Come i batteri scambiano informazioni genetiche

I batteri sono organismi microscopici con DNA circolare a doppio filamento nel loro genoma. Sebbene i batteri non abbiano obbligato le fasi riproduttive sessuali durante il loro ciclo di vita, possono scambiarsi attivamente informazioni genetiche tra loro. Lo scambio di informazioni genetiche nei batteri avviene in tre modi: coniugazione, trasformazione e trasduzione. Il trasferimento diretto di materiale genetico tra due batteri è noto come coniugazione; si verifica attraverso un pilus sessuale. La trasformazione è la raccolta di DNA nudo e straniero dai dintorni. La trasduzione è il trasporto di DNA batterico da parte di batteriofagi a un altro batterio.

Aree chiave coperte

1. Quali sono i batteri
      - Definizione, Caratteristiche, DNA batterico
2. Come i batteri scambiano informazioni genetiche
     - Coniugazione, trasformazione, trasduzione

Termini chiave: DNA batterico, coniugazione, plasmidi, Sex Pilus, Trasformazione, Trasduzione

Quali sono i batteri

I batteri sono procarioti privi di organelli legati alla membrana. Hanno una parete cellulare peptidoglicano. La riproduzione asessuata mediante fissione binaria è il principale metodo di riproduzione nei batteri. I batteri possono contenere due tipi di materiale genetico all'interno di un batterio e sono genoma e plasmidi batterici. Il genoma è un DNA cromosomico circolare a doppio filamento e i plasmidi sono molecole di DNA a doppio filamento, piccole e circolari. Il DNA cromosomico batterico si trova nel nucleoide. La dimensione del E. coli il genoma è pari a 4,6 milioni di paia di basi e consta di circa 4.300 geni. I plasmidi o il DNA batterico non cromosomico sono più piccoli del cromosoma batterico e possono essere trovati da diverse a più di migliaia di plasmidi per cellula batterica. I batteri in una cultura sono mostrati in Figura 1.

Figura 1: batteri

Come i batteri scambiano informazioni genetiche

L'informazione genetica può essere trasferita da un batterio all'altro sotto forma di DNA. Il trasferimento di informazioni genetiche tra i batteri non è spesso considerato un vero scambio poiché un batterio funge da donatore mentre l'altro serve solo da ricevitore. Inoltre, vengono trasferiti solo piccoli frammenti di cromosomi batterici.

Le tre modalità utilizzate per lo scambio di informazioni genetiche tra i batteri sono coniugazione, trasformazione e trasduzione.

Coniugazione

Il processo che scambia informazioni genetiche tra due batteri attraverso un contatto diretto tra cellule è noto come coniugazione. È mediato da plasmidi coniugativi che sono codificati con meccanismi efficienti per la mediazione del trasferimento del DNA. La coniugazione è un processo unidirezionale, e solo il batterio donatore ha i plasmidi coniugativi. I plasmidi coniugali dei batteri Gram-negativi sono codificati per un pilus sessuale che facilita il trasferimento del DNA al batterio ricevente. Il contatto diretto tra due batteri è ottenuto attraverso il pilus del sesso, formando un ponte coniugale. I passaggi della coniugazione batterica sono mostrati in figura 2.

Figura 2: coniugazione

1- La cellula donatrice produce pilus.
2- Pilus si attacca alla cella del destinatario, unisce le due cellule.
3- Il plasmide mobile viene intaccato e un singolo filamento di DNA viene quindi trasferito alla cellula ricevente.
4- Entrambe le cellule ricircolarizzano i loro plasmidi, sintetizzano i secondi filamenti e riproducono i pili; entrambe le cellule sono ora donatori vitali.

Trasformazione

Il processo di prendere i frammenti liberi del DNA dai batteri dal mezzo circostante è noto come trasformazione. Solo le competenti cellule batteriche possono assorbire il DNA per trasformazione. Tipi limitati di batteri possono subire una trasformazione naturale come Bacillo, Streptococco, Neisseria, Haemophilus, ecc. In aggiunta, la maggior parte dei batteri come E. coli può essere reso artificialmente competente esponendolo in un terreno con cloruro di calcio. I plasmidi sono usati come portatori di DNA nella trasformazione durante esperimenti di clonazione del DNA.

trasduzione

Il processo di trasferimento del DNA batterico da una cellula ad un'altra cellula tramite virus infettanti batteri è noto come trasduzione. È considerato un metodo efficiente per il trasferimento del DNA poiché il DNA estraneo è protetto all'interno del batteriofago. Il DNA trasferito dai batteriofagi è permanentemente integrato nel genoma batterico ricevente mediante ricombinazione omologa.

Conclusione

Lo scambio di materiale genetico tra DNA avviene in tre metodi; coniugazione, trasformazione e trasduzione. La coniugazione è il trasferimento diretto di materiale genetico tra due batteri con l'aiuto di un pilus sessuale. La trasformazione è l'assorbimento di frammenti di DNA nudi da parte di batteri provenienti dal terreno circostante. La trasfezione è il trasferimento del DNA batterico attraverso i virus che infettano i batteri.

Riferimento:

1. Rogers, Kara e Robert J. Kadner. “batteri”. Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 22 febbraio 2018, disponibile qui.

Cortesia dell'immagine:

1. "Batteri ipermegas batteri" di CDC / Dr. V. R. Dowell, Jr. (Public Domain) tramite Public Image Library
2. "Coniugazione" di Adenosine - Opera personale (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia