Concetti Chiave
- La coniugazione batterica è un meccanismo cruciale per il trasferimento di geni legati all'antibiotico-resistenza e ai fattori di virulenza tra batteri.
- In ambito ambientale, permette il trasferimento di resistenza ad erbicidi, metalli pesanti e geni per la fissazione dell'azoto tra Rhizobia.
- La tecnica di coniugazione interrotta è stata fondamentale per mappare i genomi batterici e dimostrare la circolarità del genoma di E. coli.
- La trasformazione batterica è un processo di acquisizione di DNA libero dall'ambiente, scoperto da Frederick Griffith nel 1928 in Streptococcus pneumoniae.
- Le specie batteriche competenti, come Bacillus subtilis e Streptococcus pneumoniae, possiedono geni specifici per la trasformazione, cruciali per il riconoscimento e trasporto del DNA.
Significato clinico e ambientale
Significato clinico:
-Principale meccanismo di trasferimento di geni per l’antibiotico- resistenza.
- Trasferimento di geni codificanti per fattori di virulenza (es.: enterotossine, adesine).
Significato ambientale:
-Trasferimento della resistenza ad erbicidi, idrocarburi aromatici, metalli pesanti.
-Trasferimento di geni per la fissazione dell’azoto tra Rhizobia.
Significato tecnico ed evolutivo
Significato tecnico:
-Coniugazione interrotta di batteri Hfrin vitro ha permesso la mappatura dei genomi batterici e la dimostrazione della circolarità del genoma di E. coli.
Significato evoluzionistico:
-Principale meccanismo evolutivo/adattativo batterico.
Scoperta e processo di trasformazione
Processo di trasferimento genico dovuto all’acquisizione di DNA “libero” direttamente dall’ambiente.
Scoperta da Frederick Griffith nel 1928 in Streptococcus pneumoniae (noto anche come Diplococcus pneumoniae ).
La trasformazione è un processo che avviene spontaneamente solo in alcune specie batteriche (tra le quali Bacillus subtilis, Streptococcus pneumoniae ed Haemophilus influenzae, Neisseria gonorroeae) con differenze:
- B. subtilis e S. pneumoniae captano DNA da qualsiasi sorgente.
- H. influenzae, N. gonorrhoeae captano DNA solo da specie strettamente correlate e che contiene una sequenza specifica (11 per Haemophilus e di 10 bp per Neisseria) presente nei loro genomi in circa 600 copie.
Meccanismo della trasformazione
Queste specie possiedono geni che codificano per proteine specifiche della trasformazione, coinvolte ad es. nel riconoscimento, legame e trasporto del DNA attraverso la parete e la membrana batterica.
In una popolazione batterica solo le cellule che esprimono queste proteine, dette cellule competenti, possono andare incontro a trasformazione.
I frammenti di DNA introdotti sono lineari e generalmente di 15-20 Kb.
Il meccanismo della trasformazione, seppure con alcune differenze, è sostanzialmente simile nelle diverse specie batteriche.
In B. subtilis lo stato di competenza è indotto da particolari peptidi, detti fattori di competenza, secreti dai batteri in crescita, che attivano la sintesi del macchinario necessario per la trasformazione.
Il livello massimo di competenza si ha verso la fine della fase esponenziale di crescita, quando i fattori di competenza raggiungono concentrazioni elevate.
Il DNA a doppio filamento viene riconosciuto e legato da “recettori” specifici espressi dalle cellule competenti.
I geni per la competenza sono localizzati in cluster, ciascuno designato dalle lettere dell’alfabeto (A, B, C, ecc). Il primo gene di ogni cluster è designato con A, il secondo con B ecc.
Solo uno dei due filamenti del DNA entra nella cellula; l’altro filamento viene degradato.
Nella trasformazione non entra il doppio filamento di DNA ma solo un filamento.
RecA fa avvenire la ricombinazione batterica.
Domande da interrogazione
- Qual è il significato clinico della coniugazione batterica?
- Come avviene la trasformazione naturale nei batteri?
- Cosa induce lo stato di competenza in Bacillus subtilis?
- Qual è il ruolo di RecA nella trasformazione batterica?
La coniugazione batterica è il principale meccanismo di trasferimento di geni per l'antibiotico-resistenza e per fattori di virulenza come enterotossine e adesine.
La trasformazione naturale avviene spontaneamente in alcune specie batteriche, come Bacillus subtilis e Streptococcus pneumoniae, che captano DNA da qualsiasi sorgente, mentre altre specie come Haemophilus influenzae e Neisseria gonorrhoeae captano DNA solo da specie strettamente correlate.
In Bacillus subtilis, lo stato di competenza è indotto da peptidi specifici chiamati fattori di competenza, che attivano la sintesi del macchinario necessario per la trasformazione.
RecA è coinvolto nella ricombinazione batterica durante la trasformazione, facilitando l'integrazione del filamento di DNA entrato nella cellula.
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