La scambio di materiale
genetico nei batteri
Meccanismi di scambio genico nei batteri
Coniugazione:
una cellula donatrice (maschile) trasferisce materiale genetico ad una cellula
ricevente (femminile);
é necessario un contatto diretto tra le cellule;
può avvenire anche tra batteri non appartenenti alla stessa specie.
Meccanismi di scambio genico nei batteri
Trasformazione:
una cellula ricevente “competente” acquisisce materiale genetico dall’ambiente;
le cellule possono essere “naturalmente competenti” o possono essere rese
competenti da specifici trattamenti in laboratorio.
Meccanismi di scambio genico nei batteri
Trasduzione:
il trasferimento di DNA da una cellula donatrice ad una ricevente é mediato da un
batteriofago che agisce da vettore;
se il virus può indurre il trasferimento di un qualsiasi frammento di cromosoma
della cellula donatrice si parla di “trasduzione generalizzata”;
se il virus può indurre il trasferimento di solo uno specifico frammento di
cromosoma della cellula donatrice si parla di “trasduzione specializzata”.
Omologia:
integrazione
DNA esogeno
persiste e si
replica: si produce
un clone di cellule
“diploidi parziali”
DNA esogeno
persiste e non si
replica: si produce
una sola cellula
“diploide parziale”
DNA esogeno
viene degradato
dall’ospite
(restrizione
d’ospite)
La coniugazione
Ceppi auxotrofi: mutanti che hanno
sviluppato una determinata esigenza
nutrizionale (hanno perso la capacità
di sintetizzarla)
Ceppi prototrofi: ceppo parentale
selvatico da cui deriva l’auxotrofo (non
richiede quella determinata sostanza
per crescere)
Cellule F+ (che contengono un plasmide detto Fattore F)
Sintesi del pilus,
coniugazione
Origine di
trasferimento
replicazione
plasmide
Trasferimento di un
singolo flamento
del fattore F
Durante il trasferimento si ha la sintesi dei
filamenti complementari
(nel donatore e nel recipiente)
F+
F-
F+
F+
Cellule F+ (che contengono un plasmide detto Fattore F)
Il trasferimento
avviene sempre
a partire da oriT
Hfr
F-
Hfr
F-
Figura 10.24 La coniugazione F. (a)
A causa di un errore di escissione, il
gene A di una cellula Hfr viene escisso
assieme al fattore F al quale è
fisicamente legato. (b) Il gene A è
quindi trasferito a un ricevente nel
corso della coniugazione.
La trasformazione
Esperimento di Griffith
(1° dimostrazione della
trasformazione)
Streptococcus pneumoniae
lisci (capsulati) = virulenti
Esperimento di Avery
(1944) spiegazione
molecolare
Streptococcus pneumoniae
rugosi (non capsulati) = non virulenti
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Streptococcus pneumoniae
lisci (capsulati) = virulenti
UCCISI AL CALORE
+
Streptococcus pneumoniae
rugosi (non capsulati) = non virulenti
trasformazione con DNA plasmidico (TRASFORMAZIONE ARTIFICIALE):
• trattamento con CaCl2
• elettroporazione
trasformazione con DNA cromosomale
(Gram-positivi)
SPECIE NATURALMENTE
COMPETENTI
(es. Bacillus, S. pneumoniae)
1)
Sintesi e secrezione del “fattore di
competenza”
(fine fase esponenziale)
2)
Sintesi di 8-10 proteine per
l’acquisizione di DNA: recettore
DNA, nucleasi (DNA ss),
integrazione)
trasformazione con DNA cromosomale
(Gram-negativi, es. H. influenzae)
DNA da specie strettmente correlate
Formazione di vescicole della membrana che
legano il DNA ds
Riconoscimento di una sequenza specifica di
11 basi (ripetuta circa 1500 volte nel genoma
di H. influenzae)
La trasduzione
CARATTERISTICHE GENERALI DEI VIRUS
• ORGANIZZAZIONE NON CELLULARE
• MOLTIPLICAZIONE
• PRESENZA DI UN UNICO TIPO DI ACIDO NUCLEICO
• ASSENZA DI METABOLISMO PROPRIO
MOLTIPLICAZIONE VIRALE
Il genoma virale contiene le informazioni per la sintesi
dei componenti virali e l’assemblaggio di nuovi virus
Utilizza gli enzimi cellulari per la duplicazione,
trascrizione e traduzione del suo genoma
La TRASDUZIONE GENERALIZZATA si verifica nel
corso di un ciclo litico
Lisogenia: il genoma virale è “silente” e si replica insieme
a quello dell’ospite senza formare nuovi virus e uccidere
la cellula. Si ottiene una progenie di cellule infette
FAGI TEMPERATI:in grado di effettuare lisogenia. A volte
il genoma virale si integra nel cromosoma batterico
INFEZIONE LITICA
INFEZIONE LISOGENICA
INDUZIONE DEL CICLO
LITICO: escissione del
profago
Escissione
corretta
Escissione errata:
formazione della
particella trasducente
elementi genetici mobili
Mutazioni ed agenti mutageni
Mutazioni : alterazioni stabile ed ereditaria del carico del materiale genetico a cui
può corrispondere un'alterazione fenotipica
Una mutazione è osservabile solo se determina un cambiamento fenotipico. Una
mutazione che non determina un cambiamento fenotipico si dice SILENTE
Mutazioni letali : causano morte dell'organismo che l'esprime; possono essere
studiate solo se recessive in organismi diploidi
Mutazioni condizionali: mutazioni che mostrano un fenotipo solo in particolari
condizioni (ts)
Mutanti auxotrofi : organismi mutanti incapaci di crescere su terreno minimo
Una mutazione che determina il cambiamento di una singola coppia di basi si dice
PUNTIFORME
Se una mutazione puntiforme capita in una regione codificante si dice:
MUTAZIONE NONSENSO se inserisce un codone di stop
MUTAZIONE DI SENSO se cambia un codone per un aa in un codone per un altro aa
MUTAZIONI FRAMESHIFT se cambia il quadro di lettura
Mutazioni spontanee ed indotte
Mutazioni spontanee
passaggio delle basi azotate dalla forma chetonica ad una forma tautomerica
più rara (imminica o enolica); per esempio :
in forma chetonica
C-G (3 legami)
in forma imminica (rara) C-A (2 legami)
in forma chetonica
T-A (2 legami)
in forma imminica (rara) C-A (2 legami)
mutazioni che cambiano una base purinica con l'altra purinica o una pirimidinica
con l'altra pirimidinica si dicono TRANSIZIONI
mutazioni che cambiano una base purinica con una pirimidinica o viceversa si
dicono TRASVERSIONI
mutazioni per
ADDIZIONE
o per
DELEZIONE
Mutazioni indotte: analoghi delle basi
Mutazioni indotte: agenti che modificano le basi
Mutazioni indotte: agenti intercalanti (acridina, proflavina, bromuro di etidio)
Mutazioni indotte: raggi UV
Una mutazione secondaria (che avviene in un mutante) che ripristina il fenotipo
originario si dice RETROMUTAZIONE o REVERSIONE
La retromutazione è vera se la mutazione secondaria ripristina il genotipo originario
seconda
mutazione
Se una mutazione secondaria ripristina il fenotipo
ma non il genotipo originario (quindi la mutazione
secondaria è in un posto diverso rispetto a quella
primaria) si parla di MUTAZIONE PER
SOPPRESSORE
Un mutante soppressore contiene 2 mutazioni,
delle quali la seconda annulla l'effetto fenotipico
della prima
Se la seconda mutazione è nello stesso gene che
contiene la prima mutazione, si parla di
SOPPRESSIONE INTRAGENICA, se è in un
gene diverso si parla di SOPPRESSIONE
INTERGENICA
Selezione di mutanti auxotrofici
Selezione di revertanti
lisina
lisina
ceppi di Salmonella auxotrofi per
lisina, alterati nella parete cellulare
(per aumentare la permeabilità
cellulare alla sostanza da
analizzare), incapaci di riparare i
danni al DNA ma di replicare il DNA
mutato