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Principi di genetica
microbica
1
Nel DNA e nell’RNA le basi azotate sono sottoforma di NUCLEOTIDI
NUCLEOSIDE
LE BASI AZOTATE
Informazioni propedeutiche supplementari
2
Struttura e legami chimici tra le basi azotate
eliche antiparallele
Informazioni propedeutiche supplementari
3
La formazione del legame fosfo-di-estere
Affinchè il legame fosfodiestere possa
essere formato dall’enzima DNA
polimerasi, sono indispensabili un ossidrile
(-OH) libero in posizione 3’ e un nucleotide
trifosfato (cioè in forma energizzata).
La polimerizzazione del DNA (cioè la
formazione di un filamento di DNA)
avviene perciò in direzione 5’ → 3’
Informazioni propedeutiche supplementari
4
I legami tra le basi azotate
5
La replicazione del DNA
LA Replicazione del DNA è SEMICONSERVATIVA
Informazioni propedeutiche supplementari
6
La replicazione del DNAInformazioni propedeutiche supplementari
7
La replicazione del DNA:
il meccanismo molecolare (1)
I tetrameri della porteinaDnaA si legano incorrispondeza dell’origine direplicazione (oriC)
I filamenti della doppia elica si
separano in corrispondenza di
una vicina regione ricca in A e T
Informazioni propedeutiche supplementari
8
GRAM negativo
La replicazione del DNA: il
meccanismo molecolare (2)
+ girasi
La proteina DnaB (elicasi), che forma uncomplesso con DnaC, si lega allaestremità dell’apertura. Questa reazionerichiede la presenza della proteina DnaTe di ATP. DnaB contribuisce allosvolgimento della doppia elica conl’enzima girasi
Le proteine che legano il DNA a singolofilamento (SSB) avvolgono i filamenti e neimpediscono il riappaiamento, completando laformazione del complesso iniziale
I filamenti esposti possono
ora fare da stampo per la
sintesi del DNA
La regione
legata a DnaA
si svolge
Informazioni propedeutiche supplementari
9
La replicazione del DNA: il meccanismo molecolare (3)
PRIMASI
L’enzima primasi e molte altre proteinesi localizzano nella forca replicativa
La primasi sintetizza un innesco(primer) ad RNA sia per il filamentoguida che per il filamento copia
Un complesso dimericocostituito dalla DNA polimerasiIII si lega a ogni forcareplicativa e replica i filamenti
Informazioni propedeutiche supplementari
10
La replicazione del DNA:
il meccanismo molecolare (4)
Informazioni propedeutiche supplementari
11
LA RIPARAZIONE DEGLI ERRORI
Gli errori non corretti dall’attività
Proofreading della DNA polimerasi
possono essere corretti da altri
sistemi enzimatici (MutS, MutH e
MutL).
Non sempre avviene un corretto appaiamento A:T e
C:G . La DNA polimerasi commette errori che
devono essere RIPARATI.
Il TASSO DI ERRORE in Escherichia coli
è inferiore a 10-9 per paio di basi
duplicate. Il basso tasso di errore è così
basso a causa dell’attività di riparazione
(Proofreading) della DNA polimerasi.
Informazioni propedeutiche supplementari
12
LA TRASCRIZIONE
N.B.: il fattore sigma è la
subunità della RNA-
polimerasi in grado di
riconoscere il PROMOTORE
del gene che deve essere
trascritto
N.B.: l’ mRNA dei procarioti
non viene modificato dopo la
sua trascrizione
N.B.: un gene che nella
cellula è sempre espresso è
detto gene costitutivo
Informazioni propedeutiche supplementari
13
Il dogma centrale della biologia
REPLICAZIONE
DNA → DNADNA polimerasi
TRASCRIZIONE
DNA → RNARNA polimerasi
TRADUZIONE
RNA → ProteinaRibosomi
14
La cellula può modulare quali geni, in uno
specifico contesto, possono essere espressi
(cioè trascritti) e quali invece no. Questo
processo si chiama REGOLAZIONE
GENICA o REGOLAZIONE DELLA
TRASCRIZIONE
La regolazione genica permette alla cellula di
modulare le sue capacità (variando il pool di
enzimi disponibili), facendo fronte alle
specifiche esigenze ambientali, che sono in
costante ed inevitabile mutazione
15
LA REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE
= regolazione dell'espressione genica
In una cellula è necessario che i livelli di certi enzimi siano controllati (cioè, è
necessario che un certo enzima sia presente nella giusta quantità quando serve)
Il modo principale con cui una cellula riesce a garantire questa necessità è attraverso
la regolazione della TRASCRIZIONE di un gene
Solo una piccola parte dei circa 4000 geni che compongono un tipico genoma
batterico (per es. quello di E. coli) è espressa allo stesso momento
Alcuni prodotti genici è indispensabile che siano espressi costantemente (geniCOSTITUTIVI) (per es. i geni che codificano per le proteine e l’RNA necessari alla
sintesi proteica)
Altri prodotti genici, invece, devono essere presenti in quantità molto minore e solo
quando serve alla cellula (geni INDUCIBILI) (per es. i geni di risposta allo stress o i
geni necessari per la metabolizzazione di un certo substrato)
La regolazione dell’espressione genica è ciò che spiega il fenomeno della DIAUXIA
Di seguito sono riportati alcuni esempi che descrivono le principali tipologie di
regolazione genica nei batteri
LA REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE
Regolazione NEGATIVA (es. 1)
Operone:
insieme di geni che vengono
regolati in modo strettamente
coordinato
Promotore genico:
regione di DNA costituita da
specifiche sequenze NON
CODIFICANTI (dette
consenso), alla quale si lega
la RNA polimerasi per
iniziare la trascrizione di un
gene, o di più geni (operone)
Operatore:
Regione del DNA
(generalmente posta tra un
promotore e un gene) alla
quale si lega una proteina
repressore per impedire la
trascrizione
operatore
geni
16
La regolazione della trascrizione
Regolazione NEGATIVA (es. 2)
Assenza di triptofanoAssenza di triptofano
il gene regolatore produce un repressore inattivo, chenon è in grado di legarel’operatore
La RNA polimerasi trascrive i genidell’operone, che vengono tradottiin enzimi della via metabolica del triptofano.
Assenza di triptofanoAssenza di triptofano
il gene regolatore produce un repressore inattivo, chenon è in grado di legarel’operatore
La RNA polimerasi trascrive i genidell’operone, che vengono tradottiin enzimi della via metabolica del triptofano.
Presenza di triptofanoPresenza di triptofano
.. che è in grado dilegarsi all’operatore
Il triptofano si legaal repressore
.. la sintesi dei genidella via metabolicadella sintesi del triptofano è bloccata
17
La regolazione della trascrizione
Regolazione POSITIVA(es. del REGULONE MALTOSIO)
N.B.: REGULONE = insieme di operoni regolati mediante un
meccanismo comune
18
Assenza di maltosio Presenza di maltosio
LA SINTESI PROTEICA
IL CODICE GENETICO è degenerato (cioè,
un singolo aminoacido è codificato da più tripplette)
Informazioni propedeutiche supplementari
19
Nelle cellule procariote la trascrizione e la traduzione di una specifica regione del
cromosoma avvengono contemporaneamente
LA SINTESI PROTEICA
20
Gli RNA Transfer (tRNA) ...
Informazioni propedeutiche supplementari
21
… sono “caricati” dall’enzima aminoacil tRNA sintasiInformazioni propedeutiche supplementari
22
Il ribosoma e l’inizio della sintesi proteica
Informazioni propedeutiche supplementari
23
Sintesi proteica: fase di allungamentoInformazioni propedeutiche supplementari
24
Sintesi proteina: fase di terminazioneInformazioni propedeutiche supplementari
25
Sintesi proteica: direzione di sintesiInformazioni propedeutiche supplementari
26
Destino delle proteine di neosintesi in una cellula eucariota
Nei procarioti e negli eucarioti le proteine di neosintesi possono subirele seguenti modificazioni POST-TRADUZIONALI
27
VitaLa definizione biologica di vita è una questione che ha generato secoli di discussioni scientifiche
e diatribe filosofiche che tuttora non hanno portato a una soluzione univoca
In linea esemplificativa si possono definire vivi quegli enti fisici che dispongono di almeno le
seguenti due proprietà:
Secondo il vocabolario
Lo Zingarelli 2012
Oxford Dictionary
Un'altra definizione può essere la seguente: "Gli esseri viventi sono caratterizzati dal seguente
ciclo: nascita, crescita, riproduzione, morte".
1. la capacità di contrastare l'entropia mantenendo costante nel tempo la propria struttura fisica
2. la capacità di riprodurre un’entità simile a sé stessa
28
29
I virusUn virus è definito come materiale nucleico (DNA o RNA) organizzato in una struttura di rivestimento
proteico. Il materiale nucleico del virus contiene l’informazione necessaria alla sua replicazione e
moltiplicazione ma deve usare le attività sintetiche della cellula ospite
Un ulteriore problema nella definizione di VITA si è avuto alla scoperta dei virus, considerati come
l'anello di congiunzione tra gli esseri animati e quelli inanimati, in quanto sono sia in grado di
riprodursi (caratteristica principale dei viventi) che di ridursi alla forma cristallina, diventando così
non-viventi.
30
In un virus nudo (privo di
envelope) lo strato esterno è
costituito dal rivestimento
proteico o capside
In un virus con envelope il
rivestimento proteico è
circondato da un doppio strato
lipidico. Le proteine virus-
specifche si proiettano dalla
superficie dell’envelope.
Capside
Virus nudo
Virus con envelope
Acido
nucleico
Proteina del capside
(capsomero)
Proteine
dell’envelope
virus-specifiche
Membrana
envelope
Proteina
del capside
Proteina del
rivestimento
Acido
nucleico
Capside: involucro proteico che contiene il materiale nucleico. Un capside è
composto da monomeri proteici organizzati in strutture regolari ripetute detti
capsomeri.
Tutti i virus esistono in due stati: EXTRACELLULARE e INTRACELLULARE.
Nel primo caso si parla comunemente di virioni o particelle virali.
31
La morfologia dei Virus è molto varia, ci sono virus icosaedrici, virus
elicoidali, virus con envelope e virus complessi.
Questo è un virus
dei batteri, detto
BATTERIOFAGO
32
I batteriofagi
I virus batterici si chiamano BATTERIOFAGI, i quali hanno una struttura complessa
per permettere loro (1) di aderire alla superficie esterna della parete batterica e (2) di
perforare la spessa parete batterica
Come si possono DIFENDERE i BATTERI dall’attacco dei BATTERIOFAGI?
Ostacolando l’adsorbimentodei FAGI sulla superficie della
cellula batterica
Degradando il materiale nucleico
del FAGO utilizzando gli Enzimi di Restrizione
In questo caso il batterio protegge il suo DNA utilizzando sistemi di MODIFICAZIONE (metilazione delle basi azotate)
33
34
35
Il genoma virale
Diverse tipologie di genoma virale e diversi percorsi per ottenere mRNA
dsDNA mRNA
ssDNA dsDNA mRNA
ssRNA(+) funziona da mRNA
ssRNA(-) mRNA(+)
dsRNA filamento (-) trascritto in mRNA
solo per retrovirus
ssRNA(+) ssDNA(-) dsDNA mRNA
36
Ciclo di moltiplicazione virale
Il virus può infettare la cellula ospite, riprodursi e distruggerla, cioè attuare un ciclo LITICO
In alternativa, dopo che un virus infetta la cellula ospite, il materiale genetico virale può integrarsi nel
cromosoma batterico. In questo caso l’interazione tra batterio e virus è definita LISOGENIA e il virus che la
determina è definito TEMPERATO. Anche in una coltura lisogena può indursi un ciclo litico, ma la frequenza
con cui questo processo accade è molto bassa (una cellula su 1000).
37
38
Le mutazioni
La variazione della sequenza dei nucleotidi in un gene viene detta mutazione. Come
conseguenza, in un genoma aploide (batterico), una mutazione viene subito espressa
nelle cellule figlie. Negli organismi diploidi (per es. alcuni lieviti) l’effetto della
mutazione in una copia del gene può essere mascherato dalla presenza della seconda
copia dello stesso gene.
Tipologie di mutazioni
Transizioni o Sostituzioni di una singola base. Una purina viene sostituita da un’altra
purina (G o A) oppure una pirimidina viene sostituita con un’altra pirimidina (C o T).
Trasversione o Sostituzioni di una singola base con un’altra di classe diversa.
Una purina viene sostituita da una pirimidina.
Delezioni. Perdita di uno o più nucleotidi.
Inserzioni. Acquisto di uno o più nucleotidi.
1
2
3
4
Le mutazioni permettono l’evoluzione di una specie (concetto neodarwiniano di
evoluzione: mutazioni casuali, selezionate dall’ambiente). Tuttavia, le 4 tipologie dimutazione appena elencate determinerebbero una mutazione MOLTO lenta.
Negli eucarioti esiste la sessualità che accelera l’evoluzione (crossing over); nei
procarioti ci sono invece altri processi (trasformazione, coniugazione e trasduzione)…39
Il trasferimento genico ela ricombinazione genica
I batteri possiedono anche materiale genetico extra-cromosomale
40
Che tipo di informazioni sono codificate a livello plasmidico?
- Geni codificanti per enzimi coinvolti nell’utilizzazione di mono- e polisaccardi
- Geni codificanti per enzimi coinvolti nell’utilizzazione di proteine
- Informazioni correlate alla produzione di sostanze antibatteriche (batteriocine)
- Informazioni correlate alla produzione di sostanze tossiche per altre specie
viventi (tossine)
- Geni che donano resistenza agli antibiotici
Nessuna informazione essenziale per la vita della cellula !
Si tratta di informazioni che posso fornire, a chi le possiede,
un vantaggio nella competizione ambientale con altri ceppio altre specie batteriche che non le possiedono
41
Oltre alle mutazioni esistono altri meccanismi per fare acquisire “nuove
caratteristiche” ad un gene. Questi meccanismi consentono anche l’acquisizione di nuovi
geni o la perdita di geni preesistentiRicombinazione Omologa
le regioni di DNA interessate dalla
ricombinazione omologa devono
possedere zone “estese” con elevata
omologia di sequenza. Questo
processo è definito anche crossing-
over
1le regioni di DNA interessate alla ricombinazione
omologa possono trovarsi nella stessa molecoladi
DNA o risiedere su molecole diverse di DNA
(cromosoma e plasmide, cromosoma e DNA fagico)
2
La ricombinazione genetica
le proteine RecA, RecB,RecC e RecD mediano ilprocesso di ricombinazione eriarrangiamento genico
La ricombinazione sidefinisce sito-specificaquando richiede la presenza disequenze omologherelativamente brevi (più piccoledi un gene) nelle regionicoinvolte nel processo diricombinazione
3
4
42
regioni omologhe
Plasmide ricombinante
Quando avviene la ricombinazione omologa tra un
plasmide e il cromosoma, il risultato è l’integrazione del
plasmide nel cromosoma
La ricombinazione può avvenire tra due plasmidi (A) o tra un plasmide e il cromosoma (B)
La ricombinazione genetica
43
La ricombinazione può avvenire anche tra due regioni omologhe presenti sulla stessa molecola
Regione che va
incontro a
ricombinazione
Regione che va
incontro a
ricombinazione
La ricombinazione genetica
44
45
Negli eucarioti, la riproduzione sessuale prevede il crossing-over, cioè
l’interscambio di regioni di DNA tra due cromosomi omologhi appaiati durante la
meiosi.
Nei procarioti, la meiosi (e quindi il crossing-over) non avvengono, poichéquesti organismi si riproducono esclusivamente per via asessuale(riproduzione per scissione binaria):
(mitosis)
Il crossing-over determina il
riarrangiamento dei geni e producevariazioni nelle caratteristiche ereditariedella progenie � il crossing over
PRODUCE VARIABILITÀ GENETICA e,quindi, promuove l’evoluzione.
La progenie è geneticamente identica, ad eccezione delle mutazioni casuali
che possono avvenire durante la replicazione del DNA
▼DIVERSITÀ GENETICA RIDOTTA
46
Nei procarioti, la meiosi (e quindi il crossing-over) non avviene…tuttavia, i processi di ricombinazione genetica avvengono nei procarioti,attraverso:
il trasferimento genico orizzontale (TGO)
Trasferimento verticale dell’informazione genetica =trasmissione alla progenie
Trasferimento orizzontale dell’informazione genetica (il
trasferimento è possibile
anche tra cellule batteriche
appartenenti a gruppi
tassonomici
filogeneticamente distanti)
I motivi per i quali il TGO nei batteri è importante
1. I meccanismi di TGO sono i principali generatori della biodiversità nei procarioti. In altre parole, il TGO promuove l’evoluzione batterica. Il TGO, infatti, partecipa alla speciazione (il processo evoluzionistico attraverso cui si generano le specie biologiche)
1. .2. Il TGO promuove la disseminazione di tratti di patogenicità e, soprattutto,
i geni di resistenza antibiotica.
Il TGO determina l’acquisizione da parte di una cellula batterica di nuovi geni, e quindi
l’acquisizione di nuovi fenotipi (per esempio, la resistenza a un antibiotico o l’abilità di
metabolizzare un carboidrato).
Se il fenotipo acquisito conferisce un vantaggio al batterio, il suo gene si diffonderapidamente nella popolazione batterica attraverso trasmissione verticale alla progenie: la
sottopopolazione di cellule ricombinanti (cioè, cellule che hanno acquisito il nuovo
gene/fenotipo) hanno un vantaggio rispetto alle altre cellule che gli permette di diffondersi più
efficacemente.
Ciò che determina se un gene (e il fenotipo ad esso associato) offre un vantaggio alla cellula
batterica o meno è l’ambiente: l’ambiente esercita una pressione selettiva sui geni checonferiscono un vantaggio alla cellula batterica.
47
Popolazione clonale di uno specifico ceppo batterico
L’antibiotico ampicillina è presentenell’ambiente � C’È LA PRESSIONESELETTIVA per il mantenimento delgene di resistenza antibiotica ampR
Cellula batterica che ha acquisito il gene di resistenza antibiotica
ampR (dona resistenza all’ampicillina) attraverso TGO
La cellula batterica che ha acquisito
orizzontalmente il gene ampR
possiede un vantaggio ecologico rispetto alle altre; le cellule ricombinanti possono perciò
diffondersi e diventare dominantinella popolazione
L’antibiotico ampicillina non èpresente nell’ambiente � NO C’ÈPRESSIONE SELETTIVA per ilmantenimento del gene
Il TGO può avere diverse conseguenze che dipendono
dalla pressione selettiva ambientale
48
La cellula batterica che ha acquisito
orizzontalmente il gene ampR si può
riprodurre; tuttavia, in assenza dipressione selettiva, il genotipo di
questa cellula non dona un vantaggio
rispetto alle cellule parentali non
mutate. Le cellule ricombinantitenderanno quindi a scomparire
Il «superbatterio» più noto e diffuso è il:
MRSA: Methicillin-resistant Staphylococcus aureus
k__Bacteria;p__Firmicutes;c__Bacilli;o__Bacillales;f__Staphylococcaceae;g__Staphylococcus
I “superbatteri” sono generati dall’accumulo progressivo di geni di
resistenza agli antibiotici in un singolo microrganismo patogeno (ciò può
avvenire con maggiore facilità in ambito ospedaliero).
49
50
MUTAZIONI = modificazioni della sequenza nucleotidica del DNA,
generate da errori non corretti nel corso del processo replicativo
IL CONCETTO NEODARWINIANO DI EVOLUZIONE
Gli organismi attuali hanno un progenitore evolutivo comune e derivano da esso
mediante una serie di piccoli cambiamenti (mutazioni), ognuno dei quali ha conferito un
vantaggio selettivo per alcuni organismi in nicchie ecologiche particolari. Questi
cambiamenti sono però molto piccoli e determinerebbero una evoluzione molto lenta
nei batteri. Ci sono però gli eventi di ricombinazione genetica naturale chepermette il TRASFERIMENTO GENICO ORIZZONTALE…).
L’ORIGINE DELLA BIODIVERSITÀ MICROBICA
Il caso e la necessitàJacques Monod, 1970
(…l’evoluzione si basa sul reciproco gioco di
forze stocastiche e deterministiche…)
Il gene egoista – Richard Dawkins, 1976(…la teoria del gene egoista… invece di concentrarsi sul singolo organismo, guarda la natura dal punto di vista del gene. È un diverso modo di vedere, non una teoria diversa…)
I meccanismi naturali di TGO nei batteri
Il trasferimento genico orizzontale comprende processi naturali ricombinazionegenetica nei quali il batterio acquisisce DNA ETEROLOGO, cioè proveniente da unaltro organismo.
Nei batteri l’acquisizione di DNA eterologo avviene attraverso TREMECCANISMI distinti (conosciuti come processi di PARASESESSUALITÀ):
1) Trasformazione acquisizione di
DNA libero dall’ambiente
2) Trasduzione, in cui il
trasferimento di DNA è mediato da
un virus (batteriofago)
1
3
51
3) Coniugazione processo di
..trasferimento di DNA da una
cellula all’altra mediato da
plasmidi
2
52
Nel 1928 il medico inglese Frederick Griffith stava studiando il batterio Streptococcus
pneumoniae (pneumococco), uno degli agenti patogeni della polmonite umana. Griffith
stava lavorando con due diversi ceppi di pneumococco (si veda la FIGURA nella slide
successiva):
(1) il ceppo S (smooth, in inglese «liscio») era costituito da cellule che producevano
colonie a superficie liscia. Essendo ricoperte da una capsula polisaccaridica, queste
cellule erano protette dagli attacchi del sistema immunitario dell’ospite. Se iniettate in
topi di laboratorio, esse si riproducevano e provocavano la polmonite (il ceppo quindi era
virulento -> il topo moriva).
(2) il ceppo R (rough, in inglese «ruvido») era costituito da cellule che producevano
colonie con superficie irregolare. Queste cellule erano prive di una capsula protettiva e
non erano virulente.
Griffith inoculò in alcuni topi degli pneumococchi S uccisi dal calore e osservò che i
batteri erano disattivati, cioè incapaci di produrre l’infezione. Quando però Griffith
somministrò a un altro gruppo di topi una miscela di batteri R vivi e batteri S uccisi dal
calore notò che gli animali contraevano la polmonite e morivano. Esaminando il sangue
di questi animali, Griffith lo trovò pieno di batteri vivi, molti dei quali dotati delle
caratteristiche del ceppo virulento S; egli concluse che in presenza degli pneumococchi
S uccisi, alcuni degli pneumococchi R vivi si erano trasformati in organismi del ceppo
virulento S.
TRASFORMAZIONE1
La trasformazione non dipendeva da qualcosa che avveniva nel corpo del topo, perché
fu dimostrato che la semplice incubazione in una provetta di batteri R vivi insieme a
batteri S uccisi dal calore produceva la stessa trasformazione. Questo dimostrava che
una qualche sostanza, all’epoca chiamata fattore di trasformazione, estratta da
pneumococchi S morti poteva agire sulle cellule R provocando un cambiamento
ereditario. A quel punto rimaneva solo da individuare la natura chimica di questa
sostanza. Si scoprì poi che il fattore di trasformazione era il DNA!
53
- Il DNA eterologo può essere lineare o
circolare (plasmidico)
- La cellula ricevente deve essere
COMPETENTE per acquisire DNA esogeno
- Questo processo avviene con grande rarità
nella maggior parte dei batteri in natura
- Questo processo può essere indotto
artificialmente (ad es. per elettroporazione)
LA TRASFORMAZIONE A LIVELLO MOLECOLARE1
La trasformazione batterica (o
semplicemente, trasformazione) è un
fenomeno parasessuale tramite il quale i
batteri possono scambiarsi materiale
genetico tra individui diversi
Alla base del fenomeno osservato da Griffith vi
è la TRASFORMAZIONE, cioè il processo di
acquisizione di DNA dall’ambiente da parte di
una cellula batterica
54
https://www.youtube.com/
watch?v=MRBdbKFisgI
CONIUGAZIONE2
Nel 1946 Joshua Lederberg eEdward Tatum studiarono dueceppi di Escherichia coli auxotrofi:
- E. coli A (met - bio - thr+ leu+
thi+), auxotrofo per metionina ebiotina.
- E. coli B (met+ bio+ thr - leu- thi-
), auxotrofo per treonina, leucinae tiamina.
Si osservò che i ceppi A e B, postia contatto, potevano scambiarsimateriale genetico e creare deibatteri prototrofi.
Terreno di coltura chimicamente
definito, privo di metionina, biotina,
treonina, leucina e tiamina55
CONIUGAZIONE2
Alla fine degli anni ‘40 Bernard
Davis scopre che se i due
ceppi sono separati da un filtro
attraverso cui possono
passare sostanze (ma non
batteri) non si ha la formazione
di prototrofi: il contatto fisico
tra le dellule dei due ceppi
è quindi indispensabile!
Il contatto fisico tra cellule è necessario
affinché avvenga la ricombinazione. In
questo esperimento le cellule non
possono passare attraverso il filtro e
quindi non avviene la ricombinazione. 56
CONIUGAZIONE2
Nel 1953 William Hayes scoprì che il trasferimento genico avviene in una sola
direzione: da una cellula donatrice a una cellula ricevente.
Hayes ipotizzo che la capacità di fungere da donatore fosse una condizione ereditaria
determinata da un fattore di fertilità, definito fattore F. I ceppi che portano F sono
donatori (F+), quelli senza F sono riceventi (F-).
Successivamente fu dimostrato che il fattore F è un plasmide.
Il processo osservato venne definito CONIUGAZIONE BATTERICA.
La coniugazione batterica è un processo con il quale una cellula batterica trasferisce
porzioni di DNA ad un'altra tramite un contatto cellula-cellula
57
https://www.youtube.com/watch?v=KLIo3wYVKiE58
CONIUGAZIONE
- Il processo di coniugazione è mediato da
plasmidi coniugativi (plasmide F in E. coli).
L’informazione per il trasferimento dei plasmidi
coniugativi si trova sui plasmidi stessi
- La coniugazione può avvenire tra ceppi della
stessa specie o tra ceppi di specie e generi
diversi (anche se con una frequenza minore)
- Plasmidi coniugativi possono mediare il
trasferimento di plasmidi non coniugativi o di
plasmidi coniugativi che hanno perso “le
informazioni necessarie al loro trasferimento”.
In questo caso un plasmide Helper medierà il
trasferimento di un plasmide non coniugativo
- Il DNA viene trasferito con un meccanismo
noto come rolling circle, che prevede la
formazione di un intermedio a singolo filamento
2
59
CONIUGAZIONE
Se il plasmide coniugativo è
integrato nel cromosoma
(nelle cellule ad alta frequenza di ricombinazione Hfr) anche
geni del cromosoma possono essere trasferitida una cellula donatrice ad una ricevente
2
60
https://www.youtube.com/
watch?v=FjRX3Geovhk
Il processo di trasduzione permette il
trasferimento di geni da batterio a
batterio ad opera di batteriofagi
TRASDUZIONE
1
2
3
4
5
6
7
3
A seconda del meccanismo con cui
avviene il trasferimento dei geni del
batterio si parla di Trasduzione Generalizzata (rappresentata nella
figura a fianco) o TrasduzioneSpecializzata (descritta nella prossima
slide)
Nella Trasduzione Generalizzata i
diversi geni batterici vengono
trasferiti con la stessa efficienza, che
solitamente non è elevata
8
61
All’interno della cellula di E. coliil DNA Fagico è in forma circolare
La Trasduzione Specializzata richiede
l’integrazione del genoma virale nel cromosoma
batterico e viene quindi effettuata solo da virus
LISOGENI
La Trasduzione Specializzata determina
quindi il trasferimento, con
elevata efficienza, di geni
batterici posti vicino al sito
di integrazione del profago
lisogeno
L’excisione imprecisa del profago porta alla
formazione di un genoma fagico contenente il gene gal
Il DNA circolare di
integra nel
cromosoma batterico
tra i geni bio e gal
Questo Fago può portare il gene gal nella prossima cellula ospite
TRASDUZIONE3
62
TRASDUZIONE3
TRASDUZIONE SPECIALIZZATA
63
3
1
2
RIASSUMENDO,
i processi di ricombinazione
genetica nei batteri sono tre:
64
![Resistenza.ppt [modalit compatibilit ]) · Il termine biofilm è usato per descrivere una comunità microbica protetta da matrici polimeriche autoprodotte e aderenti ... e per di](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/5c6e008209d3f225408c4d51/modalit-compatibilit-il-termine-biofilm-e-usato-per-descrivere-una-comunita.jpg)
