Genetica dei batteri

Genetica dei batteri

I batteri si riproducono in modo asessuato, per scissione binaria: prima di ogni divisione la loro molecola di DNA viene replicata e le due molecole identiche che risultano sono distribuite alle due cellule figlie. È chiaro che con questo tipo di riproduzione il materiale genetico rimane sempre identico, e può cambiare solo in seguito a mutazioni; tuttavia esistono alcuni meccanismi che permettono di scambiare geni tra cellule batteriche diverse, aumentando la variabilità genetica della popolazione: la trasformazione, la traduzione e la coniugazione.

Trasformazione

La trasformazione è un processo mediante il quale un frammento di DNA, presente nell'ambiente in seguito alla morte di una cellula batterica, penetra in un altro batterio e si integra nel genoma di quest'ultimo, sostituendo il tratto omologo nel suo DNA e creando così una nuova combinazione di geni. Non tutte le specie di batteri possono normalmente inglobare DNA in questo modo; quelle in grado di farlo, dette "competenti", lo sono grazie alla presenza sulla superficie cellulare di recettori per il DNA. I batteri che non lo sono, possono essere resi competenti con particolari metodologie di laboratorio e in questo modo è possibile inserire geni estranei in un batterio.

Traduzione

Alcuni batteriofagi possono agire come vettori di geni, trasportando geni batterici da una cellula a un'altra secondo un processo detto trasduzione. Si riconoscono fondamentalmente due tipi di traduzione:
- traduzione generalizzata, quando viene incorporato nel capside un frammento qualsiasi del DNA dell'ospite;
- trasduzione specializzata, quando viene trasferito un frammento di DNA batterico adiacente al punto di inserimento del profago.

Plasmidi e coniugazione

In molti batteri, oltre alla molecola di DNA principale (detta a volte "cromosoma batterico"), sono presenti piccole molecole circolari di DNA, chiamate plasmidi, contenenti pochi geni che determinano caratteristiche utili alla cellula, ma non indispensabili per la sopravvivenza (per esempio la resistenza agli antibiotici). I plasmidi si replicano in modo autonomo rispetto al cromosoma batterico e alcuni possono integrarsi stabilmente in esso; la maggior parte di essi possiede inoltre la capacità di passare facilmente da una cellula batterica a un altra. Attualmente si conoscono diversi tipi di plasmidi; i più noti sono i plasmidi R, che portano i geni per la resistenza ai farmaci, e il plasmide F, o plasmide della fertilità, del batterio Escherichia coli.

Il plasmide F può promuovere la coniugazione, un processo in cui il DNA del plasmide è trasferito da un batterio donatore a un batterio ricevente attraverso un ponte citoplasmatico formato da appendici, dette pili coniugativi, che si formano sul batterio donatore. Le cellule di E. coli prive del plasmide F sono dette cellule F-, mentre quelle che lo contengono sono dette cellule F+. Durante la coniugazione tra una cellula F+ (donatore) e una F- (ricevente), la cellula F+ replica il proprio plasmide e ne trasferisce una copia alla cellula F- attraverso un pilo coniugativo; la cellula F- si trasforma così in una cellula F+, diventando capace di produrre pili e di coniugare. La coniugazione è per alcuni aspetti simile alla trasduzione, in quanto comporta il trasferimento di geni batterici da una cellula all'altra; in questo processo, però, i geni sono trasportati da plasmidi, anziché da virus.

Il plasmide F può talvolta integrarsi nella molecola di DNA principale, trasformando la cellula F+ in una cellula Hfr, anch'essa in grado di formare pili e indurre coniugazione. Durante la coniugazione tra una cellula Hfr e una F-, insieme al plasmide F può venire trasferita anche una porzione del cromosoma batterico.