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′ 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 UCCISI AL CALORE + rugosi (non capsulati) = non virulenti Esperimento di Griffith (1° dimostrazione della trasformazione) Esperimento di Avery (1944) spiegazione molecolare

trasformazione con DNA plasmidico (TRASFORMAZIONE ARTIFICIALE): trattamento con CaCl2 elettroporazione

trasformazione con DNA cromosomale (Gram-positivi) SPECIE NATURALMENTE COMPETENTI (es. Bacillus, S. pneumoniae) 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

MOLTIPLICAZIONE VIRALE 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 LISOGENICA INFEZIONE LITICA

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)

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 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