Introdução à Genética
5.4 Genética de bacteriófagos
CONCEITO-CHAVE As bactérias conseguem captar fragmentos de DNA a partir do meio
adjacente. Dentro da célula, esses fragmentos conseguem integrar-se ao cromossomo.
5.4 Genética de bacteriófagos
A palavra bacteriófago, que é uma denominação dos vírus bacterianos, significa “comedor de bactérias”. Esses vírus parasitam e matam as bactérias. Trabalhos pioneiros sobre a genética dos bacteriófagos em meados do século 20 formaram o fundamento de pesquisas mais recentes sobre vírus que causam tumores e outros tipos de vírus de animais e plantas. Desse modo, os vírus bacterianos proporcionaram um importante sistema-modelo.
Esses vírus podem ser utilizados em dois tipos diferentes de análises
genéticas. Primeiramente, dois genótipos de fagos distintos podem ser cruzados para medir a recombinação e, portanto, mapear o genoma viral. O mapeamento do genoma viral por meio desse método é o tópico desta seção. Em segundo lugar, os bacteriófagos podem ser utilizados como um modo de unir genes bacterianos para estudos de ligação e outros estudos genéticos. Estudaremos a utilização dos fagos em estudos bacterianos na
Seção 5.5. Além disso, conforme veremos no Capítulo 10, os fagos são utilizados em tecnologia de DNA como portadores, ou vetores, de DNA estranho. Antes que possamos compreender a genética dos fagos, devemos primeiramente examinar o ciclo de infecção dos fagos.
Infecção de bactérias por fagos
A maior parte das bactérias é suscetível ao ataque por bacteriófagos. Um fago é composto por um “cromossomo” de ácido nucleico (DNA ou RNA), circundado por um revestimento de moléculas proteicas. Os tipos de fagos são identificados não pelos nomes das espécies, mas por símbolos — por
exemplo, fago T4, fago λ e assim por diante. As Figuras 5.22 e 5.23 demonstram a estrutura do fago T4. Durante a infecção, um fago adere a uma bactéria e injeta o seu material genético no citoplasma bacteriano,
conforme diagramado na Figura 5.22. Uma micrografia eletrônica do
processo está demonstrada na Figura 5.24. As informações genéticas do fago em seguida assumem o controle do maquinário da célula bacteriana ao desligar a síntese dos componentes bacterianos e ao redirecionar o maquinário de síntese bacteriano para produzir os componentes do fago. As cabeças de fagos recém-formadas são dotadas individualmente com réplicas do cromossomo do fago. Finalmente, muitos descendentes do fago são produzidos e liberados quando a parede celular bacteriana se rompe. Esse processo de ruptura é denominado lise. A população de progênie de fagos é denominada lisado de fagos.
FIGURA 5.22 Um fago infectante injeta DNA por meio de sua estrutura central na célula (esquerda). O bacteriófago T4 é demonstrado como um fago livre e em seguida no processo de infecção de uma célula de E. coli (direita). Os principais componentes estruturais de T4.
FIGURA 5.23 A ampliação do fago T4 de E. coli revela detalhes da cabeça, da cauda e das fibras da cauda. (Science Source.)
FIGURA 5.24 Bacteriófagos são demonstrados em diversos estágios do processo de infecção, que inclui a ligação e a injeção do DNA. (©Eye of Science/Science Source.)
Como podemos estudar a herança nos fagos quando eles são tão
pequenos que são visíveis apenas ao microscópio eletrônico? Nesse caso, não conseguimos produzir uma colônia visível por meio de plaqueamento, mas podemos produzir uma manifestação visível de um fago ao tirar vantagem de diversas características do fago.
Vejamos as consequências da infecção de uma célula bacteriana única
por um fago. A Figura 5.25 demonstra a sequência de eventos no ciclo infeccioso que leva à liberação da progênie de fagos pela célula lisada. Após a lise, os fagos da progênie infectam as bactérias vizinhas. Esse ciclo é repetido durante rodadas progressivas de infecção e na medida em que esses ciclos se repetem, a quantidade de células lisadas aumenta exponencialmente. Dentro de 15 horas após a infecção de uma única célula bacteriana por uma única partícula de fago, os efeitos são visíveis a olho nu como uma área clara, ou placa, na camada opaca de bactérias que recobre a
superfície de uma placa de meio sólido (Figura 5.26). As referidas placas podem ser grandes ou pequenas, difusas ou bem-definidas e assim por diante, dependendo do genótipo do fago. Portanto, a morfologia da placa é uma característica do fago, que pode ser analisada no nível genético. Outro fenótipo do fago que podemos analisar geneticamente é a variedade de hospedeiros, tendo em vista que os fagos diferem nos espectros de linhagens bacterianas que conseguem infectar e lisar. Por exemplo, uma linhagem específica de bactérias pode ser imune ao fago 1, mas suscetível ao fago 2.