Ricombinazione e trasformazione

Ricombinazione genetica nei batteri

La ricombinazione dimostrò che i segmenti di DNA si possono muovere da una cellula batterica all’altra. Il DNA esogeno può essere acquisito dal genoma di un ospite e può conferire all’ospite delle nuove caratteristiche e proprietà, come la capacità di resistere a un certo antibiotico o la capacità di degradare una certa sostanza. Questo passaggio da un microrganismo all’altro viene chiamato trasferimento genico orizzontale. Si differenzia dal trasferimento genico verticale che riguarda il passaggio di un gene di DNA tra una generazione e l’altra, da una cellula madre a una cellula figlia.

Meccanismi di trasferimento genico orizzontale

Molte tecniche genetiche usate dai microbiologi si basano su questi meccanismi che avvengono in natura per il trasferimento orizzontale di materiale genetico tra i batteri. I meccanismi principali sono:

• Trasformazione
• Coniugazione
• Trasduzione
• Trasposizione

Qualunque e comunque sia il meccanismo di ingresso del DNA nella cellula, è importante una forma di ricombinazione per consentire che il DNA esogeno venga incorporato. Quando un DNA esogeno entra in una cellula, per essere mantenuto e non degradato dagli enzimi di restrizione, deve replicarsi autonomamente o entrare a far parte del DNA cellulare. Se questo non avviene, verrà sicuramente degradato. I cromosomi e i plasmidi si possono replicare autonomamente, mentre i frammenti casuali di DNA esogeno non possono farlo, per cui si devono integrare nel DNA cellulare attraverso un meccanismo di ricombinazione. Questo processo prevede la rottura e la ricongiunzione di vari filamenti di DNA e si pensa si sia evoluto per riparare delle occasionali rotture che si verificano durante la replicazione.

Ricombinazione omologa

La ricombinazione omologa, detta anche cross-over o crossing over, si verifica quando due segmenti di DNA con sequenze uguali o molto simili si affiancano e si scambiano tra loro alcune porzioni del proprio DNA. Questo meccanismo è stato studiato per la prima volta in E. coli. Nell’immagine, un frammento di DNA nudo proveniente dall’esterno entra in una cellula ricevente e si ricombina con il DNA o il cromosoma. Mediante la trasformazione, la cellula ricevente acquisisce il DNA donatore proveniente dall’esterno e il DNA donatore si posiziona vicino al cromosoma batterico con le basi complementari. Avviene la ricombinazione omologa tra il DNA donatore e il DNA ricevente. La parte non ricombinata del DNA donatore viene degradata, mentre il DNA ricevente ha acquisito un nuovo gene e nuove proprietà.

Ricombinazione non omologa

La ricombinazione non omologa è un evento che coinvolge parti di DNA che non presentano delle somiglianze di sequenza. Questo tipo di ricombinazione si osserva in tutti i microrganismi e di solito coinvolge sequenze virali o di DNA specializzato, chiamato elemento trasponibile o elementi trasponibili. I batteriofagi sono un esempio di entità che possono coinvolgere tali processi.