Biología

Plasmídeos bacterianos: definição, função e usos

Bactéria Adaptativa

Imagine que você tem cabelos loiros e acorda uma manhã odiando a cor. Em vez de comprar tintura de cabelo, você encontra uma pessoa com a cor desejada e corta um pequeno círculo do DNA dessa pessoa, coloca-o em suas células e começa a expressar os novos genes do cabelo. Feliz com seu novo cabelo castanho castanho, você decide tomar café da manhã - exceto que tudo o que o restaurante está servindo é aveia, e você é mortalmente alérgico a aveia. Mas seus clientes vizinhos não estão tendo problemas. Como antes, você pega outro pequeno círculo de DNA e o problema é resolvido. Você também está imune aos efeitos tóxicos da aveia.

Tudo isso parece ridículo? Para um humano, é. Para uma bactéria, é simplesmente mais um dia típico de sobrevivência.

Características do Plasmídeo

Aqueles pequenos círculos de DNA que sua bactéria estava roubando são chamados de plasmídeos . Especificamente, os plasmídeos são pedaços extracromossômicos não essenciais de DNA. O que exatamente isso significa? Um plasmídeo é um segmento de DNA curto, geralmente circular e de fita dupla, encontrado no citoplasma separado do cromossomo bacteriano principal.

Os plasmídeos geralmente contêm entre 5 e 100 genes que não são necessários para a sobrevivência da bactéria. Os genes para crescimento, metabolismo e estrutura celular normais estão localizados no cromossomo bacteriano principal. Enquanto a bactéria estiver prosperando em um ambiente de baixo estresse, a remoção de todos os plasmídeos não afetaria a capacidade da bactéria de sobreviver.

Se as bactérias são capazes de sobreviver sem plasmídeos, para que servem? Na realidade, as possibilidades são infinitas. Desde que os genes codificados pelo plasmídeo não interfiram na sobrevivência da célula ou na capacidade do plasmídeo de se copiar, qualquer gene é um possível gene baseado no plasmídeo.

Os plasmídeos têm a capacidade de se replicar ou copiar. Geralmente, as bactérias se replicam por fissão binária. Uma única célula bacteriana, chamada de célula-mãe, copia o cromossomo e, em seguida, a célula se divide ao meio, dando a cada metade da célula uma cópia do cromossomo. As duas novas células-filhas idênticas são essencialmente clones da célula-mãe. Mas e os plasmídeos? Os plasmídeos carregam genes que direcionam sua própria replicação e fatores adicionais que garantem que as cópias sejam separadas em novas células-filhas. Isso garante que os plasmídeos não sejam perdidos das células durante a fissão binária.

Plasmídeos F

Existe outra maneira de os plasmídeos garantirem sua proliferação nas populações bacterianas. Muitos plasmídeos são capazes de se transferir de uma célula para outra em um processo denominado conjugação. Esses plasmídeos de transferência carregam genes chamados genes de transferência ou genes tra, que são responsáveis ​​por esse processo. Durante a conjugação, uma bactéria que possui um plasmídeo de transferência expressa os genes tra para construir um tubo longo e fino denominado pilus. O pilus é oco e se liga a uma célula vizinha, ligando o citoplasma das duas células. O plasmídeo então se copia e transfere uma cópia através do pilus para a outra célula. Nem todos os plasmídeos carregam esses genes de transferência, mas muitos sim. Plasmídeos F são plasmídeos que carregam fatores que permitem a transferência de material genético de uma célula para outra via conjugação.

Plasmídeos R

Alguns plasmídeos carregam fatores de resistência e são chamados plasmídeos R . Os genes nos plasmídeos R conferem resistência a antibióticos ou outros inibidores do crescimento bacteriano. Uma bactéria com um plasmídeo R para resistência à penicilina é capaz de sobreviver ao tratamento com aquele antibiótico. Plasmídeos R também podem carregar o tragenes que permitem que o plasmídeo se espalhe de célula para célula. A disseminação de plasmídeos R representa uma ameaça real à nossa capacidade atual de usar antibióticos. Como os genes de resistência são encontrados em plasmídeos altamente móveis, em oposição aos cromossomos mais estáveis, a resistência aos antibióticos é capaz de se espalhar rapidamente por uma população bacteriana. Os plasmídeos também não estão limitados a espécies específicas, então a resistência aos antibióticos pode se espalhar entre as espécies, criando cepas bacterianas que são resistentes a muitos antibióticos comuns.

Bacteriocinas e Toxinas

Se os plasmídeos R forem considerados um mecanismo de defesa bacteriana, bacteriocinas e toxinas podem ser consideradas ataque bacteriano.

Bacteriocinas são proteínas produzidas por bactérias que inibem ou matam outras bactérias. A produção de bacteriocinas pode ser complicada. Como uma célula pode produzir uma proteína tóxica sem se prejudicar? Os plasmídeos que carregam os genes para muitas bacteriocinas também carregam genes adicionais que fornecem resistência a essas bacteriocinas. Isso permite que a célula faça guerra contra seus vizinhos enquanto se protege.

Muitas bactérias carregam plasmídeos que codificam toxinas ou outros fatores que permitem que causem doenças. Clostridium tetani , o agente causador do tétano, tem um plasmídeo que codifica uma neurotoxina potente que causa paralisia rígida. Toxinas e proteínas que subvertem o sistema imunológico são freqüentemente encontradas em plasmídeos. A remoção desses plasmídeos costuma ser suficiente para tornar o patógeno inofensivo.

Plasmídeos biotecnológicos

As bactérias desenvolveram naturalmente um grande sistema para armazenar genes em plasmídeos que podem ser transferidos de uma célula para outra. Foi apenas uma questão de tempo até que os cientistas descobrissem como explorar plasmídeos para criar bactérias. Se um cientista deseja projetar e expressar um gene, ele pode colocá-lo em um plasmídeo, inserir o plasmídeo em uma célula bacteriana e, então, persuadir a célula a expressar o gene. Isso permite aos cientistas a oportunidade de criar uma variedade infinita de plasmídeos artificiais para uma possibilidade infinita de usos. Lembra daquelas bacteriocinas que discutimos? Bem, alguns deles são tão eficazes em matar bactérias e tão seguros para os humanos que a indústria de alimentos começou a usá-los como conservantes. Para fazer isso, os cientistas precisam produzir grandes quantidades das bacteriocinas.

Resumo da lição

Vamos revisar. Um plasmídeo é um pedaço pequeno, extracromossômico e não essencial de DNA. As bactérias utilizam plasmídeos para se adaptar a ambientes estressantes, mas geralmente podem sobreviver sem eles durante condições de crescimento favoráveis.

Existem inúmeras funções de plasmídeo com variedades ainda mais incontáveis ​​de plasmídeos individuais. Os plasmídeos F permitem a conjugação, permitindo a passagem direta do DNA entre as células. Os plasmídeos R codificam produtos que fornecem resistência a antibióticos ou inibidores de crescimento. Alguns plasmídeos têm genes de bacteriocinas que codificam produtos que matam ou inibem outras bactérias. E, finalmente, as bactérias patogênicas podem abrigar seus genes de toxinas em plasmídeos.

Talvez da próxima vez que você tingir o cabelo ou não puder comer uma comida gostosa por causa de uma alergia, você se lembrará de sua época como uma bactéria carregadora de plasmídeos com saudade. Se apenas mudar nosso DNA pudesse ser tão fácil ...

Resultado da lição

Depois de ver este vídeo, você deverá ser capaz de:

  • Defina o que são plasmídeos
  • Descreva a função dos plasmídeos
  • Entenda como os plasmídeos F, os plasmídeos R e a bacteriocina afetam as bactérias
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