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Como os microrganismos usam DNA externo para mudar seus próprios genes? Descubra os segredos da transformação celular!
Os micróbios não são apenas alguns dos organismos mais antigos da Terra, eles também têm a incrível capacidade de absorver DNA estranho do ambiente, alterando assim suas próprias características genéticas por meio de um processo chamado transformação. Esse processo é chamado de "capacidade celular" e pode ser dividido em capacidade natural e capacidade artificial. Competência natural é a capacidade que as bactérias possuem naturalmente em ambientes naturais, enquanto competência artificial se refere à capacidade das células de se tornarem temporariamente permeáveis ao DNA por meio de tratamentos específicos em laboratório. Essa capacidade não apenas permite que as bactérias se adaptem rapidamente às mudanças no ambiente externo, mas também as ajuda a reparar seu DNA.
A descoberta da capacidade natural remonta a 1928, quando o cientista Frederick Griffith demonstrou que certas células bacterianas patogênicas mortas podiam se transformar em células não patogênicas relacionadas.
Cientistas descobriram que esse "fator de transformação" é, na verdade, DNA puro, uma descoberta que se tornou a primeira evidência forte de que o DNA carrega informação genética. Até o momento, a capacidade natural tem sido intensamente estudada em uma variedade de bactérias, especialmente
No laboratório, os pesquisadores normalmente fornecem DNA, que pode ser fragmentos geneticamente modificados ou plasmídeos. Depois que o DNA entra na célula, ele pode ser degradado em nucleotídeos, que podem ser usados para replicação do DNA e outras funções metabólicas.
Uma vez dentro da célula, o DNA pode ser remontado no genoma da célula por suas enzimas de reparo de DNA. Se essa recombinação altera o genótipo da célula, diz-se que a célula foi transformada. Em quase todas as bactérias naturalmente competentes, parte do filamento extracelular — o pili tipo IV — é capaz de se ligar ao DNA de fita dupla fora da célula. O DNA é então transferido através da membrana por um complexo proteico multicomponente, um processo impulsionado pela degradação da fita de DNA. O DNA fita simples que entra na célula é ligado por uma proteína conservada, DprA, que então carrega o DNA na RecA, uma proteína que medeia a recombinação homóloga por meio da via clássica de reparo do DNA.
Sob a regulação da capacidade natural, o processo normalmente é rigidamente regulado e muitas vezes é desencadeado por escassez de nutrientes ou condições adversas. Entretanto, os sinais indutores específicos e os mecanismos regulatórios variam muito entre as diferentes espécies.
Cientistas descobriram que alguns fatores de transcrição regulam a competência, como o sxy (também conhecido como tfoX), cuja expressão é regulada por elementos de RNA não codificantes 5'. Ao mesmo tempo, bactérias capazes de produzir esporos geralmente também terão bactérias capazes de se transformar sob condições que desencadeiam a produção de esporos. Portanto, em uma cultura ou colônia contendo células de esporos, células competentes também são frequentemente encontradas. A maioria das bactérias naturalmente competentes absorve todas as moléculas de DNA com eficiência aproximadamente igual, mas algumas famílias bacterianas, como Neisseriaceae e Pasteurellaceae, tendem a absorver preferencialmente fragmentos de DNA contendo sequências de sinais de absorção.
De acordo com uma hipótese, a transformação em bactérias poderia desempenhar um papel semelhante ao sexo em organismos superiores no aumento da diversidade genética. Embora ainda existam preocupações teóricas sobre a discussão desse processo, o alto custo das mudanças globais na síntese de proteínas torna essa hipótese desafiadora.
Além disso, a hipótese do DNA como alimento também atraiu a atenção da comunidade científica. De acordo com essa hipótese, as células obtêm nucleotídeos absorvendo DNA, que não são apenas essenciais para a síntese de DNA e RNA, mas também economizam o custo da síntese. De fato, algumas bactérias naturalmente competentes também secretam nucleases no ambiente circundante para adquirir esses nucleotídeos livres do DNA ambiental.
Existem interações complexas entre os mecanismos de captação de DNA de diferentes espécies, e essas interações podem estar relacionadas à recombinação seletiva ou captação mecanicamente eficiente. É claro que, à medida que nos aprofundamos em nossos estudos sobre danos ao DNA, descobrimos que as bactérias que induziram competência sob adversidade são mais capazes de sobreviver quando confrontadas com danos ao DNA, sugerindo que a competência natural e a transformação podem desempenhar um papel importante no reparo do DNA. . .
A natureza complexa dos genomas bacterianos fornece ampla evidência de que a transferência lateral de genes induzida por competência é essencial para promover a diversidade genética, uma base para a evolução.
A capacidade dos microrganismos de se modificarem por meio do DNA externo revela essencialmente o segredo de como as células sobrevivem e se reproduzem em um ambiente em constante mudança. Entretanto, diante da perspectiva de tal transformação, como você acha que essa capacidade dos microrganismos afetará futuras pesquisas científicas e o desenvolvimento da biotecnologia?
