Introdução à Genética
Plasmídios R
FIGURA 5.18 Um fator F consegue captar o DNA cromossômico quando ele sai de um cromossomo. A. O F é inserido em uma linhagem Hfr em um elemento repetitivo, identificado como IS + (sequência de inserção 1), entre os alelos ton e lac. B. O fator F
1
inserido. C. “Alça” anormal por crossing over com um elemento diferente, IS , para incluir o 2 locus lac + + — — . D. A partícula F' lac resultante. E. Diploide parcial F' lac /F lac produzido por meio da transferência da partícula F' + — — lac para uma receptora F lac. (Dados de G. S. Stent and R. Calendar, Molecular Genetics, 2nd ed.)
Plasmídios R
Uma propriedade alarmante das bactérias patogênicas foi verificada pela primeira vez por meio de estudos em hospitais japoneses na década de 1950. A disenteria bacteriana é causada por bactérias do gênero Shigella. Essa bactéria inicialmente era sensível a uma ampla variedade de antibióticos que eram utilizados para controlar a doença. Entretanto, nos hospitais japoneses, Shigella isoladas de pacientes com disenteria eram simultaneamente resistentes a muitos desses fármacos, incluindo penicilina, tetraciclina, sulfanilamida, estreptomicina e cloranfenicol. Essa resistência a múltiplos fármacos foi herdada como um pacote genético único e pode ser transmitida de modo infeccioso — não apenas para outras linhagens de Shigella sensíveis, mas também para outras espécies de bactérias correlatas. Esse talento, que se assemelha à mobilidade do plasmídio F de E. coli, é um talento extraordinariamente útil para a bactéria patogênica, tendo em vista que a resistência pode ser difundida rapidamente em uma população. Entretanto, suas implicações para a ciência médica são terríveis, tendo em vista que a doença bacteriana subitamente se torna resistente ao tratamento com uma grande variedade de fármacos.
Do ponto de vista do geneticista, entretanto, o mecanismo comprovou ser
interessante e útil na engenharia genética. Os vetores que carreiam essas resistências múltiplas comprovaram ser outro grupo de plasmídios, denominados plasmídios R. Eles são transferidos rapidamente na conjugação celular, de modo muito semelhante ao plasmídio F em E. coli.
De fato, os plasmídios R em Shigella comprovaram ser justamente os
primeiros de muitos elementos genéticos semelhantes a serem descobertos. Todos existem no estado de plasmídio no citoplasma. Observou-se que esses elementos carreiam muitos tipos diferentes de genes em bactérias. A
Tabela 5.2 demonstra algumas das características que podem ser
transmitidas pelos plasmídios. A Figura 5.19 demonstra um exemplo de um plasmídio bem-conhecido, isolado da indústria de laticínios.
Tabela 5.2 Determinantes genéticos transmitidos por plasmídios.
Característica Exemplos de plasmídios
Fertilidade F, R1, Col
Produção de Col E1
bacteriocina
Resistência a metais R6
pesados
Produção de Ent
enterotoxina
Metabolismo da Cam
cânfora
Tumorigenicidade em T1 (em Agrobacterium tumefaciens)
plantas
FIGURA 5.19 O diagrama demonstra as origens dos genes do plasmídio pk214 de Lactococcus lactis. Os genes são provenientes de muitas bactérias diferentes. (Dados da Tabela 1 em V. Perreten, F. Schwartz, L. Cresta, M. Boeglin, G. Dasen and M. Teuber, Nature 389, 1997, 801-802.)
Derivados modificados de plasmídios R, tais como pBR 322 e pUC (ver
Capítulo 10), tornam-se os vetores preferidos para a clonagem molecular do DNA de todos os organismos. Os genes em um plasmídio R que conferem resistência podem ser utilizados como marcadores para o seguimento da movimentação dos vetores entre as células.
Nos plasmídios R, os alelos para resistência a antibióticos com
frequência estão contidos em uma unidade denominada transpóson (Figura
5.20). Transpósons são segmentos únicos de DNA que conseguem mover-se para sítios diferentes no genoma, um processo denominado transposição. (Os mecanismos de transposição, a qual ocorre na maior parte das espécies
estudadas, serão detalhados no Capítulo 15.) Quando um transpóson no genoma se movimenta até um local novo, ocasionalmente ele consegue englobar entre as suas extremidades diversos tipos de genes, incluindo alelos para resistência a fármacos, e os transporta até seus novos locais como passageiros. Por vezes, um transpóson carreia um alelo de resistência a fármacos até um plasmídio, criando um plasmídio R. Assim como os F, muitos plasmídios R são conjugativos; em outras palavras, são efetivamente transmitidos para uma célula receptora durante a conjugação. Até mesmo os plasmídios R que não são conjugativos e que nunca deixam suas próprias células podem doar seus alelos R para um plasmídio conjugativo por transposição. Portanto, por meio dos plasmídios, os alelos de resistência a antibióticos podem ser difundidos rapidamente em uma população de bactérias. Embora a difusão de plasmídios R seja uma estratégia eficaz para a sobrevivência das bactérias, ela apresenta um problema importante para a prática médica, conforme mencionado anteriormente, tendo em vista que as populações bacterianas rapidamente se tornam resistentes a qualquer novo fármaco antibiótico que seja inventado e aplicado em humanos.