La scambio di materiale genetico nei batteri

Meccanismi di scambio genico nei batteri

Coniugazione: una cellula donatrice (maschile) trasferisce materiale genetico ad una cellula ricevente (femminile);é necessario un contatto diretto tra le cellule;può avvenire anche tra batteri non appartenenti alla stessa specie.

Meccanismi di scambio genico nei batteri

Trasformazione:una cellula ricevente “competente” acquisisce materiale genetico dall’ambiente;le cellule possono essere “naturalmente competenti” o possono essere rese competenti da specifici trattamenti in laboratorio.

Meccanismi di scambio genico nei batteri

Trasduzione:il trasferimento di DNA da una cellula donatrice ad una ricevente é mediato da un batteriofago che agisce da vettore;se il virus può indurre il trasferimento di un qualsiasi frammento di cromosoma della cellula donatrice si parla di “trasduzione generalizzata”;se il virus può indurre il trasferimento di solo uno specifico frammento di cromosoma della cellula donatrice si parla di “trasduzione specializzata”.

DNA esogeno persiste e si replica: si produce un clone di cellule “diploidi parziali”

Omologia: integrazione

DNA esogeno persiste e non si replica: si produce una sola cellula “diploide parziale”

DNA esogeno viene degradato dall’ospite (restrizione d’ospite)

La coniugazione

Ceppi auxotrofi: mutanti che hanno sviluppato una determinata esigenza nutrizionale (hanno perso la capacità di sintetizzarla)

Ceppi prototrofi: ceppo parentale selvatico da cui deriva l’auxotrofo (non richiede quella determinata sostanza per crescere)

Cellule F+ (che contengono un plasmide detto Fattore F)

replicazione plasmide

Origine di trasferimento

Sintesi del pilus, coniugazione

Trasferimento di un singolo flamento del fattore F

Durante il trasferimento si ha la sintesi dei filamenti complementari

(nel donatore e nel recipiente)

F+ F-

F+ F+

Cellule F+ (che contengono un plasmide detto Fattore F)

Hfr F-

Hfr F-

Il trasferimento avviene sempre a partire da oriT

Figura 10.24 La coniugazione F′. (a) A causa di un errore di escissione, il gene A di una cellula Hfr viene escisso assieme al fattore F al quale è fisicamente legato. (b) Il gene A è quindi trasferito a un ricevente nel corso della coniugazione.

La trasformazione

Streptococcus pneumoniaelisci (capsulati) = virulenti

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Streptococcus pneumoniaelisci (capsulati) = virulenti UCCISI AL CALORE

+

Streptococcus pneumoniaerugosi (non capsulati) = non virulenti

Streptococcus pneumoniaerugosi (non capsulati) = non virulenti

Esperimento di Griffith (1° dimostrazione della trasformazione)

Esperimento di Avery (1944) spiegazione molecolare

trasformazione con DNA plasmidico (TRASFORMAZIONE ARTIFICIALE):

• trattamento con CaCl2

• elettroporazione

trasformazione con DNA cromosomale (Gram-positivi)

SPECIE NATURALMENTE COMPETENTI

(es. Bacillus, S. pneumoniae)

1) Sintesi e secrezione del “fattore di competenza”(fine fase esponenziale)

2) Sintesi di 8-10 proteine per l’acquisizione di DNA: recettore DNA, nucleasi (DNA ss), integrazione)

trasformazione con DNA cromosomale (Gram-negativi, es. H. influenzae)

DNA da specie strettmente correlate

Formazione di vescicole della membrana che legano il DNA ds

Riconoscimento di una sequenza specifica di 11 basi (ripetuta circa 1500 volte nel genoma di H. influenzae)

La trasduzione

CARATTERISTICHE GENERALI DEI VIRUS

• ORGANIZZAZIONE NON CELLULARE• MOLTIPLICAZIONE• PRESENZA DI UN UNICO TIPO DI ACIDO NUCLEICO• ASSENZA DI METABOLISMO PROPRIO

MOLTIPLICAZIONE VIRALE

Il genoma virale contiene le informazioni per la sintesi dei componenti virali e l’assemblaggio di nuovi virus

Utilizza gli enzimi cellulari per la duplicazione, trascrizione e traduzione del suo genoma

La TRASDUZIONE GENERALIZZATA si verifica nel corso di un ciclo litico

Lisogenia: il genoma virale è “silente” e si replica insieme a quello dell’ospite senza formare nuovi virus e uccidere la cellula. Si ottiene una progenie di cellule infette

FAGI TEMPERATI:in grado di effettuare lisogenia. A volte il genoma virale si integra nel cromosoma batterico

INFEZIONE LITICA

INFEZIONE LISOGENICA

INDUZIONE DEL CICLO LITICO: escissione del profago

Escissione corretta

Escissione errata: formazione della particella trasducente

elementi genetici mobili

Mutazioni ed agenti mutageni

Mutazioni : alterazioni stabile ed ereditaria del carico del materiale genetico a cui può corrispondere un'alterazione fenotipica

Mutazioni letali : causano morte dell'organismo che l'esprime; possono essere studiate solo se recessive in organismi diploidi

Mutazioni condizionali: mutazioni che mostrano un fenotipo solo in particolari condizioni (ts)

Mutanti auxotrofi : organismi mutanti incapaci di crescere su terreno minimo

Una mutazione è osservabile solo se determina un cambiamento fenotipico. Una mutazione che non determina un cambiamento fenotipico si dice SILENTE

Una mutazione che determina il cambiamento di una singola coppia di basi si dice PUNTIFORME

Se una mutazione puntiforme capita in una regione codificante si dice:MUTAZIONE NONSENSO se inserisce un codone di stopMUTAZIONE DI SENSO se cambia un codone per un aa in un codone per un altro aaMUTAZIONI FRAMESHIFT se cambia il quadro di lettura

Mutazioni spontanee ed indotte

Mutazioni spontanee

passaggio delle basi azotate dalla forma chetonica ad una forma tautomerica più rara (imminica o enolica); per esempio : in forma chetonica C-G (3 legami) in forma imminica (rara) C-A (2 legami)

in forma chetonica T-A (2 legami) in forma imminica (rara) C-A (2 legami)

mutazioni che cambiano una base purinica con l'altra purinica o una pirimidinica con l'altra pirimidinica si dicono TRANSIZIONI

mutazioni che cambiano una base purinica con una pirimidinica o viceversa si dicono TRASVERSIONI

mutazioni per ADDIZIONE o per DELEZIONE

Mutazioni indotte: analoghi delle basi

Mutazioni indotte: agenti che modificano le basi

Mutazioni indotte: agenti intercalanti (acridina, proflavina, bromuro di etidio)

Mutazioni indotte: raggi UV

Una mutazione secondaria (che avviene in un mutante) che ripristina il fenotipo originario si dice RETROMUTAZIONE o REVERSIONE

La retromutazione è vera se la mutazione secondaria ripristina il genotipo originario

seconda mutazione

Se una mutazione secondaria ripristina il fenotipo ma non il genotipo originario (quindi la mutazione secondaria è in un posto diverso rispetto a quella primaria) si parla di MUTAZIONE PER SOPPRESSORE

Un mutante soppressore contiene 2 mutazioni, delle quali la seconda annulla l'effetto fenotipico della prima

Se la seconda mutazione è nello stesso gene che contiene la prima mutazione, si parla di SOPPRESSIONE INTRAGENICA, se è in un gene diverso si parla di SOPPRESSIONE INTERGENICA

Selezione di mutanti auxotrofici

Selezione di revertanti

ceppi di Salmonella auxotrofi per lisina, alterati nella parete cellulare (per aumentare la permeabilità cellulare alla sostanza da analizzare), incapaci di riparare i danni al DNA ma di replicare il DNA mutato

lisinalisina