Explique como as células bacterianas reconhecem e destroem os DNAs estranhos à sua espécie.

Passo 1

O enunciado pede para explicar de que forma as bactérias conseguem distinguir o seu próprio DNA do DNA “estranho” (por exemplo, de fagos ou de plasmídeos) e então degradar esse DNA invasor. O conteúdo envolvido é a imunidade molecular bacteriana, baseada principalmente em dois sistemas: o de restrição-modificação (RM) e o sistema CRISPR–Cas. Para resolver, vamos ver primeiro como funciona cada um deles, passo a passo.

Passo 2

No sistema de restrição-modificação, a bactéria produz dois tipos de enzimas:
– Uma metilase, que adiciona grupos metila em locais específicos do próprio DNA, geralmente em sequências palindrômicas curtas. Essa metilação “marca” o DNA como próprio.
– Uma endonuclease de restrição (enzima de restrição), que reconhece exatamente as mesmas sequências palindrômicas, mas só corta o DNA se ele não estiver metilado.
Assim, quando chega um DNA estranho sem a marca de metilação (vinda da metilase bacteriana), a endonuclease de restrição o reconhece e faz clivagens nele, fragmentando e inutilizando o DNA invasor.

Passo 3

O mecanismo de ação da endonuclease de restrição é o seguinte:
  1. Ela varre o DNA em busca da sua sequência-alvo (por exemplo, 5′-GAATTC-3′).
  2. Se encontrar essa sequência e perceber que as bases não estão metiladas (ou seja, não há o “selo” químico da metilase), ela se liga ao sítio e gera cortes em ambas as fitas do DNA.
  3. Esses cortes resultam em fragmentos que não podem mais ser recombinados funcionalmente no genoma do hospedeiro, impedindo a multiplicação do invasor.

Passo 4

Além do sistema RM, muitas bactérias contam com o sistema CRISPR–Cas, que é uma imunidade adaptativa:
– Quando uma célula bacteriana sobrevive a um ataque de um fago, ela captura pequenos pedaços do DNA viral e os insere na região CRISPR do seu próprio genoma, formando spacers.
– Essa região CRISPR é transcrita em pequenos RNAs guia (crRNAs), que se associam às proteínas Cas.
– Se o mesmo fago tentar infectar novamente, o complexo crRNA–Cas reconhece por complementaridade o DNA viral e a nuclease Cas faz os cortes, destruindo o invasor.

Passo 5

Em resumo, as bactérias usam dois níveis de defesa:
  1. Inato (restrição-modificação): reconhece padrões de metilação.
  2. Adaptativo (CRISPR–Cas): armazena “memória” de invasores anteriores e ataca por complementaridade de RNA–DNA.
Cada sistema tem seu papel: o RM age rapidamente contra DNA não metilado, e o CRISPR–Cas fornece defesa específica contra ameaças já encontradas.

Resposta

As células bacterianas reconhecem o DNA estranho comparando sua marca de metilação (ausente no invasor) por meio das endonucleases de restrição, que cortam o DNA não metilado; e, além disso, podem usar o sistema CRISPR–Cas, que armazena fragmentos de DNA invasor como “spacers”, produz RNA guia e direciona a nuclease Cas para degradar especificamente o DNA de vírus ou plasmídeos já enfrentados.

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