•Identificazione geni (ORFs,Open Reading Frames)
Open reading frame (ORF)
Start
Stop
5’ …C T C A A T G G G T A C G T A G G AT C G G G A A T C G T A C A G G A A C G T T T G A A A T C G... 3’
… G A G T T A C C C A T G C A T C C T A G C CC T T A G C A T G T C C T T G C A A A C T T T A G C...
• Criteri: lunghezza, codon usage,
• Sequenze Shine-Dalgarno
Dimensioni genomi
• Batteri:
Mycoplasma genitalium 0.58 milioni bp (Mb), 467
geni
Escherichia coli 4.64 Mb, 4289 geni
˜1000 bp/gene
• >500 genomi sequenziati completamente
Informazioni derivate
Struttura globale del genoma
identificazione di tutti i potenziali prodotti genici
Ricostruzione metabolica e funzionale
Identificazione di segnali di controllo
(promotori, terminatori, enhancers etc.)
Ricerca di omologie
(geni o segnali simili in altre specie)
Sequenza genomica di un ceppo (A)
Sequenza genomica di un secondo ceppo (B)
Sequenza genomica di un terzo ceppo (C)
Genoma A= genoma B?
genoma B =genoma C ?
Metagenoma,pangenoma
Ogni cella contiene DNA
di un gene specifico
Ibridazione con il DNA
dello stesso ceppo
Ibridazione con il DNA
di un altro ceppo
trascrittoma
Ibridazione con RNA
cellulare (condizione 1)
Ibridazione con RNA
cellulare (condizione 2)
Proteoma
Ricerca di tratti omo- o co-polimerici
AAAAAA, CCCCCCC, ACACACACAC, GTGTGTGTGT, etc
XAA.AAA.AAC.CCT.GAC.GAA.CTY gene ON
A
XAA.AAA.AAA.CCC.TGA
geni di fase o
di contingenza
gene OFF
opa
opa
Variazione di fase opa
X
-6
10
Pilus +
-3
10
Variazione
Pilus -
Pilus +
Variazione di fase
antigenica
Sito di espressione
regione cromosomica deputata
alla sintesi della pilina
ricombinazione tra regioni silenti
e sito di espressione
Pilina nuova
X
Pilina espressa
X
Regioni con contenuto GC anomalo
GC totale 47.3%
54.0%
52.7%
44.3%
42.5%
DNA acquisito da altre specie
PI (PATHOGENICITY ISLANDS)
20-120 kb
7-20 kb
Island
Islet
apatogeno
patogeno
PI (PATHOGENICITY ISLANDS)
segmenti del cromosoma contenenti
“geni di virulenza”
spesso presenti in ceppi patogeni,
assenti in ceppi apatogeni
hanno tipicamente un contenuto
in G+C diverso dal resto del
cromosoma
PATHOGENICITY ISLANDS OF SALMONELLA ENTERICA
intramacrophage
survival
SPI-5
0'
20'serT
SPI-2
31'valV
enteropathogenesis
intramacrophage
survival
SPI-1
63'
epithelial cell
invasion/ apoptosis
SPI-3
SPI-4
82'selC 92'
100'
LGT lateral gene transfer
Vertical evolution
Horizontal evolution
Avviene tra membri della stessa
specie o di specie differenti
Vaccinazione
Immunità acquisita artificiale attiva
Vaccini
virus o batteri “morti”
virus o batteri “vivi” (attenuati)
Antigeni purificati
Antigeni sintetici
Il pangenoma è aperto
Valore asintotico di 33 nuovi geni per ogni
nuovo ceppo della stessa specie sequenziato
Il pool genico disponibile è molto
più vasto di quanto inizialmente stimato
Core genome
Variable genome
La sequenza di 100 litri di acqua del mar
dei Sargassi ha permesso di identificare
>1 milione di geni nuovi
˜1800 nuove “specie” microbiche
La flora microbica intestinale
(gut metagenome) contiene
>400 specie batteriche
Esistono 1031 batteri sulla terra,
e infettano 1024 batteri al secondo
Pangenomi chiusi
Specie che vivono in nicchie isolate o
•hanno scarsa capacità di scambio genetico
•Il pangenoma di Bacillus anthracis
•è descritto da 4 soli genomi
Identificazione di tutte le potenziali proteine
di superficie del ceppo MC58
di N. meningitidis
(570 ORFs)
Clonaggio ed espressione delle ORFs
in E. coli
Immunizzazione di topi con ciascuna
proteina ricombinante
Selezione di proteine
di superficie espresse
in tutti i ceppi di N.meningitidis
e antigenicamente
efficaci
Induzione di sieri battericidi
7 proteine positive, 2 scelte
per allestimento vaccino
Vantaggi della vaccinologia
inversa
1) accesso ad ogni antigene di superficie
2) antigeni non abbondanti possono
essere selezionati
3) antigeni non espressi in vitro
possono essere identificati
4) Identificazione di antigeni in
microrganismi non coltivabili