Introdução à Genética
5.2 Conjugação bacteriana
Os estudos mais iniciais em genética bacteriana revelaram o processo inesperado da conjugação celular.
Descoberta da conjugação
As bactérias apresentam um processo semelhante à reprodução sexuada e à recombinação? A questão foi respondida pelo trabalho experimental elegantemente simples de Joshua Lederberg e Edward Tatum, que em 1946 descobriram um processo semelhante ao sexuado no que se tornou o principal modelo para a genética bacteriana, a Escherichia coli (ver Organismo-modelo, adiante). Eles estavam estudando duas linhagens de E. coli com diferentes conjuntos de mutações auxotróficas. A linhagem A— cresceria apenas se o meio fosse suplementado com metionina e biotina; a linhagem B— cresceria apenas se ele fosse suplementado com treonina, leucina e tiamina. Portanto, podemos designar as linhagens como:
Linhagem A—: met— bio— thr+ leu+ thi+ Linhagem B—: met+ bio+ thr— leu— thi—
A Figura 5.5 A ilustra de modo simplificado o desenho de seu experimento. As linhagens A— e B— foram misturadas em conjunto, incubadas durante um período e em seguida plaqueadas em meio mínimo, no qual nenhum auxotrófico poderia crescer. Observou-se que uma minoria das células (1 em 107) crescia como prototróficos e, portanto, necessariamente era do tipo selvagem, tendo recuperado a capacidade de crescer sem a adição de nutrientes. Algumas das placas foram plaqueadas apenas com bactérias da linhagem A— e algumas com apenas bactérias da linhagem B— para atuar como controles, mas nenhum prototrófico surgiu a partir desses
plaqueamentos. A Figura 5.5 B ilustra o experimento em mais detalhes. Esses resultados sugeriram que algum tipo de recombinação de genes havia ocorrido entre os genomas das duas linhagens para produzir os prototróficos.
FIGURA 5.5 Com a utilização deste método, Lederberg e Tatum demonstraram que a recombinação genética entre genótipos bacterianos é possível. A. O conceito básico: duas culturas auxotróficas (A— — e B) são misturadas, produzindo tipos selvagens (WT) prototróficos. — — B. Células do tipo A ou do tipo B não podem ser cultivadas em um meio não suplementado (mínimo) (MM), tendo em vista que cada uma de A— — e B carreia mutações que causam a incapacidade de sintetizar os constituintes necessários para o crescimento celular. Entretanto, quando A— — e B são misturadas durante algumas horas e em seguida são plaqueadas, algumas poucas colônias aparecem na placa de ágar. Essas colônias derivam de células únicas nas quais o material genético foi trocado. Assim, são capazes de sintetizar todos os constituintes necessários do metabolismo.
Poderia ser argumentado que as células das duas linhagens na realidade
não trocam genes, mas, em vez disso, extravasam substâncias que as outras células conseguem absorver e utilizar para crescimento. Essa possibilidade de “alimentação cruzada” foi descartada por Bernard Davis como segue. Ele construiu um tubo com formato de U, no qual os dois braços eram separados por um filtro fino. Os poros do filtro eram muito pequenos para possibilitar a passagem das bactérias, mas grandes o suficiente para
possibilitar a fácil passagem de quaisquer substâncias dissolvidas (Figura
5.6). A linhagem A— foi colocada em um braço, a linhagem B— no outro. Após as linhagens terem sido incubadas durante um período, Davis testou o conteúdo de cada braço para verificar se havia quaisquer células prototróficas, mas nenhuma foi observada. Em outras palavras, era necessário o contato físico entre as duas linhagens para a formação das células do tipo selvagem. Aparentemente havia ocorrido algum tipo de união de genoma e recombinantes genuínos haviam sido produzidos. A união física das células bacterianas pode ser confirmada sob um
microscópio eletrônico e atualmente é denominada conjugação (Figura
5.7).
FIGURA 5.6 — — Linhagens bacterianas auxotróficas A e B são cultivadas em qualquer um dos lados de um tubo com formato de U. O líquido pode passar entre os braços por meio da aplicação de pressão ou sucção, mas as células bacterianas não conseguem passar pelo filtro. Após a incubação e o plaqueamento, nenhuma colônia recombinante cresce em meio mínimo.