Transferência Horizontal de Genes

A transferência horizontal de genes é o movimento de material genético entre bactérias por um meio diferente da herança de pais para filhos. Através da transformação, transdução e conjugação, as bactérias podem adquirir genes inteiros ou aglomerados de genes de células não relacionadas, o que as torna capazes de obter novas características, como resistência a antibióticos ou virulência, muito mais rapidamente do que a mutação por si só permitiria.

Definition

A transferência horizontal (ou lateral) de genes é a aquisição de material genético por uma bactéria de outra célula por uma rota diferente da herança vertical, principalmente através de transformação, transdução ou conjugação.

Scope

Este tópico abrange as três rotas clássicas de transferência de genes bacterianos, os elementos móveis que as medeiam, as barreiras que limitam a transferência e as consequências evolutivas da aquisição de DNA estranho. Ele trata o assunto como uma referência mecanicista e evolutiva, não como uma orientação clínica.

Core questions

• Quais são os principais mecanismos pelos quais o DNA se move horizontalmente entre as bactérias?
• Quais elementos genéticos móveis transportam genes entre as células?
• Quais barreiras restringem a captação e a incorporação estável de DNA estranho?
• Como a transferência horizontal molda a evolução bacteriana e a disseminação da resistência?

Key concepts

• Transformação (captação de DNA livre)
• Transdução (transferência mediada por fago)
• Conjugação (transferência célula a célula)
• Elementos genéticos móveis
• Elementos integrativos e conjugativos
• Plasmídeos conjugativos
• Barreiras à transferência (restrição-modificação, CRISPR)
• Plasticidade e inovação do genoma

Mechanisms

A transferência horizontal de genes ocorre por três rotas clássicas, revisadas por Thomas e Nielsen. Na transformação, uma célula competente capta DNA livre do seu ambiente. Na transdução, um bacteriófago empacota e entrega DNA bacteriano a um novo hospedeiro. Na conjugação, o DNA é transferido diretamente de um doador para um receptor através do contato célula a célula, tipicamente impulsionado por plasmídeos conjugativos e elementos integrativos e conjugativos, conforme descrito por Smillie e colegas e por Wozniak e Waldor. O DNA adquirido deve então evadir as barreiras do hospedeiro, incluindo sistemas de restrição-modificação e defesas CRISPR, e ser mantido de forma estável, seja por recombinação no cromossomo ou como um replicão autônomo. Ochman e colegas argumentaram que tal transferência de módulos funcionais pré-montados é uma importante fonte de inovação bacteriana e explica grande parte da variação do conteúdo genético observada nos genomas.

Clinical relevance

A transferência horizontal de genes é um mecanismo principal pelo qual a resistência antimicrobiana e os genes de virulência se espalham entre as bactérias, inclusive entre espécies, o que a torna central para a compreensão da emergência de patógenos resistentes. Esta entrada explica os mecanismos e não é uma base para decisões clínicas.

History

Os experimentos de transformação de Griffith e a posterior identificação do DNA como o princípio transformador demonstraram pela primeira vez que as bactérias podem adquirir características hereditárias de outras células. A descoberta da conjugação e da transdução completou o trio de rotas de transferência, e a genômica comparativa, sintetizada por Ochman e colegas, estabeleceu a transferência horizontal como uma força pervasiva que molda os genomas bacterianos.

Debates

Quanto da evolução bacteriana é impulsionado pela transferência horizontal versus descendência vertical?

A genômica comparativa mostra uma extensa aquisição de genes entre linhagens, levantando a questão de quão confiavelmente uma única 'árvore da vida' captura as relações bacterianas quando grandes frações dos genomas podem ser adquiridas horizontalmente.

Key figures

• Frederick Griffith
• Joshua Lederberg
• Howard Ochman
• Matthew Waldor

Seminal works

• ochman-2000
• thomas-2005
• frost-2005

Frequently asked questions

Quais são as três principais formas pelas quais as bactérias transferem genes horizontalmente?

Transformação (captação de DNA livre do ambiente), transdução (transferência realizada por um bacteriófago) e conjugação (transferência direta entre células em contato, geralmente via um plasmídeo ou elemento conjugativo).

Por que a transferência horizontal de genes é importante para a resistência a antibióticos?

Ela permite que os genes de resistência se movam entre as bactérias, inclusive entre espécies, de modo que uma característica de resistência que surge em um organismo pode se espalhar amplamente sem ser herdada apenas por divisão celular.