Genetica batterica.

Presentazione sul tema: "Genetica batterica."— Transcript della presentazione:

1 Genetica batterica

2 Materiale genetico presente nella cellula batterica
Cromosoma batterico Plasmidi Elementi genetici trasponibili DNA fagico

3 Cromosoma - 1 # Unico cromosoma
# generalmente circolare, superspiralizzato (c.f. linear eukaryotic chromosomes) e.g. E. coli, Bacillus subtilis, Streptomyces coelicolor, Salmonella typhimurium, Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae but linear chromosomes in some spirochaetes and in Borrelia burgdorferi (~1000 kb)

4 Cromosoma - 2 Mancano gli istoni
Chromosome-associated proteins, ‘histone-like’ proteins or ‘nucleoid-associated’ proteins = poliammine, come la spermina e la spermidina. e.g. HU of Escherichia coli, 40,000 molecules/cell (approx. 1 molecule/100 bp of DNA) involved in packaging the chromosome, regulating transcription

5 Plasmidi batterici - 1 Elementi genetici extracromosomici
Stabili, replicazione indipendente dagli altri elementi genici circolari, spiralizzati, double stranded DNA molecules but…. linear plasmids in Streptomyces, Borrelia burgdorferi single-stranded DNA plasmids in Myxococcus xanthus

6 Bacterial plasmids - 2 diverse copie per cellula:
plasmidi minori (5-10 kb) copies/cell (1000 in some Streptomyces plasmids) plasmidi maggiori ( kb) 1-10 copies/cell Gruppi di compatibilita’: stesso tipo di plasmidi nella stessa specie

7 Alcuni plasmidi denominati plasmidi coniugativi possiedono un set di geni (geni tra, da trasferimento) che sono in grado di promuovere il loro trasferimento in cellule diverse (trasmissione orizzontale) attraverso un ponte citoplasmatico

8 I plasmidi codificano per funzioni non indispensabili alla sopravvivenza della cellula batterica, ma garantiscono notevoli vantaggi in particolari condizioni di crescita

9 Principali funzioni dei plasmidi di interesse medico-1
Coniugazione : Plasmide F, meccanismo di trasferimento genico Resistenza agli antibiotici: Plasmidi R degradazione enzimatica (e.g. penicillina) modificazioni enzimatiche (e.g. cloramfenicolo) alterata permeabilità (e.g. tetracicline) alterazione del target (e.g. streptomicine) via metabolica alternativa (e.g. sulfamidici)

10 Principali funzioni dei plasmidi di interesse medico-2
Virulenza: fattori di invasione, produzione tossine e colicine Metabolismo e Catabolismo: e.g., produzione di siderofori

11 Elementi Genetici Trasponibili
Definizione: Segmenti di DNA mobili in grado di traslocare nell’ambito della stessa cellula Properties “Random” movement Not capable of self replication Transposition mediated by site-specific recombination Transposase Transposition may be accompanied by duplication

12 Elementi Genetici Trasponibili
Sequenze di Inserzione (IS) Trasposoni (Tn)

13 LE SEQUENZE DI INSERZIONE (IS)
Insertion sequences (IS) * bp * codificano per le trasposasi (Tnp) * sequenze palindromiche

14 Sequenze di Inserzione (IS)
Insertion sequences (IS) Definizione: elementi genici che possiedono soli i geni per la propria traslocazione Nomenclature - IS1 Structure Transposase ABCDEFG GFEDCBA Importance Mutation Plasmid insertion Phase variation

15 TRASPOSONI (Tn) * elementi genici mobili piu’ grandi delle IS (superiori alle 2000 coppie di basi) * oltre ai geni per la propria traslocazione trasportano altri geni [picture]

16 Trasposoni Importance
Definizione: Elementi che contengono altri geni (resistenza, virulenza) oltre quelli della traslocazione Nomenclature - Tn10 Structure Composite Tns IS Resistance Gene(s) Toxicity Gene(s) Importance resistenza antibiotici Fattori di virulenza

17 Elementi Invertibili Elementi genici trasponibili: codificano per un enzima (DNA-invertasi) che permette di invertire con una rotazione di 180° la posizione dell’elemento nell’ambito dello stesso sito di inserzione

18 Scambio genetico nelle cellule procariote
La maggior parte dei batteri patogeni possono scambiare materiale genetico andando incontro a fenomeni di ricombinazione genica omologa e non omologa

19 Tre meccanismi di trasferimento di DNA batterico
TRASFORMAZIONE CONIUGAZIONE TRASDUZIONE

20 Trasformazione: acquisizione di nuovi marcatori genetici attraverso l’incorporazione di DNA esogeno

21 TRASFORMAZIONE filmato

22 A B Punti chiave della Trasformazione
Il batterio ricevente è un batterio competente A Punti chiave della Trasformazione B

23 Fattori salienti della trasformazione
* In Gram positive bacteria such as Bacillus and Streptococcus pneumoniae competence occurs in late logarithmic phase * In the Gram negative bacteria Neisseria gonorrhoeae and Haemophilus influenzae, cells are competent throughout the growth cycle * In Haemophilus influenzae, a 29 bp long recognition sequence occurs over 1500 times in the chromosome

24 Coniugazione: scambio di materiale genetico da un batterio donatore ad un batterio ricevente attraverso il pilo F

25 Key Words della coniugazione
Plasmide F Plasmidi coniugativi Geni tra che codificano per il pilo Modello di replicazione del rolling circle

26 Trasferimento genetico del plasmide F tramite coniugazione
OriT = origine del trasferimento Trasferimento genetico del plasmide F tramite coniugazione

27 CONIUGAZIONE filmato

28 Formazione di una cellula F+
Pair formation Conjugation bridge F+ F- DNA transfer Origin of transfer Rolling circle replication

29 Integrated (Hfr) Characteristics of Hfr x F- crosses
Integrazione del plasmide F nel cromosoma batterico (Hfr = High Frequency of Ricombination) Integrated (Hfr) Characteristics of Hfr x F- crosses F- rarely becomes Hfr while Hfr remains Hfr High transfer of certain donor chromosomal genes F+ Hfr

30 CONIUGAZIONE di Hfr filmato

31 Punti chiave della coniugazione
1 Punti chiave della coniugazione 2a 2b

32 Conjugation Significance Gram - bacteria Gram + bacteria
Antibiotic resistance Rapid spread Gram + bacteria Production of adhesive material by donor cells

33 TRASDUZIONE: ricombinazione genetica attraverso un’infezione fagica
FAGO: virus batterico TRASDUZIONE: ricombinazione genetica attraverso un’infezione fagica

34 Struttura e composizione del fago
Composition Nucleic acid Genome size Modified bases Protein Protection Infection Capside o Testa Sistema contrattile Coda Structure (T4) Size Head or capsid Tail Fibre della coda Piastra basale

35 TRASDUZIONE filmato

36 Due tipi di infezione: Ciclo litico: infezione con fagi virulenti e conseguente lisi cellulare Ciclo lisogeno: infezione con fagi temperati ed intregrazione del genoma virale (profago) nel genoma batterico senza lisi cellulare Il ciclo lisogeno puo’ trasformarsi in ciclo litico con l’uscita del profago dal genoma

37 Infezione litica

38 IMMUNITA’ FAGICA: durante lo stato lisogeno la cellula batterica e’ immune da infezioni di altri fagi dello stesso tipo del fago integrato Infezione lisogena di un batterio con un fago temperato

39

40 Trasduzione 2 tipi di Trasduzione.
Generalizzata (associata al ciclo litico): trasduzione nella quale ogni gene batterico puo’ essere potenzialmente trasferito

41 Trasduzione generalizzata
Infection of Donor Phage replication and degradation of host DNA Assembly of phages particles Release of phage Infection of recipient Legitimate recombination

42 Trasduzione Specializzata (associata al ciclo lisogeno) trasduzione nella quale specifici geni batterici sono trasferiti

43 D: escissione del profago G: formazione di particelle infettanti
Punti chiave: D: escissione del profago G: formazione di particelle infettanti Infezione lisogena di un batterio con un fago temperato

44 Trasduzione specializzata:
Excision of the prophage gal bio Replication and release of phage Infection of the recipient Lysogenization of the recipient Legitimate recombination also possible

45 Significato della lisogenia
CONVERSIONE FAGICA: batteri che assumono nuovi caratteri fenotipici quando vengono lisogenati con un profago ricombinato (contenti geni di origine batterica)

46 Significato della lisogenia-1
ESEMPI DI CONVERSIONE FAGICA: La trasformazione di batteri avirulenti in batteri produttori di tossine, eg. Corynebacterium diphtheriae (fago beta con proteina Tox) Amplia il corredo di tossine batteriche, eg. Clostridium botulinum ( almeno due delle sette tossine botuliniche), Streptococcus pyogenes (alcune tossine pirogene)

47 Significato della lisogenia-2
ESEMPI DI CONVERSIONE FAGICA: Modificazioni antigeniche che si riscontrano in alcune salmonelle, shigelle ed altri batteri

48 Isole di Patogenicita’ (Pathogenicity Islands, PAI)
* Gruppo di geni che codificano per peculiari proprietà patogene * Riuniti in precisi segmenti di DNA genomico (isole) * Caratterizzano la patogenicità di batteri di una stessa specie differenziandoli da batteri non patogeni

49 Caratteristiche delle isole di patogenicità:
contengono un solo gene (“islet”) oppure molti geni di virulenza sono assenti nei corrispondenti ceppi avirulenti il contenuto in G/C è diverso dal resto del cromosoma presentano alle estremità sequenze ripetute/ inserzione contengono "geni mobili" ( transposoni…) sono instabili

50 FATTORI DI VIRULENZA CODIFICATI DALLE PAI
sistemi di escrezione interferenza con il sistema immune adesività e colonizzazione modulatori di funzioni della cellula ospite internalizzazione sopravvivenza/moltiplicazione intracellulare sottrazione di nutrienti ( es: ferro)