3 Genoma Instabilidade Devida à união Estável Mutator Genótipos
Constitutivo mutator bactérias têm uma maior taxa de mutação espontânea causados por defeitos em genes de codificação de reparo de DNA fatores ou outros componentes de outros genoma de vigilância e de protecção caminhos que leva à desestabilização do genoma. Das vias típicas de reparação do ADN (ver Capítulo 4), a maioria dos fenótipos de mutações fortes devem-se a mutações na Via MMR. A via MMR é extremamente importante para manter a estabilidade do genoma em E., coli, uma vez que a inactivação da Via por mutações em qualquer dos genes centrais pode aumentar as taxas de mutação entre 100 e 200 vezes . Este grande aumento da taxa de mutação espontânea em estirpes com defeito de MMR reflecte a diversidade dos tipos de danos reconhecidos e reparados por esta via, incluindo bases emparelhadas incorrectamente (especialmente devido a uma má incorporação e à correcção de falhas durante a replicação do ADN) e pequenas inserções e supressões. In a 2012 mutation accumulation experiment, an MMR-deficientes E., a estirpe coli teve um aumento de 138 vezes no número de substituições de pares de base em comparação com a estirpe isogénica do tipo selvagem. A estirpe defeituosa do MMR também teve um aumento de 288 vezes na formação de inserções e supressões, tipicamente ≤4 nucleótidos.uma função interessante, e por vezes subestimada, da via MMR é suprimir a recombinação inadequada . E., a recombinação homóloga de coli (HR) mediada pela RecA e pelo complexo RecBCD requer uma homologia perfeita ou quase perfeita nas sequências de recombinação do ADN; no entanto, o nível de homologia necessário para a recombinação produtiva é relaxado em estirpes com defeito de MMR. Por exemplo, a transdução entre Salmonella enterica serovar Typhimurium e E. coli é limitada pelo sistema MMR do receptor, que detecta e perturba a formação de heteroduplexos reconhecendo a divergência de sequências ., Como este exemplo mostra, a regulação da recombinação por MMR pode atuar como uma barreira à HGT entre espécies estreitamente relacionadas, servindo assim um papel adicional na preservação da integridade do genoma.os fenótipos de mutadores não se devem exclusivamente a defeitos na Via MMR. Um fator auxiliar chave para a MMR é a Barragem de adenina metilase do DNA . Esta proteína é necessária para a metilação do ADN que facilita o discernimento da cadeia durante a MMR e tem outros papéis importantes na replicação do ADN e na regulação dos genes., A inactivação de genes dam ou drg (substitutos dam) em Pasteurella multocida conduz a fenótipos robustos de mutadores . Mutações em dnaQ, que codifica a subunidade de proofreading (epsilon) da replicativa DNA polimerase III, causam aumentos notáveis na taxa de mutação devido à remoção defeituosa de nucleótidos misincorporados durante a replicação do DNA. Mutações em genes que codificam o sistema GO (mutM, mutY e mutT), que repara guaninas oxidadas (8-oxodG), levam a fenótipos de mutadores médios a elevados (ver Ref. )., Outros genes mutadores codificam proteínas que impedem danos ao DNA através da desintoxicação, ao invés de reparar danos, como oxir e sodA .estima-se que as estirpes de mutadores
representam cerca de 1% da população natural de E. coli e que os fenótipos de mutantes ocorrem tanto nas estirpes comensal como patogénicas . Os mutadores constitutivos representam um poderoso desafio para o campo médico, uma vez que tendem a ser comuns em doenças infecciosas, como a fibrose cística (discutida aqui), infecções do tracto urinário e doenças relacionadas com alimentos ., Esta secção centra-se num dos exemplos mais bem caracterizados do impacto das estirpes de mutantes na prática clínica: colonização de Pseudomonas aeruginosa de doentes com fibrose cística (CF).
CF é causado por mutações no gene que codifica o regulador de condutância transmembranar (CFTR) e é a doença genética autossómica-recessiva mais comum em caucasianos . Os efeitos físicos do CF levam a uma forte predisposição para infecções respiratórias crónicas (CRIs), que são a principal causa de morbilidade elevada e mortalidade prematura nos doentes com CF ., Embora possam ocorrer infecções com uma gama de bactérias em doentes com CF, incluindo Haemophilus influenzae e Staphylococcus aureus, a infecção por P. aeruginosa é a mais comum . Notavelmente, um estudo inicial revelou que até 20% dos isolados de 37% dos pacientes examinados foram cronicamente colonizados por estirpes mutantes de P. aeruginosa . Em contrapartida, os doentes que apresentavam infecções agudas não demonstraram tal enriquecimento para os mutantes . Estas observações sugerem que os mutantes foram especialmente associados ao CRIs., Este conceito foi confirmado por um estudo posterior que mostrou que a proporção de isolados mutantes aumentou de 0% para 65% após 20 anos de infecção crónica . A base genética para estes fenótipos mutadores foi, como seria de esperar, em grande parte devido a defeitos na Via MMR, uma vez que entre 60% e 90% dos isolados mutantes tinham mutações em genes MMR, mais comumente must .uma consequência intensamente estudada da CRI por estirpes mutadoras de P. aeruginosa é o desenvolvimento de resistência aos antibióticos. Após muitos anos de tratamento antibiótico agressivo, a resistência aos antibióticos é mais comum em P., estirpes aeruginosa isoladas de doentes crónicos infectados em comparação com isolados de infecções agudas . Oliver et al. (2000) first characterized the prevalence of mutator strains among antibiotic-resistant P. aeruginosa strains isolated from CF patients. Eles demonstraram que as estirpes de mutantes eram mais frequentemente resistentes a oito terapeutas comumente usados contra a infecção por P. aeruginosa: até 40% dos mutadores eram resistentes em comparação com apenas 5% dos não mutadores. Esta correlação entre os fenótipos mutantes e a resistência aos antibióticos foi subsequentemente corroborada por estudos de acompanhamento ., Num estudo particularmente interessante, Ferroni et al. (2009) demonstrou que as estirpes de mutantes adquiriram resistência a antibióticos adicionais mais rapidamente do que as estirpes de não mutadores. O papel dos genotipos mutantes na promoção da resistência aos antibióticos não é exclusivo de P. aeruginosa, uma vez que relações semelhantes foram encontradas em estirpes de S. aureus e H. influenzae isoladas de doentes com CF .um doente com CF é normalmente colonizado por uma única estirpe de P. aeruginosa que persiste ao longo da sua vida ., O tracto respiratório hospedeiro representa um microambiente no qual diferentes pressões seletivas podem atuar sobre a tensão levando à divergência e fixação de variantes fenotípicas. Em muitos casos, estes novos fenótipos devem-se a mutações de perda de funções que contribuem para a adaptação do hospedeiro e suportam a infecção crónica. Por exemplo, mutações que atenuam os genes de virulência podem mudar os resultados patológicos da infecção para longe de danos agudos e para efeitos crônicos que suportam a persistência., A base genética de tal adaptação tem sido temporariamente caracterizada usando sequenciamento de genoma inteiro . A comparação dos genomas de isolados precoces e tardios revelou a acumulação de até 68 mutações que, em muitos casos, resultaram na perda da função dos genes de virulência, representando uma adaptação de virulência que favoreceu a colonização a longo prazo (como mencionado anteriormente). Não surpreendentemente, trabalhos posteriores demonstraram que esta adaptação genética rápida foi impulsionada por um fenótipo mutador .,este exemplo demonstra que taxas de mutação constitucionalmente mais elevadas e o correspondente aumento da instabilidade do genoma podem ser benéficos para um organismo à medida que este enfrenta os desafios do seu ambiente; no entanto, tal fluidez genómica também pode ter resultados prejudiciais para o organismo. Por exemplo, estirpes adaptadas de P. aeruginosa isoladas de doentes com CF reduziram a transmissibilidade . Além disso, embora as estirpes não mutadoras possam propagar-se entre doentes com FC, não foi observada a propagação das estirpes mutadoras ., Finalmente, isolados de mutantes altamente adaptados diminuíram a aptidão e a virulência em ambientes secundários . Assim, é evidente que, de facto, a instabilidade do genoma induzida pelos genótipos de mutantes resulta numa luta de guerra entre resultados potencialmente benéficos e prejudiciais, que são ordenados com base nas pressões selectivas do ambiente. Embora esta consequência da instabilidade do genoma seja especificamente demonstrada neste exemplo, provavelmente representa um atributo universal de organismos com elevadas taxas de mutação.