Batteriologia e virologia veterinaria - Appunti

MECCANISMI DI VARIABILITÀ GENETICA

1. MUTAZIONI GENICHE→ alterazioni del genotipo di un organismo (procariota o di un virus) dovute a modificazioni ereditabili della sequenza nucleotidica del DNA

2. RICOMBINAZIONE GENICA→ trasferimento di DNA da un organismo a un altro, in senso unidirezionale da un donatore a un ricevente che acquisisce nuove caratteristiche

1. MUTAZIONI:

• Mutazioni spontanee→ frequenza molto bassa dovute ad errori durante la trascrizione e replicazione del materiale genetico. La probabilità che una mutazione avvenga spontaneamente in un singolo gene batterico è di 1: 1.000.000
• Mutazioni indotte (da agenti mutageni)→ fisici (raggi ultravioletti, radiazioni ionizzanti); chimici (analoghi delle basi, intercalanti, modificatori delle basi)
• Mutazioni puntiformi o estese
• Mutazioni negative (letali), positive o nulla
• Reversione della mutazione (back mutation)

AGENTI MUTAGENI→

• Raggi UV=> Raggi UV: causano...

Dimerizzazione della timidina. Ne deriva una protrusione nella doppia elica che impedisce i normali appaiamenti fra filamenti complementari. Se non riparati, idimeri di timina portano alla morte delle cellule. I dimeri di timina possono essere scissi per un processo di fotoriattivazione, catalizzata dall'enzima fotoliasi, che, in presenza di luce, cattura un fotone di lunghezza d'onda compresa tra 320 e 370 nm e lo utilizza allo scopo.

5-Bromo-Uracile→ analogo della timidina, si può sostituire anche alla citosina causando un cambio da T-A a C-G. Le mutazioni possono far comparire:

• un nuovo carattere che non apporta alcun beneficio al batterio (ad es. cambiamento di colore)
• un carattere che permette al mutante di replicarsi anche in condizioni sfavorevoli per il ceppo wild type
• Ceppo antibiotico-resistente che cresce anche in presenza di antibiotico
• Mutante auxotrofo che necessita terreni arricchiti per crescere

2. MECCANISMI DI RICOMBINAZIONE

GENICA: Trasferimento unidirezionale di materiale genetico da un donatore a un ricevente.

Ricombinazione omologa:

• Trasformazione
• Trasduzione
• Coniugazione

Ricombinazione non omologa:

• Presenza e attività di Trasposoni
• Integroni
• Ricombinasi

TRASFORMAZIONE: È stata il primo meccanismo di ricombinazione genetica dei batteri ad essere stato scoperto e sembrava "improbabile". Non richiede contatto cellula-cellula, ma DNA libero. Batteri donatori liberano nel medium grandi frammenti di DNA (anche parecchi milioni di dalton), che per diffusione raggiungono batteri riceventi. Questi tramite recettori internalizzano i frammenti di DNA rendendolo a singolo filamento. In presenza di sequenze omologhe il frammento esogeno può sostituire ed integrarsi nel genoma del ricevente. La cellula risultante si dice trasformata.

ESPERIMENTO DI GRIFFITH: La trasformazione è un evento naturale che può avvenire solo

In certi batteri (setti competenti) appartenenti ai generi: Achromobacter, Azotobacter, Bacillus, Butyrivibrio, Cambpylobacter, Clostridium, Haemophilus, Micrococcus, Mycobacterium, Neisseria, Pseudomonas, Streptococcus, Streptomyces e Synechococcus.

La competenza è definita come l'abilità naturale del batterio a legare e internalizzare del DNA esogeno; è uno stato transiente concomitante alla crescita esponenziale.

La competenza è uno stato fisiologico inducibile (shock termico o elettrico).

Le fasi della trasformazione prevedono:

1. Legame del DNA (di qualsiasi origine, purché a ds)
2. Frammentazione del DNA (viene tagliato da un'endonucleasi in frammenti random di non più di 15 kb). Ciascuna cellula incorpora generalmente uno o pochi frammenti di DNA, solo una piccola frazione dei geni di una cellula può essere trasferita da una cellula all'altra
3. Degradazione del frammento di dsDNA a ssDNA
4. Internalizzazione del ssDNA

ricombinazione omologa con il cromosoma batterico

VI. acquisizione del nuovo carattere

17TRASDUZIONE: È il trasferimento di DNA (cromosomico o plasmidico) da un batterio (donatore) ad un altro (ricevente) mediata da un batteriofago. Può essere:

• generalizzata batteriofago compie ciclo litico; fagi difettivi
• specializzata batteriofago compie ciclo lisogeno

Attraverso l'infezione di una cellula i virus ineriscono in questa il loro genoma, che dirige la sintesi dei singoli componenti virali e il successivo assemblaggio a formare numerose copie di particelle infettanti. Alla base della trasduzione c'è un errore nel meccanismo replicativo del batteriofago che porta all'inglobamento, nelle particelle virali, di porzioni di genoma batterico. Si formano quindi particelle virali con capacità di infettare altre cellule con all'interno DNA virale in tutto o in parte sostituito da DNA batterico.

T. GENERALIZZATA: è

Possibile trasdurre un qualsiasi segmento di genoma batterico. C'è un errore nel montaggio dei fagi che comporta l'incorporazione nel capside di porzioni di DNA batterico. Il DNA trasdotto in una cellula ricevente può integrarsi al cromosoma dell'ospite.

T. SPECIALIZZATA→ avviene grazie alla capacità di alcuni fagi di integrare il proprio genoma al cromosoma batterico, rimanendo in condizione di quiescenza, per la mancata produzione di particelle virali. Le cellule batteriche, dividendosi, trasmettono alla progenie, insieme al proprio, anche il DNA virale. Il genoma virale integrato a quello batterico si chiama profago; nella fase di distacco del profago si ha un errore nella separazione del DNA virale che include anche i geni batterici immediatamente adiacenti.

Ciclo litico→ Il virus si riproduce immediatamente, uccidendo la cellula ospite che va incontro a lisi (si rompe), liberando la progenie del fago. Dopo che un virus virulento si è legato

Un batterio e vi ha iniettato il proprio acido nucleico, quest'ultimo assume il controllo dell'attività metabolica dell'ospite.

Ciclo lisogeno→Il virus posticipa la riproduzione inserendo il proprio acido nucleico nel genoma della cellula ospite. In questo caso il batterio infettato non va incontro a lisi e ospita, invece, l'acido nucleico virale nel proprio genoma. Il profago può rimanere inattivo all'interno del genoma batterico per molti cicli di divisione cellulare. Però, a volte, un batterio lisogeno può essere indotto ad attivare il proprio profago. Tale attivazione dà origine a un ciclo litico, in cui il profago abbandona il cromosoma batterico e produce nuove particelle virali.

In entrambi i casi il fago trasducente è il risultato di un "errore". Errore di "impacchettamento" per i fagi che fanno trasduzione generalizzata (si genera un fago difettivo per tutte le funzioni virali).

Perché il genoma è di origine batterica)._Errore dei sistemi enzimatici di escissione per i fagi che fanno trasduzione ristretta (fago trasducente difettivo solo per alcune delle funzioni virali). La quantità di DNA che può essere trasferito con questo metodo è variabile e al massimo corrisponde alla quantità di DNA che può essere presente in un batteriofago (talvolta si raggiungono le 200 kb in lunghezza).

CONVERSIONE FAGICA→ Si ha quando un fago temperato (cioè che compie ciclo lisogeno) infetta un batterio, conferendogli una particolare caratteristica genetica. I fagi non solo possono trasportare passivamente porzioni di DNA trasducente, ma in alcuni casi è addirittura il loro corredo genetico a influenzare direttamente quello del batterio ospite. Nella conversione fagica un nuovo carattere può essere presente solo se c'è infezione virale. Tra i caratteri che possono essere trasmessi troviamo: comparsa

Può esistere come elemento libero (plasmide che replica indipendentemente) oppure può integrarsi nel genoma (episoma). Il tutto inizia con un segnale non ancora ben chiarito del ricevente che induce il donatore a iniziare la sintesi di ssDNA da trasferire.

Se il fattore F è presente in un plasmide, avvenuta la coniugazione, un filamento a singolo filamento del plasmide si linearizza e un'estremità passa nell'altra cellula che diventa F+. Durante il passaggio il plasmide si replica.

Se il fattore F è presente nel genoma il batterio viene definito Hfr (High Frequency of Recombination). Avvenuta la coniugazione, il genoma a singolo filamento comincia a replicarsi e passa alla cellula ricevente. Poiché il fattore F è l'ultima parte a essere replicata difficilmente passa alla cellula ricevente che resta F-. Ma i geni batterici del donatore possono ricombinare con quelli del ricevente che acquisisce nuovi caratteri.

Gli Hfr possono