15.2: Seleção de Antibióticos
Visão Geral
Investigadores usam genes de resistência a antibióticos para identificar bactérias que possuem um plasmídeo contendo o seu gene de interesse. A resistência a antibióticos ocorre naturalmente quando uma mutação espontânea do DNA cria alterações em genes bacterianos que eliminam a atividade dos antibióticos. As bactérias podem compartilhar esses novos genes de resistência com os seus descendentes e outras bactérias. O uso excessivo e o uso indevido de antibióticos criaram uma crise de saúde pública, à medida que bactérias resistentes e multi-resistentes continuam a desenvolver-se.
A Resistência a Antibióticos é uma Ferramenta Essencial na Engenharia Genética
Antibióticos, como a penicilina, são fármacos que matam ou param o crescimento bacteriano. Bactérias que naturalmente ou artificialmente adquiriram genes de resistência a antibióticos não respondem a antibióticos. Os cientistas exploram isso criando plasmídeos—pequenos pedaços auto-replicantes de DNA—que carregam um gene de resistência a antibióticos e um gene de interesse. A resistência a antibióticos é parte integrante da clonagem do DNA que permite ao investigador identificar células que incorporaram um DNA de interesse.
O DNA de interesse do investigador é introduzido em células bacterianas usando um processo chamado transformação. A transformação bacteriana envolve a criação temporária de pequenos buracos na parede celular bacteriana para permitir a incorporação de DNA externo, como um plasmídeo. Só algumas células bacterianas incorporam novo DNA. Uma vez que o plasmídeo inclui tanto o DNA de interesse como um gene que confere resistência a um antibiótico específico, aplicar o antibiótico às células bacterianas (ou seja, seleção por antibióticos) pode ajudar a determinar que células foram geneticamente modificadas.
O investigador espalha as células bacterianas em uma placa de cultura contendo um antibiótico escolhido. Apenas bactérias contendo o gene de resistência ao antibiótico sobrevivem e crescem na placa. Após alguns dias, o investigador pode selecionar uma colónia bacteriana para cultivar para outras experiências—como estudos de expressão genética. Após a seleção por antibiótico, o investigador testa ainda mais as bactérias usando outros métodos (por exemplo, PCR) para confirmar que o DNA de interesse está correto. Erros muitas vezes ocorrem, como o plasmídeo não conter o gene de interesse de todo.
As Bactérias Podem Adquirir Resistência a Antibióticos Naturalmente
As bactérias podem adquirir resistência a antibióticos através de mutações espontâneas do DNA que alteram as proteínas produzidas pela célula. Bactérias resistentes podem produzir proteínas que fazem com que o antibiótico seja degradado, bombeado para fora da célula ou impedido de interagir com o seu alvo. Por exemplo, o antibiótico vancomicina inibe a síntese da parede celular bacteriana. Algumas bactérias desenvolveram resistência a este antibiótico alterando os tipos de subunidades proteicas—aminoácidos—usados na criação da sua parede celular para outros que não são afetados pela vancomicina.
Assim que os genes de resistência a antibióticos emergem, as bactérias podem passá-los para os seus descendentes. As bactérias também podem adquirir genes de resistência a antibióticos de outras bactérias da mesma ou de diferentes espécies através de um processo chamado transferência genética horizontal (HGT). Existem três mecanismos de HGT: transformação, conjugação e transdução. Genes de resistência a antibióticos são frequentemente encontrados em plasmídeos ou transposões—pedaços de DNA que são facilmente transferidos entre bactérias—que são trocados durante a HGT. Como resultado, novos tipos de resistência a antibióticos podem espalhar-se rapidamente para vários tipos de bactérias infecciosas.
O Uso Clínico Excessivo e Indevido de Antibióticos Produz “Superbactérias”
Os antibióticos são um tratamento crítico para infecções bacterianas. No entanto, o seu uso pode fazer com que as bactérias se tornem resistentes e tornem o antibiótico ineficaz, levando a infecções intratáveis e potencialmente mortais. O uso excessivo e o uso indevido de antibióticos—por exemplo, o uso de antibióticos para tratar infecções virais (em vez de bacterianas) ou para aumentar o crescimento pecuário—é problemático porque promove resistência.
Os antibióticos fazem com que a resistência evolua porque matam bactérias suscetíveis e deixam apenas os indivíduos resistentes. As bactérias sobreviventes dividem-se rapidamente, produzindo descendentes com a mesma resistência a antibióticos. Quando os antibióticos são muito usados, essa pressão de seleção faz com que o número de bactérias resistentes na população aumente rapidamente. Esta é uma grande preocupação de saúde pública porque aumenta a resistência a antibióticos e cria “superbactérias” que são resistentes a múltiplos antibióticos. O uso excessivo contínuo e o uso indevido de antibióticos podem eventualmente esgotar as opções de tratamento para infecções bacterianas.
