GENETIGENETICĂCĂ BACTERIAN BACTERIANĂĂ IIIIII

Dr. Carmen CostacheDr. 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 cursuluiPlanul cursului

•Conjugare•Plasmide

•Transformarea •ADN liber

•Transductie•Bacteriofagi

•Transpozitie •Transpozoni = elemente genetice mobile

(TGE)

CONJUGAREA BACTERIANACONJUGAREA BACTERIANA

• = = transfer de material genetic transfer de material genetic (plasmidic, cromozomial) între bacterii (plasmidic, cromozomial) între bacterii donatoare (D) şi receptoare (R) prin: donatoare (D) şi receptoare (R) prin: – pili de sex Gpili de sex G(-)(-)– feromoni Gferomoni G(+)(+)

• PPlasmide lasmide – minicromozomiminicromozomi

PlasmidePlasmide• Gene de control a replicării propriiGene de control a replicării proprii • Gene de interacţiune cu alte molecule de ADNGene de interacţiune cu alte molecule de ADN

– plasmide episomaleplasmide episomale: : capabile să existe autonom şicapabile să existe autonom şi/sau/sau integrat.integrat.

– recombinare situs specifică recombinare situs specifică • Sistem genetic de fertilitate sau de transferSistem genetic de fertilitate sau de transfer

– plasmide conjuganteplasmide conjugante: : au au operonul “Tra” operonul “Tra” – plasmide neconjugante nu au operon “Tra” plasmide neconjugante nu au operon “Tra”

• Gene pentru proprietăţi fenotipice Gene pentru proprietăţi fenotipice bacterienebacteriene: gene structurale: gene structurale– rezistenţă la antibiotice, la săruri de metale grele (plumb, rezistenţă la antibiotice, la săruri de metale grele (plumb,

mercur, argint, arsen), la detergenţi, radiaţii, bacteriofagi, mercur, argint, arsen), la detergenţi, radiaţii, bacteriofagi, colicine colicine

– structuri bacteriene: ex. pili la tulpini enteropatogene structuri bacteriene: ex. pili la tulpini enteropatogene – proprietäţi metabolice proprietäţi metabolice – codificä factorii de patogenitate codificä factorii de patogenitate

• invazivitate invazivitate • toxine bacteriene toxine bacteriene ex.ex.

PlasmidePlasmide

• cripticecriptice, , – nu codifică caracter bacterian, nu codifică caracter bacterian, – intervin în transfer de material geneticintervin în transfer de material genetic

• Importante: plasmidele F, R, col.Importante: plasmidele F, R, col.• Plasmidele FPlasmidele F

– Episomale, cripticeEpisomale, criptice – Recombinare omoloagaRecombinare omoloaga– se poate integra în cromozomul bacterianse poate integra în cromozomul bacterian –rar –rar

• o bacterie din 10o bacterie din 1055 bacterii F+. bacterii F+. • Rezultă o Rezultă o bacterie Hfrbacterie Hfr

CONJUGAREA BACTERIANACONJUGAREA BACTERIANA

• Plasmidele Plasmidele RR (de rezistenţă la AB) (de rezistenţă la AB) – se transmit epidemic în populaţiile bacteriene. se transmit epidemic în populaţiile bacteriene. – pe verticalăpe verticală– pe orizontalăpe orizontală - - conjugare bacteriană,conjugare bacteriană,

• între specii între specii / / genuri diferite: genuri diferite: – ex. de la bacil coli la bacil dizentericex. de la bacil coli la bacil dizenteric

• Conjugarea R+-R- Conjugarea R+-R- – mecanismul primordial de dobândire a mecanismul primordial de dobândire a

rezistenţei faţă de antibiotice, la Gram rezistenţei faţă de antibiotice, la Gram negative negative

– rezistenţa în bloc faţă de antibiotice rezistenţa în bloc faţă de antibiotice – Bacteriile multiplu rezistente la antibiotice se Bacteriile multiplu rezistente la antibiotice se

selecteazăselectează - - mediul spitalicescmediul spitalicesc

PlasmidePlasmide

•Plasmidele „col” – gene pentru sinteza de colicinegene pentru sinteza de colicine - -

bacteriocine bacteriocine

• BacteriocineleBacteriocinele – proteine de tip antibioticproteine de tip antibiotic – B.B.producătoare sunt imune producătoare sunt imune – menţinerea microbiocenozelor normale menţinerea microbiocenozelor normale

ale organismului ale organismului

Conjugarea la bacteriile Gram Conjugarea la bacteriile Gram

pozitivepozitive • feromoni feromoni de sexde sex

– produsi de bacterii receptoareprodusi de bacterii receptoare– Structura chimica - Structura chimica - peptidică peptidică – Efect Efect afrodisiac afrodisiac

• proteine de ataşareproteine de ataşare – Produsi de bacteriile donatoareProdusi de bacteriile donatoare

TransformareaTransformarea

• transfer de ADN libertransfer de ADN liber – de la o bacterie donatoare (D)de la o bacterie donatoare (D)- exogenot- exogenot– la o bacterie receptoare (R)la o bacterie receptoare (R) - endogenot - endogenot

• natural natural – autoliza bacteriilorautoliza bacteriilor

• artificial artificial – extracţie chimică extracţie chimică

• fenomen rar întâlnit în natură fenomen rar întâlnit în natură

TransformareaTransformarea Griffith Griffith - 1928 - 1928 virulenţvirulenţaa pneumococilor pneumococilor

TransformareaTransformarea

• Proteinele „rec. A” Proteinele „rec. A” •găsirea zonei de omologie între exo şi găsirea zonei de omologie între exo şi

endogenot, endogenot, •ruperea în anumite poziţii şi ruperea în anumite poziţii şi •reunirea catenelor, reunirea catenelor,

• ConsecinţăConsecinţă: : integrareaintegrarea•endogenotul primeşte de la exogenendogenotul primeşte de la exogenoot genă t genă

activă pentru capsulă activă pentru capsulă

• bacterii Gram pozitivebacterii Gram pozitive si si negative negative • fungi fungi

TransformareaTransformarea

• starea de competenţăstarea de competenţă – acceptă fragmentul de ADN, acceptă fragmentul de ADN, – TranzitorieTranzitorie – 5-15 minute 5-15 minute

• proteinä de competenţă proteinä de competenţă – alterezä suprafaţa bacteriei receptoare alterezä suprafaţa bacteriei receptoare

Etapele transformăriiEtapele transformării

• Absorbţia Absorbţia – fragmentului de ADN pe suprafaţa celulei fragmentului de ADN pe suprafaţa celulei

receptoarereceptoare • Penetrarea Penetrarea

– ADN-ului în bacteria receptoareADN-ului în bacteria receptoare • EclipsăEclipsă

– Taiere, unire ADn exogenot-endogenotTaiere, unire ADn exogenot-endogenot • MecanismMecanism

– recombinrecombinareare omoloag omoloagaa, , – doar între celule ale aceleaşi specii sau specii doar între celule ale aceleaşi specii sau specii

strâns înrudite strâns înrudite

Rolul natural al Rolul natural al transformăriitransformării • modificarea structurii antigenice modificarea structurii antigenice

a pililor gonococilor şi evoluţia a pililor gonococilor şi evoluţia cronică a gonoreei cronică a gonoreei (uretrita (uretrita gonococicä) gonococicä)

TRANSDUCTIATRANSDUCTIABACTERIOFAGIBACTERIOFAGI• entităţi infecţioase entităţi infecţioase

acelulare acelulare

• VirusuriVirusuri ale ale bacteriilbacteriiloror. .

• Structura:Structura:• o moleculă de acid nucleic, o moleculă de acid nucleic,

• protejată de proteineprotejată de proteine - - capsidacapsida. .

• multiplicmultiplicareare => => doar prin doar prin utilizarea maşinăriei de utilizarea maşinăriei de sinteză a celulei parazitatesinteză a celulei parazitate (bacteria)(bacteria)

BacteriofagiBacteriofagi

FFormă : ormă : • lineari - cilindrică lineari - cilindrică • filamentoşi filamentoşi • icosicosaaedricedricii• Bacteriofagii cu cap şi coadăBacteriofagii cu cap şi coadăROLROL::• Transducţia Transducţia

•transfer de material genetic prin bacteriofagitransfer de material genetic prin bacteriofagi

• Conversia lizogenă Conversia lizogenă •conferireaconferirea unor proprietăţi bacteriene unor proprietăţi bacteriene

TRANSDUCTIATRANSDUCTIA

• generalizatăgeneralizată: : – orice fragment al orice fragment al

cromozomului bacterian. cromozomului bacterian.

• prin bacteriofagi liticiprin bacteriofagi litici

• recombinare omoloagă recombinare omoloagă

• localizatălocalizată (specifică): (specifică):

• doar anumite gene, doar anumite gene, alăturatealăturate bfbf.. în c în cz.z. bacterian. bacterian.

• prprinin b bf. f. temperaţi: temperaţi: – ex. bacteriofagul ex. bacteriofagul al E. coli al E. coli

• recombinare situs recombinare situs specifică specifică

• ProfagProfag– Excizia incompletă Excizia incompletă =>=>– genom fagic defectiv genom fagic defectiv

TRANSDUCŢIA

Conversia lizogena Conversia lizogena • proprietăţi fenotipice proprietăţi fenotipice

• prin bacteriofag temperat prin bacteriofag temperat

• transmisibilă la descendenţi transmisibilă la descendenţi

• Factorii de patogenitate Factorii de patogenitate - - toxine toxine bacterienebacteriene: :

• toxina diftericătoxina difterică - - bacteriofagul bacteriofagul tox, la bacilul difteric tox, la bacilul difteric

• eritrotoxina - toxina scarlatinoasă, la streptococul eritrotoxina - toxina scarlatinoasă, la streptococul hemolitichemolitic

• fibrinolizina stafilococicăfibrinolizina stafilococică

• toxina Shiga-like, la bacilul coli (asemănătoare toxinei toxina Shiga-like, la bacilul coli (asemănătoare toxinei bacilului difteric shiga)bacilului difteric shiga)

RecombinareaRecombinarea

• OmoloagaOmoloaga

• Situs specificaSitus specifica

• Situs nespecifica (ilegitima)Situs nespecifica (ilegitima)

RecombinareaRecombinarea

- In timpul trasnferului de material - In timpul trasnferului de material geneticgenetic

RecombinareaRecombinarea• OmoloagaOmoloaga: : noul ADN inlocuieste ADN-ul

existent– Depinde de proteina “rec A”– Intre secvente identice sau foarte

asemanatoare de ADNMecanismul molecular:- Taiere - Replicare segmentara a ADN-ului- Unirea catenelor noi de cele vechi- Rezolvarea: reunirea capetelor prin ligazeEfect: detectabil / nedetectabil

Recombinare omoloagaRecombinare omoloaga

•apare in transformare– Ex. Variatia antigenica pili – gonococci

• integrarea plasmidelor F în cromozomul bacterian - conjugare

•cointegrarea plamidelor

Recombinarea- Situs Recombinarea- Situs specificaspecifica

• 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)

• TranspoziţiaTranspoziţia– altă consecinţă a recombinării situs specifice altă consecinţă a recombinării situs specifice

RecombinareaRecombinarea

• Situs nespecifica (nelegitima)Situs nespecifica (nelegitima)• Insertii / deletii – ambeleInsertii / deletii – ambele

•Pl + cz; Bf + czPl + cz; Bf + cz

TRANSPOZIŢIA(Vezi curs TGE)

ROLUL MATERIALULUL GENETIC ROLUL MATERIALULUL GENETIC EXTRACROMOZOMIALEXTRACROMOZOMIAL

• variabilitate a caracterelor variabilitate a caracterelor bacteriene, bacteriene,

• proprietăţi noi, proprietăţi noi, •patogenitatea bacteriană, patogenitatea bacteriană,

•modificarea structurii antigenice, modificarea structurii antigenice,

•dobândirea unor proprietăţi dobândirea unor proprietăţi metabolice,metabolice,

•rezistenţa la antibioticerezistenţa la antibiotice//alţi factori alţi factori antibacterieniantibacterieni

PATOGENITATE BACTERIANĂPATOGENITATE BACTERIANĂ

A.A. Toxine bacterieneToxine bacteriene• 1. 1. CCodificate de odificate de bacteriofagii temperaţibacteriofagii temperaţi::

– toxina difterică codificată de bacteriofagul toxina difterică codificată de bacteriofagul tox, la bacilul tox, la bacilul diftericdifteric

– eritrotoxina - toxina scarlatinoasă, la streptococul eritrotoxina - toxina scarlatinoasă, la streptococul hemolitic hemolitic– fibrinolizina stafilococicăfibrinolizina stafilococică– enterotoxina stafilococicăenterotoxina stafilococică– toxina Shiga-like, la bacilul colitoxina Shiga-like, la bacilul coli

• 2. 2. CCodificate de odificate de plasmideplasmide: : – toxina exfoliativă a stafilococilor toxina exfoliativă a stafilococilor – toxina bacilului cărbunostoxina bacilului cărbunos– toxina bacilului tetanictoxina bacilului tetanic– hemolizina bacilului colihemolizina bacilului coli– enterotoxina tulpinilor enterotoxigene de enterotoxina tulpinilor enterotoxigene de E. coliE. coli

B. B. Adezine bacterieneAdezine bacteriene - - plasmideplasmide, , • proprietatea de aderare specifică de epitelii, mucoase, prin proprietatea de aderare specifică de epitelii, mucoase, prin

pili de aderare, pili de aderare, – tulpinile enteropatogene ale bacilului coli, care aderä prin pili tulpinile enteropatogene ale bacilului coli, care aderä prin pili

de mucoasa duodenojejunală, de mucoasa duodenojejunală, – tulpinile uropatogene ale bacilului coli, care aderă de mucoasa tulpinile uropatogene ale bacilului coli, care aderă de mucoasa

urinară.urinară.

C. C. Invazivitate bacterianăInvazivitate bacteriană- - plasmide,plasmide, • capacitatea de invazie şi de colonizare a epiteliilor:capacitatea de invazie şi de colonizare a epiteliilor:

– ex. invazia epiteliului colic de către bacilul dizenteric ex. invazia epiteliului colic de către bacilul dizenteric – tulpini enteroinvazive de tulpini enteroinvazive de E. coli E. coli (EIEC).(EIEC).

PATOGENITATE BACTERIANĂPATOGENITATE BACTERIANĂ

REZISTENŢA LA ACŢIUNEA UNOR FACTORI DE REZISTENŢA LA ACŢIUNEA UNOR FACTORI DE MEDIUMEDIU

• Plasmidele Plasmidele capacitatea de rezistenţă în diverse capacitatea de rezistenţă în diverse condiţii de mediu: condiţii de mediu:

• a) Rezistenţă la antibiotice a) Rezistenţă la antibiotice – există peste 60 plasmide cu gene de rezistenţă la există peste 60 plasmide cu gene de rezistenţă la

lactamine; lactamine;

• b) Rezistenţă la săruri de metale grele b) Rezistenţă la săruri de metale grele – (Plumb, mercur, argint, arsen), utilizate ca antiseptice, (Plumb, mercur, argint, arsen), utilizate ca antiseptice,

rezultând bacterii rezistente la antiseptice; rezultând bacterii rezistente la antiseptice;

• c) Rezistenţa la detergenţi; la radiaţii; la c) Rezistenţa la detergenţi; la radiaţii; la bacteriofagi; la colicinebacteriofagi; la colicine