Funções dos plasmídeos e suas características fenotípicas
Embora uma bactéria seja capaz de sobreviver e se multiplicar sem plasmídeos, a presença deles confere ao microrganismo vantagens significativas na luta pela sobrevivência. Os plasmídeos codificam várias propriedades importantes:
- Resistência: capacidade de resistir à ação de medicamentos antibacterianos.
- Patogenicidade: produção de toxinas, fatores de adesão e outras moléculas de virulência que ajudam a causar doenças.
- Antagonismo: produção de bacteriocinas (por exemplo, colicinas), que inibem o crescimento de microrganismos concorrentes.
- Características metabólicas: capacidade de fermentar ou degradar moléculas orgânicas complexas.
- Sistemas de defesa: síntese de enzimas de restrição e modificação que protegem o DNA.
Replicação, número de cópias e compatibilidade
O processo de duplicação do DNA plasmidiano ocorre independentemente do cromossomo bacteriano, mas utiliza o aparato enzimático da própria célula hospedeira.
De acordo com o mecanismo de controle da replicação, distinguem-se dois tipos de plasmídeos:
- Com controle estrito: sua duplicação é sincronizada com o ciclo de divisão cromossômica. Como resultado, a célula mantém um baixo número de cópias (apenas 1 a 2 cópias do plasmídeo).
- Com controle frouxo: replicam-se de forma relativamente livre, de modo que seu número de cópias é alto e pode atingir de 10 a 200 unidades por bactéria.
Um conceito importante é a compatibilidade dos replicons. Dois plasmídeos diferentes são considerados incompatíveis e não podem coexistir estavelmente na mesma célula se tiverem mecanismos de regulação da replicação muito semelhantes (eles começam a competir). Se os mecanismos de controle forem diferentes, os plasmídeos são compatíveis e podem residir no citoplasma simultaneamente.
Transferência horizontal (Transmissibilidade)
Os plasmídeos desempenham um papel fundamental na troca de informações genéticas entre bactérias. Quanto à capacidade de transferência, eles são divididos em dois grupos:
- Transmissíveis (conjugativos): geralmente são moléculas grandes de DNA que contêm um operon tra especial. Esses genes são responsáveis pela síntese de pili sexuais e pela formação da ponte de conjugação, através da cual uma cópia do plasmídeo é transferida para a célula receptora.
- Não transmissíveis (mobilizáveis): plasmídeos pequenos sem o operon tra. Eles não conseguem se transferir por conta própria. Sua transferência é possível (mobilização) apenas se houver na mesma célula um plasmídeo transmissível que forneça seu aparato para a conjugação.
Significado médico dos plasmídeos
Na prática clínica, a presença de plasmídeos nas bactérias determina a gravidade da infecção e a complexidade do seu tratamento.
- Plasmídeos R (de Resistance): portam genes de enzimas que inativam antibióticos. A aquisição de tal plasmídeo pode tornar a bactéria resistente a várias classes de medicamentos simultaneamente. São justamente os plasmídeos R, frequentemente transmissíveis, que respondem pela rápida disseminação da multirresistência a medicamentos e pelo surgimento de patógenos causadores de infecções relacionadas à assistência à saúde.
- Plasmídeos de patogenicidade: determinam fatores de virulência. São característicos dos agentes causadores da peste, carbúnculo, disenteria (Shigella), yersiniosites e borreliose. Na Escherichia coli (E. coli), destacam-se, por exemplo, o plasmídeo Ent (responsável pela enterotoxina) e o plasmídeo Hly (síntese de hemolisina).
- Bacteriocinogênicos (por exemplo, plasmídeos Col): codificam toxinas contra bactérias de outras cepas, conferindo vantagem na conquista de nichos.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais tipos de plasmídeos de patogenicidade são encontrados na Escherichia coli (E. coli) e quais são as suas funções?
Na Escherichia coli (Escherichia coli), encontram-se plasmídeos de patogenicidade específicos que codificam a síntese de fatores de virulência.
- Plasmídeo Ent — determina a síntese de enterotoxina.
- Plasmídeo Hly — determina a síntese de hemolisina.
Além disso, na E. coli é encontrado o plasmídeo Col, responsável pela bacteriocinogenia. Ele codifica a síntese de colicinas — substâncias que matam bactérias de outras cepas ou de espécies intimamente relacionadas, conferindo às bactérias portadoras uma vantagem competitiva na colonização de nichos ecológicos.
Qual é o mecanismo de ação das enzimas de restrição e modificação codificadas pelos plasmídeos?
O mecanismo de ação dessas enzimas consiste em proteger a célula bacteriana contra material genético estranho, destruindo-o ou modificando-o.
- Endonucleases (enzimas de restrição) — clivam o DNA estranho que penetrou na célula. Elas permitem cortar moléculas de DNA em fragmentos em locais estritamente definidos.
- Metilases (enzimas de modificação) — modificam o DNA que penetrou, tornando-o resistente à ação destrutiva das endonucleases.
Quais classes de antibióticos são mais frequentemente inativadas por enzimas codificadas em plasmídeos R?
Os plasmídeos R contêm genes que codificam enzimas capazes de destruir ou inativar medicamentos antibacterianos, conferindo frequentemente resistência a várias famílias de antibióticos ao mesmo tempo.
A inativação enzimática é indicada como o principal mecanismo de resistência para:
- beta-lactâmicos;
- tetraciclinas;
- macrolídeos;
- cloranfenicol.
Além disso, entre os principais grupos de enzimas que inativam antibióticos, destacam-se:
- β-lactamases — destroem o anel β-lactâmico;
- enzimas modificadoras de aminoglicosídeos;
- cloranfenicol-acetiltransferase.
Os genes para tais enzimas podem se localizar tanto no cromossomo quanto em plasmídeos.
O que é um plasmídeo F (fator F) e qual é o seu papel na conjugação?
O plasmídeo F (plasmídeo de fertilidade) é um elemento genético extracromossômico com massa molecular de cerca de $60 \cdot 10^6$ Da, que controla o processo de conjugação. O seu papel consiste no seguinte:
- Codifica a síntese de pelos sexuais (pili F) nas células doadoras, necessários para a transferência do material genético.
- No estado autônomo, assegura a sua própria transferência para células desprovidas de plasmídeos.
- No estado integrado ao cromossomo (em cepas Hfr), inicia a transferência direcionada de genes cromossômicos do doador para a célula receptora, sendo o próprio plasmídeo transmissível transferido para esta última, completando o ciclo.
Questões de aulas e exames
Qual é a diferença entre um epissomo e um plasmídeo comum?
Um epissomo é um plasmídeo capaz de integração reversível. Ele pode existir autonomamente no citoplasma ou integrar-se ao cromossomo bacteriano e replicar-se junto com ele como um único replicon.
Como os plasmídeos R protegem a bactéria contra antibióticos?
Eles contêm genes cujos moldes sintetizam enzimas capazes de destruir ou inativar quimicamente moléculas de medicamentos antibacterianos.
O que é o operon tra e para que serve?
É um complexo de genes presente em plasmídeos conjugativos. Ele codifica o aparato de transferência (incluindo pili sexuais) necessário para a transferência de DNA de uma bactéria para outra.
O que mais estudar sobre o tema
- Mecanismos de replicação de DNA em procariontes
- O processo de conjugação bacteriana
- Enzimas de restrição e modificação
- Tipos de toxinas bacterianas e fatores de virulência
- Uso de plasmídeos como vetores em engenharia genética
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