Concetti Chiave
- Plasmidi in E. coli sono molecole di DNA circolari che si trasferiscono tra cellule tramite il pilus sessuale, fungendo da fattori di fertilità.
- La coniugazione batterica, un fenomeno di sessualità elementare, fu osservata per la prima volta da Lederberg e Tatum.
- Ceppi Hfr, scoperti da Cavalli-Sforza, mostrano una frequenza di ricombinazione 1000 volte maggiore rispetto ai ceppi F+.
- Il trasferimento del cromosoma Hfr in cellule F- avviene in 90 minuti, permettendo la creazione di mappe genetiche tramite incroci interrotti.
- Oltre alla coniugazione, il DNA batterico può essere trasferito tramite trasduzione con batteriofagi e trasformazione da DNA ambientale.
Indice
Il plasmide e la coniugazione batterica
Il DNA aggiuntivo o plasmide è stato oggetto di studio e di ricerca in E. coli; si tratta di una molecola circolare di 100.000 paia di basi, che si trasferisce da cellule di una popolazione batterica a quelle di un’altra che ne è sprovvista; costituisce sovente un fattore di fertilità (fattore F) e raggiunge un’altra cellula attraverso un piccolo filamento cavo, detto pilus sessuale .
La trasmissione del plasmide è considerata un fenomeno dì sessualità elementare e il fenomeno è definito coniugazione batterica; esso fu osservato per la prima volta dai J.Lederberg e E. Tatum .
Tipi di cellule e trasferimento del fattore F
Il fattore F può trovarsi libero nel citoplasma o integrato nel cromosoma; nel primo caso la cellula è di tipo F+ , nel secondo di tipo Hfr. i batteri F+ vengono considerati di sesso maschile, quelli che risultano privi del fattore di fertilità, F-, sono considerati di sesso femminile.
Durante il trasferimento il fattore F viene replicato, cosicché la cellula F ne conserva una copia.
Ricombinazione e mappe genetiche
Il piccolo plasmide presenta anche delle sequenze particolari che gli consentono fenomeni di appaiamento, di crossing-over e quindi di ricombinazione genica con il cromosoma della cellula ricevente, che in tal modo può acquisire nuove caratteristiche.
Ceppi Hfr furono isolati nell 1950 da Cavalli-Sforza e presentano una frequenza di ricombinazione i 1000 volte maggiore di quella dei ceppi F+, da cui derivano; da qui la definizione Hfr (high frequency recombination).
Durante la coniugazione il cromosoma dell'Hfr viene trasferito in cellule F-. Il trasferimento ha inizio da un punto preciso del cromosoma, specifico per ogni particolare ceppo di Hfr, e secondo una precisa direzione. Anche i tempi di trasferimento sono costanti, cosicché interrompendo gli incroci si possono ottenere cellule che hanno già ricevuto alcuni geni, ma non ne hanno ricevuti altri.
Il trasferimento del cromosoma si verifica in 90 minuti, alla temperatura di 37°C. Interrompendo gli incroci e facendo uso di tecniche particolari (metodo degli incroci interrotti), nel 1956 Jacoh e Wollman ottennero la prima mappa temporale di un settore del cromosoma di E. coli.
I fenomeni di coniugazione e ricombinazione batterica, insieme con altri processi, hanno reso possibile risalire alla posizione dei geni su di un cromosoma e quindi definire delle mappe genetiche. inoltre geni specifici possono essere tolti o aggiunti ai genomi batterici, con tecniche di Ingegneria genetica; tali sperimentazioni sono state estese anche ai genoma umano.
Trasduzione e trasformazione batterica
Il DNA batterico può essere trasferito anche in altri due modi. In alcuni casi, infatti, un batterio acquisisce pezzi di DNA di altri ceppi batterci mediante l’intervento di batteriofagi; il fenomeno è denominato trasduzione. Un fago può incamerare un frammento di DNA della cellula ospite e, lasciata questa, trasferirlo a una seconda cellula ospite. Nel processo di trasformazione, infine, un batterio ingloba un frammento di DNA dal liquido che circonda la cellula.
Domande da interrogazione
- Che cos'è un plasmide e qual è il suo ruolo nella coniugazione batterica?
- Qual è la differenza tra batteri F+ e Hfr?
- Come avviene il trasferimento del cromosoma durante la coniugazione batterica?
- Quali altri metodi esistono per il trasferimento del DNA batterico?
Un plasmide è una molecola di DNA circolare di 100.000 paia di basi che si trasferisce tra cellule batteriche, spesso fungendo da fattore di fertilità (fattore F) e facilitando la coniugazione batterica.
I batteri F+ hanno il fattore F libero nel citoplasma, mentre nei batteri Hfr il fattore F è integrato nel cromosoma, portando a una frequenza di ricombinazione molto più alta.
Durante la coniugazione, il cromosoma dell'Hfr viene trasferito in cellule F- a partire da un punto specifico e in una direzione precisa, con tempi di trasferimento costanti.
Oltre alla coniugazione, il DNA batterico può essere trasferito tramite trasduzione, mediata da batteriofagi, e trasformazione, dove un batterio ingloba frammenti di DNA dall'ambiente circostante.
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