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H. Curtis, N. S. Barnes, A. Schnek, G. Flores
Invito alla
biologia.blu
B – Biologia molecolare, genetica
ed evoluzione
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Genetica di virus
e batteri
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Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012
Lo scambio di geni nei batteri
 Coniugazione, trasferimento diretto da un batterio a un altro;
 trasformazione, DNA catturato da ambiente esterno;
 trasduzione, passaggio di geni batterici mediato da virus;
 infezione virale, provoca integrazione di acidi nucleici virali;
 trasferimento di trasposoni, segmenti di DNA dotati della
capacità di spostarsi in autonomia.
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Lo scambio di geni nei batteri
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I batteri hanno dimensioni medie di 1000 nanometri;
contengono un solo cromosoma circolare;
la duplicazione ha un solo punto di origine;
tutti i batteri contengono anche i plasmidi, molecole di DNA
circolare e a doppio filamento con due o pochi geni, si
duplicano in autonomia.
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Lo scambio di geni nei batteri
Plasmidi:
degradativi, per metabolizzare sostanze tossiche;
col, codificano per le colicine, che uccidono altri
batteri;
della virulenza, trasformano l’ospite in patogeno;
F, consentono lo scambio di materiale genetico;
R, conferiscono resistenza ad alcuni antibiotici.
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Lo scambio di geni nei batteri
La coniugazione:
i pili sono strutture proteiche che collegano due batteri, uno
F+ (con plasmide) e uno F- (senza plasmide);
attraverso il pilo il plasmide F viene trasferito alla cellula F- ;
i plasmidi F possono integrarsi nel genoma batterico (cellula
Hfr);
porzioni del cromosoma batterico passano da una cellula
all’altra;
può avvenire ricombinazione del materiale genetico.
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La coniugazione
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La coniugazione
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Lo scambio di geni nei batteri
Nel 1959 scienziati giapponesi scoprirono che la resistenza agli
antibiotici può essere trasferita da un batterio a un altro.
Plasmide R:
contiene i geni che conferiscono resistenza agli antibiotici;
questi geni codificano per enzimi che degradano il farmaco o
ne riducono gli effetti
i geni possono essere trasferiti al cromosoma batterico, a virus
e a batteri di altre specie compresi patogeni umani.
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Lo scambio di geni
nei batteri
Trasformazione: un batterio
cattura un frammento di DNA da
un batterio morto attraverso i
fattori di competenza.
Trasduzione: è il virus che
trasporta materiale genetico da
un batterio a un altro attraverso
l’infezione.
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Caratteristiche dei virus
Storia dei virus:
fine 1800, venne identificato il primo virus delle foglie del
tabaccos solo 20 anni dopo capirono che non era un batterio
né una tossina;
1900, il virus della febbre gialla fu il primo virus patogeno
per l’uomo a essere identificato;
1931, solo con l’invenzione di microscopi elettronici si iniziò
a studiarne la struttura.
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Caratteristiche dei virus
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Caratteristiche dei virus
L’esterno:
capside, ovvero l’involucro proteico esterno;
alcuni hanno un rivestimento lipoproteico che deriva da
ospiti infettati;
glicoproteine di membrana, facilitano l’ingresso nella cellula
ospite;
l’involucro esterno del virus determina la specificità per un
tipo di ospite.
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Caratteristiche dei virus
L’interno:
l’acido nucleico può essere a DNA, RNA, a singolo o a doppio
filamento, circolare o lineare;
non hanno citoplasma, né apparati metabolici, si replicano
solo nella cellula ospite viva utilizzando i suoi enzimi;
il cromosoma virale codifica per le proteine di rivestimento e
per gli enzimi che demoliscono la cellula ospite.
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Caratteristiche dei virus
Ciclo litico: la cellula ospite viene
distrutta, con la produzione di
nuovi virus.
Ciclo lisogenico: il batteriofago
detto temperato integra il proprio
materiale genetico nel cromosoma
batterico. I batteri così ottenuti si
chiamano lisogeni. Con il tempo il
profago può attivarsi e dare inizio a
un ciclo litico.
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Caratteristiche dei virus
Trasduzione: il DNA batterico inglobato dal virus può
essere trasferito con una nuova infezione alla cellula
ospite successiva.
generalizzata: quando il frammento di DNA batterico è
casuale e deriva dal ciclo litico;
specializzata: quando la porzione di DNA è contigua al
sito di inserzione del profago
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Caratteristiche dei virus
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HIV e AIDS
L’esempio dell’HIV, causa dell’AIDS:
retrovirus a RNA;
trascrittasi inversa: favorisce l’integrazione dell’RNA
nel genoma della cellula ospite;
utilizza le risorse della cellula ospite per produrre
nuove particelle virali;
l’inserimento non danneggia la cellula ospite.
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HIV e AIDS
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Gli elementi trasponibili
Trasposoni:
scoperti per la prima volta da Barbara McClintock (1950);
presenti sia in eucarioti sia in procarioti;
segmenti di DNA che si spostano da una zona all’altra del
cromosoma o da un cromosoma a un altro;
trasposasi è l’enzima che catalizza questa inserzione;
il frammento non scompare dal suo punto di origine, si
duplica.
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Gli elementi trasponibili
Trasposoni semplici: corti, possono provocare mutazioni,
non portano fuori altri geni se non quelli della
trasposizione.
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Gli elementi trasponibili
Trasposoni
complessi:
portano
geni che
codificano
per altre
proteine.
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Gli elementi trasponibili
I trasposoni eucarioti, detti retrotrasposoni o
retroelementi, sono copiati in RNA e poi in DNA prima
del loro inserimento in un nuovo punto del
cromosoma.
I retrotrasposoni possono servire come marcatori per
ricostruire l’evoluzione, confrontando quelli in comune
tra specie diverse.
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