Trasduzione e trasposizione

LA TRASDUZIONE

Trasferimento di DNA batterico da una cellula all'altra per mezzo dei batteriofagi, ovvero dei virus che infettano specificatamente i batteri. I batteriofagi infettano i batteri e usano l'apparato di replicazione cellulare per potersi moltiplicare. Durante i processi di assemblaggio di nuove particelle virali, alcuni segmenti di DNA genomico che provengono dalla cellula infettata vengono impacchettati per errore nel capside virale. Questo errore produce delle particelle trasducenti che sono i fagi che contengono DNA batterico invece che DNA virale. Le particelle trasducenti sono di solito difettive perché non contengono tutti i geni fagi necessari per replicarsi e formare nuove particelle virali infettive, però possono andare a infettare le cellule riceventi, adsorbirsi alle cellule riceventi e iniettare il DNA contenuto nel capside. Se questo DNA presenta delle regioni di omologia con il genoma della cellula, va incontro alla ricombinazione omologa e un segmento...

del genoma ricevente viene sostituito da un segmento del genoma donatore. Si forma un trasduttante, una cellula batterica contenente DNA ottenuto per trasduzione. La trasduzione è uno strumento efficace per trasferire marcatori genetici tra ceppi diversi. Viene usata anche nell'ambito della ricerca. Non tutti i batteriofagi possono effettuare una trasduzione in modo efficiente. I batteriofagi hanno di solito una specificità d'ospite molto ristretta. TRASDUZIONE GENERALIZZATA è tipica del fago che ha il ciclo litico. Il fago va a infettare la cellula, il DNA del fago si replica, il DNA dell'ospite viene degradato, si ha l'impacchettamento del DNA nelle teste fagiche, ma per errore una delle teste fagiche ingloba un frammento di DNA batterico anziché DNA virale. La cellula si lisa e quindi finisce il ciclo litico e rilascia all'esterno le particelle fagiche. Una delle particelle fagiche è una particella trasducente perché

La trasduzione è un processo in cui un virus ospita DNA batterico anziché DNA virale. Questo virus infetta una cellula batterica e trasferisce materiale genetico proveniente da un batterio donatore a un batterio ricevente. Questo processo è chiamato trasduzione. Può avvenire la ricombinazione con il DNA dell'ospite e si ottiene quindi una cellula trasducente.

La trasduzione si dice generalizzata se un qualunque frammento di DNA viene inglobato in una particella fagica. È importante che ci sia una regione di omologia affinché avvenga la ricombinazione (incorporazione del DNA donatore nel cromosoma ospite). Nella trasduzione generalizzata i geni del donatore che non subiscono un processo di ricombinazione omologa con il cromosoma batterico della cellula ricevente sono persi e vengono degradati in quanto non possono replicarsi autonomamente.

I batteriofagi sono due: il fago che effettua solo il ciclo λ litico e il fago λ che ha un ciclo litico e un ciclo lisogeno. È un fago che si può integrare nel cromosoma batterico della cellula ospite.

All'interno del DNA batterico. Nel ciclo lisogeno il cromosoma fagico rimane silente all'interno del batterio. Un fattore o un cambiamento ambientale induce l'escissione del fago dal cromosoma.

TRASDUZIONE SPECIALIZZATA

I protagonisti sono i fagi λ. Il fago λ si va a inserire all'interno del cromosoma batterico. Un segnale esterno provoca l'induzione che porta alla circolarizzazione del fago e al suo distaccamento dal DNA (cromosoma) della cellula ospite (escissione). Entra nel ciclo litico, si moltiplica e produce le proteine del capside, si formano le particelle fagiche complete che fuoriescono per lisi dalla cellula.

Ci può essere un evento raro in cui l'escissione avviene in maniera errata, ovvero il fago non si ricircolarizza nella maniera corretta, ma porta via con sé una porzione del DNA ospite che viene scambiata per DNA fagico. Lascia un pezzo di DNA fagico nel genoma e porta via con sé un pezzo di cromosoma (sono geni).

porzioni di DNA che si trovano vicine al sito di inserzione del fago). Si crea un fago particolare che è un ibrido che contiene non solo geni fagici ma anche una piccola porzione di DNA dell'ospite batterico. Il fago entra nel ciclo litico, il DNA fagico si duplica, vengono costruite le proteine del capside, si ha l'assemblaggio, la cellula si lisa e rilascia la progenie fagica. In tal caso il fago è difettivo perché porta con sé una porzione o un gene del cromosoma batterico che ha infettato precedentemente. La particella fagica va poi a infettare un'altra cellula batterica portando con sé un gene proveniente da un altro batterio e può avvenire nuovamente la ricombinazione. La cellula infettata dalla particella fagica può acquisire delle nuove proprietà (come la capacità di usare il galattosio). Viene incluso nella particella fagica il DNA dell'ospite vicino al sito di inserzione del fago che può essere

anchesolo un gene.

I PLASMIDII
plasmidi sono molecole di DNA circolare extra-cromosomico dotati di sequenze che consentono loro di replicarsi autonomamente dal cromosoma ospite. Vengono ereditati dalla progenie in modo stabile. Ci sono stessi plasmide. Contengono un'origine batteri che contengono anche più plasmidi diversi o più copie dell'origine della replicazione e la replicazione avviene con il metodo del "cerchio rotante". Un esempio di plasmide è il plasmide F di fertilità. La cellula ospite può vivere anche senza i plasmidi. I plasmidi però conferiscono al batterio che li possiede delle caratteristiche particolari in base ai geni che contiene.

CARATTERISTICHE DEI PLASMIDI
- In genere sono molecole circolari di DNA a doppia elica
- Anche se ne esistono alcuni con forma lineare
- Generalmente hanno una configurazione superavvolta come il cromosoma batterico
- Dimensioni: da 1 a più di mille kilobasi (più piccoli del cromosoma)batterico)- Si replicano utilizzando gli enzimi della cellula ospite ma hanno geni plasmidici che regolano il processo di replicazione si replicano tramite “replicazione bidirezionale” (forma theta➔con- In genere nei Gram-negativi le due forcelle di replicazione che a un certo punto dà origine alla forma theta), alcuni plasmidi hanno una replicazione unidirezionale- Nei Gram-positivi si replicano mediante un meccanismo a cerchio rotante
Un episoma è un plasmide che può esistere sia allo stato libero, sia integrato nel cromosoma dell’ospite- e in questo caso la loro replicazione è sotto il controllo del cromosoma stesso.
FATTORI F E I PLASMIDI CONIUGATIVI
Il fattore F è un episoma, ovvero è in grado di inserirsi all’interno del cromosoma ospite.
(IS=sequenze di inserzione per l’integrazione del plasmide nel cromosoma).
Il plasmide F (ha dimensioni di circa 100 kilobasi) è il plasmide coniugativo di E.coli.
regione tra contiene i geni coinvolti nel trasferimento tramite coniugazione (adesempio la formazione dei pili sessuali). Ci possono essere anche altri plasmidi coniugativi. PLASMIDI DEGRADATIVI (O PLASMIDI METABOLICI) Es. Pseudomonas putida Alcuni batteri che possiedono dei plasmidi degradativi vengono usati per la bioremedation. Questi plasmidi permettono al batterio di usare dei substrati insoliti come toluene, canfora e idrocarburi del petrolio poiché sintetizzano specifici enzimi catabolici codificati da geni presenti su questi plasmidi in grado di degradare queste sostanze complesse. Hanno un risvolto applicativo importante in ambito ambientale. PLASMIDI DI VIRULENZA Hanno un risvolto negativo sulla salute dell'uomo. Questi plasmidi contengono geni per la produzione di tossine o geni che permettono al batterio di resistere meglio alle difese dell'ospite. Un batterio più adesivo (presenta i geni per i fattori di adesione) e che quindi aderisce meglio ai tessuti.

cheproduce delle enterotossine è molto virulento.

PLASMIDI ColEssi possono fornire un vantaggio nella competizione all’interno del mondo microbico. Ci sono plasmidi chepermettono di produrre delle batteriocine, ovvero proteine batteriche che combattono e distruggono altreselettivo al batterio che li possiede nella conquista dell’habitat.specie batteriche e conferiscono un vantaggio

Queste proteine uccidono le cellule che competono con il batterio che presenta il loro gene formando dei canalinella membrana plasmatica oppure possono degradare DNA e RNA o attaccare il peptidoglicano e indebolirela parete cellulare.

Le batteriocine agiscono uccidendo dei microrganismi che vivono nello stesso habitat e conferiscono unvantaggio selettivo al microrganismo che le produce.

Le colicine sono sostanze tossiche nei confronti di microrganismi della stessa specie (ad esempio vengonoprodotte da ceppi di E.coli contro ceppi sensibili dello stesso batterio). Alcuni plasmidi Col sono

coniugativi e possono anche portare geni per le resistenze agli antibiotici.

FATTORI DI RESISTENZA

Hanno un risvolto negativo verso la salute dell'uomo. Sono plasmidi che contengono geni che codificano per i sistemi di resistenza a uno o più antibiotici. Ad esempio, codificano enzimi capaci di distruggere o modificare gli antibiotici. Alcuni plasmidi R possiedono il gene per una singola resistenza, mentre altri plasmidi contengono i geni per la resistenza a più antibiotici e rendono i batteri multiresistenti. Il problema è che i geni per le resistenze si trovano all'interno di un trasposone (elemento genetico mobile) ed è pertanto possibile che, in alcuni ceppi batterici, si formino plasmidi con resistenze multiple diffondendo la resistenza agli antibiotici.

TRASPOSIZIONE

È un movimento di DNA attraverso elementi genetici mobili chiamati elementi che riarrangiano il genoma spostandosi tra genomi diversi o all'interno dello stesso.

genoma.trasponibili

Vennero identificati per la prima volta nel mais da Barbara McClintock. Hanno generato sempre delle controversie, ma oggi viene universalmente accettata l'esistenza di elementi trasponibili. Il sequenziamento genico dimostra che gli elementi trasponibili sono presenti in tutti i genomi. Come tutti gli altri metodi di trasferimento del DNA, anche questo ha influenzato fortemente l'evoluzione degli organismi contribuendo alla generazione di nuove specie. Esistono vari tipi di elementi trasponibili. Ci sono gli elementi trasponibili semplici che sono chiamati sequenze di inserzione o elementi IS che codificano solo per le proteine necessarie alla trasposizione e poi ci sono i trasposoni che sono molto più complessi, cioè sono degli elementi trasponibili che contengono altri geni come quelli per la resistenza agli antibiotici. Gli elementi trasponibili si muovono da una