Assenza di introni Assenza di esporto nucleare Trascrizione e traduzione accoppiate aploidia

Geni cromosomici, geni plasmidici 1 o più cromosomi 1 o più tipi di plasmidi

Promoter ATG TGAATG TAA Polycistronic mRNA

Alcuni geni sono sempre espressi Altri sono regolati (accesi, spenti) OPERONI Geni funzionalmente correlati sono spesso fisicamente associati e sono coregolati a livello trascrizionale (accesi o spenti)

The lac Operon  3 genes involved in processing the sugar lactose  β-galactosidase  lactose permease  galactoside O-acetyltransferase lac operon zya

E. coli can use glucose or lactose E. coli prefers glucose (monosaccharide) because lactose (disaccharide) needs to be hydrolysed

Growth medium containing both glucose and lactose

Lactose is absent A repressor sits on a sequence of DNA in front of the lac operon (Operator site) and inhibits access of the RNA polymerase at the Promoter Regulator gene lac operon Operator site zya DNA I O Repressor protein RNA polymerase Blocked

Lactose is present A small amount of lactose enters the cell and is transformed in allolactose which binds the repressor inducing a conformational change. Repressor can no longer sit on the operator site. Promotor site zya DNA I O

Both glucose and lactose present RNA polymerase can sit on the promoter but it is unstable and it keeps falling off Promotor site zya DNA IO Repressor protein removed RNA polymerase

An activator protein which stabilises the RNA polymerase is needed. The activator only works when glucose is absent Promotor site zya DNA IO Transcription Activator protein

Summary CarbohydratesActivator protein Repressor protein RNA polymerase lac Operon + GLUCOSE + LACTOSE Not bound to DNA Lifted off operator site Keeps falling off promoter site No transcription + GLUCOSE - LACTOSE Not bound to DNA Bound to operator site Blocked by the repressor No transcription - GLUCOSE - LACTOSE Bound to DNA Bound to operator site Blocked by the repressor No transcription - GLUCOSE + LACTOSE Bound to DNA Lifted off operator site Sits on the promoter site Transcription

Sigma factors

sigma 70 promoters

multiple sigma factors some are regulated, and used only at certain times. Each binds a different promoter sequence

1.Signal 2.Histidine (H) phosphorilation 3.Aspartate (D) P trasfer 4.Response Two component system

Vir activated genes (vag) up Vir repressed genes (vrg) off

BvgAS phosphorelay in Bordetella. Bvg+ Bvg- Bvgi

Activation of alternate σ factors Yakir Nataf et al. PNAS 2010;107:

a) mRNA degradation b) mRNA translation inhibition antisense RNA Post- transcriptional control

Phase or contingency genes Genes ON/OFF Strand slippage mispairing

Gene 234 off Gene 234 on

ricombinazione, transposizione coniugazione, trasformazione, trasduzione stessa specie differente specie DNA

Vertical evolution Horizontal evolution LGT lateral gene transfer

cromosoma plasmide DNA

Plasmidi di fertilità Plasmidi di resistenza Plasmidi di patogenicità

cromosoma plasmide Plasmidi vettori Geni di interesse inseriti in E. coli artificialmente

coniugazione

F may insert at different sites (many IS3 reside in the chromosome)

F may transfer chromosomal genes

Hfr1 F factors insert clockwise or counterclockwise clockwise counterclockwise

Mediante coniugazione un batterio può ricevere geni intatti che sostituiscono geni mutati, non funzionali Uso di mutanti auxotrofi (incapaci di crescere senza aggiunta di particolari sostanze)

met -, bio-met +, bio+

IS3

FF’F’ Diploidia parziale

Plasmidi di fertilità Plasmidi di resistenza Plasmidi di patogenicità

Plasmidi R penicillina tetraciclina cloramfenicolo RTF geni del trasferimento geni di resistenza

Geni di resistenza sono spesso segmenti di DNA mobili

Streptococcus pneumoniae Pneumoniae Bacillus subtilis Neisseria meningitidis Neisseria gonorrhoeae Haemophilus influenzae Pasteurella multocida Trasformazione naturale Non tutte le specie batteriche sono trasformabili

Trasformazione plasmidica E. Coli (processo artificiale) Antibiotico resistenza DNA “clonato” Permeabilizzazione membrana Mediante 1) ioni calcio 2) Shock elettrico

cromosoma plasmide Plasmidi vettori Geni di interesse inseriti in E. coli artificialmente

Plasmidi di clonaggio

Lytic life cycle

LISOGENIA

TRASDUZIONE SPECIALIZZATA (˜10 -6 )

TRASDUZIONE GENERALIZZATA (˜10 -6 )

Batterio auxotrofo (his-) Batterio autotrofo (his+)

10 9 fagi infettano batteri auxotrofi his- autotrofi his+

plasmide F100 kb Plasmidi R10-100kb Plasmidi clonaggio 3-4 Kb Fago lambda48kb Fago P1 89 Kb

1 fago infetta 1 batterio 10 2 fagi sono prodotti da un ciclo litico Se ogni fago infetta un batterio, dopo 30’ saranno prodotti 10 4 fagi, che infettando 10 4 batteri produrrano 10 6 fagi in 30’

Bacteriophages are the world's most numerous organisms phages worldwide (10 21 stars in the universe) Approximately half of all bacteria are killed daily by phages. Phages can carry virulence and antibiotic resistance genes, and can be used therapeutically against pathogenic diseases.

Conversione lisogenica Geni fagici determinano o accrescono la virulenza del batterio

Lysogenic Conversion Examples of Virulence Factors Carried by Phage Batteriofago Prodotto genico fenotipo Vibrio choleraeCTX phage cholerae toxin cholera Escherichia coli lambda phage shigalike toxin hemorrhagic diarrhea Clostridium botulinum clostridial phages botulinum toxin botulism Corynebacterium diphtheriae corynephage beta diphtheria toxin diphtheria Streptococcus pyogenes T12 erythrogenic toxins scarlet fever