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Genetica dei microrganismi
Un virus è fondamentalmente
un aggregato di molecole organiche,
costituito da una molecola di acido nucleico
DNA o RNA, racchiusa in un involucro detto capside,
formato da proteine.
I Virus
Non sono organismi completamente indipendenti,
perchè per funzionare e moltiplicarsi devono
sfruttare gli apparati biosintetici delle cellule.
Alcuni virus, dopo essersi legati ai recettori, entrano interamente
nelle cellule, altri iniettano semplicemente il proprio acido
nucleico mentre il capside rimane ancorato alla superficie cellulare.
Infezione della cellula ospite e moltiplicazione dei virus
I virus sono altamente specifici, infettano solo
le cellule che possiedono sulla superficie determinati recettori
Deve replicare il proprio genoma,
produrre i suoi elementi costitutivi,
autoassemblarsi.
Il meccanismo di replicazione del genoma dipende
dal tipo di acido nucleico posseduto dal virus.
Cosa deve fare il virus una volta entrato nella cellula?
Virus a DNA
il DNA virale viene duplicato normalmente,
la trascrizione verrà effettuata dall’apparato della cellula
(RNA polimerasi t-RNA aminoacidi etc tutto della cellula)
sulla base del DNA virale
Virus a RNA:
la situazione è più complessa, alcuni virus contengono
oltre al filamento di RNA anche un enzima la RNA replicasi
che duplica l’RNA.
Nei Retrovirus un enzima, la trascrittasi inversa*,
sintetizza un solo filamento di DNA, (cDNA), dall’RNA virale
La trascrittasi inversa è contenuta nel capside
e penetra nella cellula assieme all’acido nucleico
*(perchè procede nella direzione inversa, RNADNA,
a quella della normale trascrizione, DNARNA)
La trascrittasi inversa
sintetizza il monofilamento di cDNA all’interno della cellula,
successivamente questo filamento di cDNA fa da stampo
per la sintesi di un filamento di DNA complementare,
formando una doppia elica di cDNA.
Questa doppia elica si integra nel genoma della cellula ospite
e viene trascritta sia in m-RNA che in molecole di RNA virale
che formeranno il genoma di nuovi virus
alla codificazione degli enzimi necessari
per replicare il genoma virale stesso,
per sintetizzare i costituenti del capside e
gli enzimi necessari all’uscita delle nuove particelle virali
dalla cellula ospite.
I costituenti virali si autoassemblano,
le proteine del capside si associano spontaneamente
a costituire l’involucro esterno del virus,
racchiudendo all’interno enzimi e genoma
Poiché lo spazio all’interno del capside è limitato
il genoma virale contiene solo i geni essenziali
I virus completi possono uscire massicciamente dalla cellula,
distruggendola, oppure possono essere espulsi gradualmente
con un processo di Esocitosi, senza uccidere la cellula ospite.
Proteine del capside
Genoma virale
Proteine transmembranadel rivestimento virale
Gemmazione di nuovi virus
Assemblaggio del capside attorno al genoma
Alcuni batteriofagi (virus che infettano i batteri)
dopo essere penetrati nella cellula ospite possono seguire
due tipi di ciclo vitale:
Ciclo Lisogeno, Ciclo Litico
Il ciclo litico
è il normale ciclo riproduttivo virale,
porta alla lisi della cellula batterica
ed alla liberazione
di nuove particelle virali
Genoma batterico
Batterio
Fago
Infezione
Genoma virale all’interno del batterio
Replicazione del genoma virale e delle proteine virali
Assemblaggio dei Fagi
Uscita dei Fagi e Lisi cellulare
Il ciclo lisogenico: il batteriofago integra il suo genoma in quello della cellula ospite. Il DNA fagico si replica assieme a quello batterico,e, sempre rimanendo integrato ad esso, si diffonde in modo silente.
Il virus non interferisce in alcun modo col ciclo vitale del batterio,la forma del virus integrata nel genoma batterico è detta Profago. I batteri che portano il virus integrato nel proprio DNA sono detti batteri lisogeni.
Il profago può rimanere integrato nel DNA batterico per molto tempo, fino a quando un evento esterno, come raggi UV o sostanze mutagene, ne inducono la escissione dal genoma batterico e l’entrata nel ciclo litico.
BatterioGenomabatterico
Fago
Infezione
Genoma virale nellacellula batterica
Integrazione del genoma virale in quello batterico
Diffusione del genoma virale integrato in quello batterico
Diffusione del genoma virale integrato in quello batterico
Virus degli EucariotiAnche alcuni virus eucariotici
possono integrarsi nel genoma della cellula ospite,
la forma del virus integrata è detta provirus.
Possono diventare provirus virus a DNA e virus a RNA
che hanno prodotto un cDNA in grado di integrarsi.
Anche in questo caso possiamo trovare cicli litici e lisogeni,
inoltre il provirus, inserendosi nel genoma,
può provocare mutazioni.
Il virus dell’HIV, responsabile dell’AIDS, è un virus a RNA.
Genetica batterica
I batteri si dividono per scissione binaria.
Un batterio, dopo aver duplicato il suo patrimonio genetico,
si divide in due cellule figlie.
Questo meccanismo di divisione non richiede la fusione
di due cellule genitori per la creazione di una cellula figlia
non c’è quindi mescolamento di genomi diversi,
è una semplice scissione binaria asessuata.
La Trasformazione:
si ha trasformazione quando un frammento di DNA
di un batterio A viene assorbito da un altro batterio B e
si integra nel genoma di quest’ultimo, rendendo il batterio B
geneticamente diverso rispetto a prima.
Tuttavia anche nei batteri esistono meccanismi
che permettono di scambiare una certa quantità di geni,
aumentando la variabilità genetica della popolazione.
Questi meccanismi sono 3:
la Trasformazione, la Trasduzione, la Coniugazione.
Trasduzione: si ha traduzione quando pezzi di DNA batterico
vengono incorporati nel capside del fago in via di assemblaggio
e iniettati in altri batteri contestualmente al DNA fagico.
Esistono 2 tipi di traduzione, generalizzata e specializzata.
Traduzione generalizzata:
il pezzo di DNA incorporato nel capside fagico
è un pezzo qualsiasi del genoma batterico.
Traduzione specializzata:il pezzo di DNA incorporato nel capside fagico
è un tratto di DNA batterico adiacente al punto
in cui si è inserito il DNA fagico (profago).
Quando il DNA del profago si escinde da quello batterico,
l’escissione può non essere perfetta,
il DNA del profago può portarsi dietro anche
un pezzo di DNA batterico.
I plasmidi:- contengono pochi geni, utili ma non indispensabili, alla vita del batterio (come geni per la resistenza agli antibiotici).- si duplicano autonomamente rispetto al cromosoma batterico ed alcuni di essi possono integrarsi nel cromosoma batterico. - possono essere trasferiti da una cellula batterica all’altra.
Plasmidi e ConiugazioneMolti batteri, oltre al DNA cromosomico,
hanno un altro tipo di piccole molecole di DNA circolare,
i Plasmidi
Tra i tipi di plasmidi oggi noti ci sono:
- i plasmidi R,
che portano geni che conferiscono resistenza agli antibiotici
- il plasmide F,
plasmide della fertilità nel batterio Escherichia coli.
Il plasmide F
è coinvolto in un processo detto Coniugazione
si forma un ponte citoplasmatico tra 2 batteri,
quello che porta il plasmide F ed è definito batterio F+,
e quello che non possiede questo plasmide, batterio F-
Durante la coniugazione il plasmide F,
dopo essersi duplicato,
passa attraverso un ponte citoplasmatico
dalla cellula F+ alla cellula F-, trasformandola in F+.
Coniugazione
F
FF
F
Batterio F+
Il batterio duplica il plasmide F e si Coniuga con un batterio F-
Batterio F-
Trasformandolo in batterio F+
Il plasmide F può anche integrarsi nel cromosoma batterico,
il batterio in cui si verifica questa integrazione è detto batterio Hfr
FBatterio F+ Batterio Hfr
a
b
c
F
Nel batterio Hfr sono stati evidenziati 3 geni a, b e c
Anche i batteri Hfr vanno in contro a coniugazione, avendo il plasmide F integrato nel cromosoma, oltre a trasferire il plasmide trasferiscono anche qualche gene batterico contiguo all’inserzione del plasmide.
Anche i plasmidi R possono essere trasferiti da cellula a cellula nei processi di coniugazione, oppure possono
entrare nella cellula anche attraverso il proceso di trasformazione
Batterio Hfr
a
b
c
F
Batterio F-
A
B
C
a
B
C
F
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