Mutações e Seleção Bacterianas

Mutações são alterações hereditárias na sequência de DNA e, em bactérias, surgem espontaneamente durante o crescimento, independentemente de a alteração ser útil. Quando o ambiente favorece as células que carregam uma variante particular, a seleção aumenta sua frequência na população, que é como as bactérias se adaptam, inclusive adquirindo resistência a antibióticos.

Definition

Uma mutação bacteriana é uma alteração hereditária na sequência genômica de uma bactéria; seleção é a sobrevivência e reprodução diferenciais de células de acordo com as características que seus genótipos conferem em um determinado ambiente.

Scope

Este tópico abrange a origem e os tipos de mutação bacteriana, a evidência clássica de que as mutações são preexistentes em vez de direcionadas, como a seleção atua nas populações bacterianas e os mecanismos que modulam a taxa de mutação. É uma visão geral de referência de mecanismos genéticos populacionais e não fornece instruções clínicas.

Core questions

• As mutações bacterianas surgem antes ou em resposta a um agente seletor?
• Que tipos de mutação ocorrem e quais mecanismos as geram?
• Como a seleção altera a frequência de uma variante em uma população bacteriana?
• Como a taxa de mutação é regulada e o estresse pode aumentá-la?

Key concepts

• Mutação espontânea
• Mutações pontuais, inserções e deleções
• Teste de flutuação
• Mutação preexistente versus direcionada
• Seleção positiva e negativa
• Taxa de mutação e cepas mutadoras
• Mutação induzida por estresse e adaptativa
• Loci de contingência e variação de fase

Key theories

Mutação aleatória preexistente (Luria-Delbruck)

A análise de flutuação mostrou que o número de células resistentes varia amplamente entre culturas paralelas, o que é esperado apenas se as mutações de resistência ocorrerem aleatoriamente durante o crescimento antes da exposição, e não como uma resposta direcionada ao agente seletor.

Mechanisms

As mutações surgem de erros de replicação, alterações químicas espontâneas no DNA e da ação de elementos móveis, produzindo substituições pontuais, inserções, deleções e rearranjos. O teste de flutuação de Luria-Delbruck estabeleceu que tais mutações ocorrem aleatoriamente durante o crescimento, independentemente do agente seletor, de modo que a seleção atua sobre a variação que já existe na população. A seleção então enriquece variantes vantajosas e remove as deletérias. O suprimento de mutações não é uniforme: cepas mutadoras com reparo defeituoso elevam a taxa geral, certos loci de contingência com repetições de sequência simples sofrem mutação em alta frequência para permitir a variação de fase reversível, como descrevem Moxon e colegas, e as respostas ao estresse podem elevar transitoriamente a mutação, um fenômeno que Rosenberg revisa sob mutação adaptativa. Juntos, esses processos permitem que as populações bacterianas gerem e fixem mudanças hereditárias.

Clinical relevance

A mutação espontânea seguida de seleção é uma via central para a resistência antimicrobiana, e a variação da taxa de mutação e a variação de fase contribuem para a persistência e a evasão imune. Esta entrada explica como a variação é gerada e selecionada e não é um guia para terapia.

History

O experimento de Luria-Delbruck de 1943 resolveu uma questão de longa data ao mostrar que as mutações bacterianas são espontâneas e preexistentes, em vez de induzidas pela seleção, um resultado honrado com uma parte do Prêmio Nobel e fundamental para a genética populacional bacteriana. Trabalhos posteriores sobre fenótipos mutadores, loci de contingência e mutação induzida por estresse, revisados por Moxon e por Rosenberg, refinaram a compreensão de como o próprio suprimento de mutações é moldado.

Debates

Existe um mecanismo de mutação 'adaptativo' ou induzido por estresse distinto e regulado?

Alguns experimentos sugerem que o estresse pode elevar transitoriamente a mutação de maneiras que aumentam a chance de mudança útil, mas o quão direcionado ou geral isso é, e como se encaixa no arcabouço da mutação aleatória, permanece em debate.

Key figures

• Salvador Luria
• Max Delbruck
• Susan Rosenberg
• Richard Moxon

Seminal works

• luria-delbruck-1943
• rosenberg-2001
• moxon-2006

Frequently asked questions

As bactérias sofrem mutação em resposta a antibióticos?

A evidência clássica mostra que as mutações de resistência surgem espontaneamente durante o crescimento antes que o antibiótico seja encontrado; o antibiótico então seleciona as células já resistentes em vez de causar a mutação específica.

O que é uma cepa mutadora?

Uma cepa mutadora tem uma taxa de mutação maior que o normal, geralmente porque uma função de reparo de DNA ou de revisão é defeituosa, o que pode acelerar a adaptação, mas também acumular mutações prejudiciais.