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Invito alla biologia.blu 27/11/11 17/08/12 H. Curtis, N. S. Barnes, A. Schnek, G. Flores Invito alla biologia.blu B – Biologia molecolare, genetica ed evoluzione 2 2 2 2

Genetica di virus e batteri 3 3 3 3 27/11/11 17/08/12 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 3 3 3

Lo scambio di geni nei batteri 27/11/11 17/08/12 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. 4 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 4 4 4

Lo scambio di geni nei batteri 27/11/11 17/08/12 Lo scambio di geni nei batteri 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. 5 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 5 5 5

Lo scambio di geni nei batteri 27/11/11 17/08/12 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. 6 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 6 6 6

Lo scambio di geni nei batteri 27/11/11 17/08/12 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. 7 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 7 7 7

27/11/11 17/08/12 La coniugazione 8 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 8 8 8

27/11/11 17/08/12 La coniugazione 9 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 9 9 9

Lo scambio di geni nei batteri 27/11/11 17/08/12 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. 10 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 10 10 10

Lo scambio di geni nei batteri 27/11/11 17/08/12 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. 11 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 11 11 11

Caratteristiche dei virus 27/11/11 17/08/12 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. 12 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 12 12 12

Caratteristiche dei virus 27/11/11 17/08/12 Caratteristiche dei virus 13 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 13 13 13

Caratteristiche dei virus 27/11/11 17/08/12 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. 14 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 14 14 14

Caratteristiche dei virus 27/11/11 17/08/12 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. 15 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 15 15 15

Caratteristiche dei virus 27/11/11 17/08/12 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. 16 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 16 16 16

Caratteristiche dei virus 27/11/11 17/08/12 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 17 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 17 17 17

Caratteristiche dei virus 27/11/11 17/08/12 Caratteristiche dei virus 18 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 18 18 18

HIV e AIDS L’esempio dell’HIV, causa dell’AIDS: retrovirus a RNA; 27/11/11 17/08/12 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. 19 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 19 19 19

27/11/11 17/08/12 HIV e AIDS 20 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 20 20 20

Gli elementi trasponibili 27/11/11 17/08/12 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. 21 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 21 21 21

Gli elementi trasponibili 27/11/11 17/08/12 Gli elementi trasponibili Trasposoni semplici: corti, possono provocare mutazioni, non portano fuori altri geni se non quelli della trasposizione. 22 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 22 22 22

Gli elementi trasponibili 27/11/11 17/08/12 Gli elementi trasponibili Trasposoni complessi: portano geni che codificano per altre proteine. 23 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 23 23 23

Gli elementi trasponibili 27/11/11 17/08/12 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. 24 Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012 24 24 24