Concetti Chiave
- La coniugazione batterica è fondamentale per il trasferimento di geni di resistenza agli antibiotici e fattori di virulenza come enterotossine e adesine.
- La trasformazione genica avviene attraverso l'acquisizione di DNA libero dall'ambiente, ed è un processo spontaneo in alcune specie batteriche.
- Solo le cellule competenti, che esprimono proteine specifiche, possono effettuare la trasformazione, mentre il DNA introdotto è generalmente lineare e di 15-20 Kb.
- In Bacillus subtilis, lo stato di competenza è attivato da peptidi secreti dai batteri in crescita, che attivano il macchinario necessario per la trasformazione.
- Il meccanismo della trasformazione è simile tra diverse specie batteriche, ma solo un filamento di DNA entra nella cellula, mentre l'altro viene degradato.
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 principale meccanismo di trasferimento genico che contribuisce all'antibiotico-resistenza nei batteri?
- Quali batteri sono in grado di captare DNA da qualsiasi sorgente e quali solo da specie correlate?
- Come avviene il processo di trasformazione nelle cellule batteriche competenti?
Il principale meccanismo di trasferimento di geni per l'antibiotico-resistenza è la trasformazione, che consente l'acquisizione di DNA "libero" dall'ambiente, come evidenziato nel testo.
Bacillus subtilis e Streptococcus pneumoniae possono captare DNA da qualsiasi sorgente, mentre Haemophilus influenzae e Neisseria gonorrhoeae captano DNA solo da specie strettamente correlate, con sequenze specifiche nei loro genomi.
Nelle cellule competenti, il DNA a doppio filamento viene riconosciuto e legato da recettori specifici, e solo un filamento entra nella cellula, mentre l'altro viene degradato. Questo processo è attivato da fattori di competenza secreti dai batteri in crescita.
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