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Por trás do processo de transformação: como as bactérias absorvem DNA de forma inteligente para melhorar sua capacidade de sobrevivência?
No estudo da microbiologia e da biologia celular, "competência" se refere à capacidade de uma célula de alterar seu genoma absorvendo DNA estranho do ambiente, um processo conhecido como "transformação". A diferença entre as habilidades naturais e induzidas artificialmente das bactérias é que as habilidades naturais são produzidas em configurações genéticas naturais no ambiente natural e no laboratório, enquanto as habilidades artificiais são produzidas pelo processamento laboratorial que faz com que as células passem DNA instantaneamente. Essa capacidade permite que as células se adaptem rapidamente às mudanças ambientais e reparem seu DNA, aumentando significativamente sua capacidade de sobrevivência.
O estudo das habilidades naturais começou em 1928, quando o cientista Frederick Griffith descobriu que bactérias patogênicas mortas poderiam alterar o genótipo de bactérias inofensivas.
Após a descoberta de Griffith em 1928, Oswald Avery e outros confirmaram em 1944 que esse "fator de transformação" era DNA puro, revelando assim que o DNA é o portador da informação genética celular.
Mecanismos de captação de DNANo laboratório, os cientistas geralmente fornecem DNA estranho, que geralmente é um fragmento ou plasmídeo geneticamente modificado. As células usam mecanismos específicos para transportar esses DNAs para o interior da célula. Depois que o DNA entra na célula, ele pode ser degradado em nucleotídeos para uso na replicação do DNA ou em outras funções metabólicas. Alternativamente, ele pode ser recombinado no genoma da célula por enzimas de reparo de DNA; se essa recombinação altera o genótipo da célula, a célula é considerada transformada.
Em muitas bactérias naturalmente competentes, filamentos externos específicos se ligam ao DNA fita dupla e o distribuem por meio de um complexo proteico multicomponente.
Regulamentação da Capacidade
Em culturas de laboratório, as habilidades naturais são frequentemente reguladas de forma rigorosa e muitas vezes são desencadeadas por deficiências de nutrientes ou condições ambientais adversas. Entretanto, os sinais de indução específicos e os mecanismos regulatórios variam muito entre as diferentes espécies. Cientistas descobriram alguns fatores de transcrição que podem regular a formação da habilidade, como o sxy (também conhecido como tfoX). Em bactérias que podem formar esporos, as condições que induzem os esporos geralmente coincidem com aquelas que induzem a competência. Portanto, culturas contendo células formadoras de esporos geralmente também contêm células competentes.
As funções evolutivas e as consequências das habilidades
As principais propostas para as funções evolutivas das habilidades naturais atualmente se enquadram geralmente em três categorias: vantagens seletivas que afetam a diversidade genética; absorção de DNA como fonte de nucleotídeos; e vantagens seletivas no reparo de DNA danificado por meio de recombinação homóloga.
Alguns estudos sugeriram que a transformação bacteriana pode desempenhar um papel semelhante ao comportamento sexual em organismos superiores no aumento da diversidade genética, mas essa visão também apresenta algumas dificuldades teóricas.
Outra hipótese é que o DNA serve como fonte de alimento, já que as células que ingerem DNA ganham acesso aos nucleotídeos que compõem esse DNA, que são essenciais para a síntese de DNA e RNA.
Hipótese de reparação de danos no DNANas bactérias, o problema de danos ao DNA é mais pronunciado durante períodos de estresse, particularmente estresse oxidativo em condições de aglomeração ou fome. Portanto, algumas bactérias induzem competência sob esses estresses, o que também apoia a hipótese de que a transformação ajuda no reparo do DNA. Experimentos mostraram que células que foram tratadas com danos no DNA têm uma taxa de sobrevivência maior se passarem por transformação do que células danificadas que não foram transformadas.
Transferência horizontal de genes
Embora essa capacidade possa proporcionar benefícios a longo prazo às bactérias, também pode ser possível, em alguns casos, conferir resistência ou outras vantagens por meio de diferentes combinações genéticas. A natureza complexa do genoma demonstra claramente a capacidade das bactérias de permitir a transferência horizontal de genes, o que ajuda a aumentar a diversidade genética e, portanto, apoia seu processo evolutivo.
Diante de um ambiente em rápida mudança, como as bactérias usam habilmente essa capacidade de se estabilizar e se adaptar ao mundo exterior?
