a clivagem da segunda fita que assegura o transporte da primeira fita para o interior da célula.
• Proteção: O DNA transformante deve possuir um alto peso molecular. Uma fita longa resiste muito mais facilmente às enzimas intracelulares — endonucleases, que tendem a clivar o material genético estranho.
• Integração: Para uma incorporação bem-sucedida, é necessária a presença de regiões homólogas (estruturalmente semelhantes) entre o cromossomo do receptor e o fragmento do doador. A recombinação afeta apenas uma fita, resultando na formação de uma molécula heteroduplex dentro do cromossomo. Nesta estrutura, uma cadeia é original (pertence ao receptor) e a segunda é recombinante (inserida pelo doador).

Fixação da característica e significado prático

Imediatamente após a integração, a célula ainda não se torna um transformante pleno. A fixação de uma nova característica genética ocorre apenas após a conclusão do ciclo de replicação (divisão) da bactéria. É nesse momento exato que o heteroduplex é resolvido em duas moléculas de DNA de fita dupla completas e corretas, cada uma das quais é herdada por uma célula-filha.

A compreensão desse mecanismo revolucionou a biologia. Hoje, a transformação é o principal método de trabalho da engenharia genética, permitindo criar artificialmente cepas de microrganismos com propriedades pré-determinadas e úteis.

Resumo: perguntas e respostas sobre o tema

Questões de aulas e exames

O que mais estudar sobre o tema

• Recombinação genética em vírus de DNA e RNA
• Mecanismo de reativação genética no encontro de vírus defeituosos
• Processos sem troca de genes: complementação proteica
• Mistura fenotípica em microrganismos

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