Cromossomo e Plasmídeos Bacterianos

Uma bactéria geralmente carrega a maioria de seus genes em um único cromossomo, geralmente circular, que é compactado em uma região densa chamada nucleoide, e também pode carregar plasmídeos, moléculas de DNA menores que se replicam independentemente. O cromossomo contém os genes essenciais que uma célula precisa para viver, enquanto os plasmídeos frequentemente carregam genes acessórios, incluindo aqueles para resistência a antibióticos e virulência, que podem se mover entre as células.

Definition

O cromossomo bacteriano é o genoma principal da célula, geralmente uma única molécula de DNA circular condensada no nucleoide; um plasmídeo é uma molécula de DNA menor, que se replica autonomamente, que carrega genes acessórios e é distinta do cromossomo.

Scope

Este tópico aborda como o genoma bacteriano é organizado e empacotado, a distinção entre DNA cromossômico e extracromossômico (plasmídeo), a replicação e manutenção de plasmídeos, e o papel dos plasmídeos como elementos genéticos móveis e acessórios. É uma visão geral de referência sobre estrutura e função, não uma orientação clínica.

Core questions

• Como um cromossomo bacteriano é organizado e compactado no nucleoide?
• O que distingue o DNA cromossômico do DNA plasmidial?
• Como os plasmídeos se replicam e são mantidos estavelmente em uma população em divisão?
• Que tipos de funções acessórias os plasmídeos comumente carregam?

Key concepts

• Cromossomo bacteriano circular
• Nucleoide e compactação cromossômica
• Superenrolamento e proteínas associadas ao nucleoide
• Plasmídeo e replicon
• Origem de replicação
• Número de cópias e incompatibilidade de plasmídeos
• Sistemas de manutenção toxina-antitoxina
• Genes acessórios (resistência e virulência)

Mechanisms

A maioria dos genomas bacterianos é organizada como um único cromossomo circular que é várias ordens de magnitude mais longo do que a célula, por isso é dobrado em alças superenroladas e organizado por proteínas associadas ao nucleoide e maquinaria semelhante à condensina no nucleoide, conforme revisado por Wang e colaboradores. Os plasmídeos são replicons separados: cada um carrega sua própria origem e se replica independentemente do cromossomo, com o número de cópias e os grupos de incompatibilidade determinados pelo sistema de controle de replicação. A herança estável de plasmídeos de baixa cópia é reforçada por sistemas de partição e por morte pós-segregacional através de loci toxina-antitoxina, que Gerdes e colaboradores descrevem como um mecanismo que mata seletivamente as células-filhas que perdem o plasmídeo. Plasmídeos e elementos móveis relacionados atuam como genomas acessórios que podem espalhar genes, como determinantes de resistência a antibióticos, entre as populações.

Clinical relevance

Os plasmídeos são um veículo principal para a disseminação da resistência antimicrobiana e de certos genes de virulência entre as bactérias, razão pela qual sua biologia é central para a compreensão da epidemiologia da resistência. Esta entrada explica a biologia do cromossomo e do plasmídeo em um nível mecanicista e não é uma base para decisões de diagnóstico ou tratamento.

History

O termo plasmídeo foi introduzido por Joshua Lederberg em 1952 para denotar determinantes hereditários extracromossômicos, e trabalhos subsequentes estabeleceram os plasmídeos como replicons autônomos. O reconhecimento de que os plasmídeos carregam genes de resistência transferíveis, e posteriormente estudos em escala genômica e de imagem da organização do nucleoide revisados por Wang e colaboradores, refinaram a imagem moderna de um cromossomo estruturado acompanhado por um genoma acessório móvel.

Key figures

• Joshua Lederberg
• Stanley Cohen
• Kenn Gerdes

Seminal works

• wang-2013
• smillie-2010
• frost-2005

Frequently asked questions

Qual é a diferença entre um cromossomo e um plasmídeo?

O cromossomo carrega os genes essenciais para a vida e é geralmente uma única molécula circular grande, enquanto um plasmídeo é uma molécula de DNA menor, que se replica independentemente, que carrega genes acessórios, frequentemente transferíveis.

Por que os plasmídeos são importantes para a resistência a antibióticos?

Muitos genes de resistência estão localizados em plasmídeos que podem ser copiados e transferidos entre bactérias, permitindo que a resistência se espalhe rapidamente através e entre as populações bacterianas.