Sessualità Batterica e Cicli Virali

HP sull’origine dei virus
• forme di vita degenerate che hanno perso molte
delle loro funzioni essenziali
• Porzioni di genoma cellulare che si sono
affrancate
• Evoluzione parallela ed indipendente rispetto a
organismi cellulari (retaggio di mondo ad RNA)
• Virus comunque comparsi dopo cellule
I virus batterici sono sistemi modello per lo studio del gene e
dei meccanismi molecolari che sottendono al flusso di
informazione genica
Facili da coltivare
Elevata capacità replicativa
grandi numeri
La morfologia della placca di lisi è carattere fenotipico utilizzato per
l’analisi genetica virale
Lisi rapida placche piccole margini irregolari
Lisi lenta placche grandi margine netto
Carattere ”r”
Altro carattere fenotipico utilizzato per l’analisi genetica virale è la
specificità di infezione o gamma di ospite
Carattere “h”
Fasi del ciclo riproduttivo di un virus eucariotico
Legame tra proteine di “attacco” e
recettori cellulari
Fusione con membrana o
endocitosi mediata da
recettore
uncoating
≠Modalità replicazione-biosintesi
a volte degradazione DNA ospite
Assemblaggio e rilascio
mediante gemmazione o lisi
cellulare
L’interazione virus-ospite eucariotico può concludersi in:
•INFEZIONE PRODUTTIVA: Rilascio progenie virale numerosa
morte
celllulare per necrosi o apoptosi (cellule permissive)
•INFEZIONE ABORTIVA: no progenie (cellule non permissive)
•INFEZIONE RESTRITTIVA: scarsa progenie virale, ma persistenza del virus
nella cellula in forma latente (cellule solo transitoriamente permissive)
Lo stato di latenza spesso consiste nella integrazione del genoma virale in
quello dell’ospite: STATO DI PRO-VIRUS
Al contrario dei fagi lo stato di provirus è stabile e generalm irreversibile
INTEGRAZIONE in gen casuale per genomi DNA
a livello di siti virali specifici (LTR) per virus ad RNA
In alcuni casi l’infezione di cellule non permissive provoca la
trasformazione neoplastica:
virus oncògeni o tumorali virus a DNA (SV40, HPV, Epstein-Barr, HBV)
interferiscono con normale proliferazione cellulare alterando pattern di
espressione genica o altro
virus a RNA (retrovirus HTLV-1, HIV)
contengono copie alterate di geni endogeni cellulari coinvolti in controllo
ciclo
Alcuni retrovirus ricopiano il
proprio RNA in DNA (cDNA)
(enzima trascrittasi inversa)
per poi integrarlo nel DNA della
cellula ospite (ricombinaz sitospecifica) coinvolgendo LTR
Molti virus sono agenti eziologici di malattie umane (raffreddore, influenza,
epatiti, vaiolo, poliomielite, AIDS, rabbia, morbillo, varicella …)
Il virus dell’influenza A è ad RNA – segmentato; capside + pericapside
fosfolipidico con spicole proteiche che mediano adesione con cell ospite
Gamma d’ospite: infetta cellule tratto respiratorio di vari animali (mammiferi
ed uccelli)
Molto contagioso Responsabile di pandemie (epidemie diffuse in grosse
aree)
CICLO VITALE del virus influenza A
Le molecole di RNA- sono trascritte in mRNA+ traduzione nel citosol
proteine virali
Trascrizione nel nucleo
nuovi genomi RNA- morte cellulare
Elevato tasso di errore della trascrittasi, co-infezione e ampiezza serbatoio
animale ospite veloce evoluzione del virus influenzale
sempre nuove
varianti verso cui SI non è preparato (vaccini annuali)
Le infezioni miste con virus provenienti da animali ≠ virulenza
Il virus unfluenzale H1N1 è di origine suina e si è prodotto per
ricombinazione di tratti virali suini, aviari e umani
evoluzione rapida e drastica del genoma (shift antigenico)
pandemie
Virus oncogeni a DNA nell’uomo
Es HPV infetta epiteli - responsabile del 70% tumori cervice uterina
(trasmissione via sessuale)
Oncogeno quando si integra in genoma ospite: espressione di geni che
stimolano crescita cellulare neoplasia (ceppi HPV-16 e -18)
Vaccinazioni preventive, utilità di PAP test
Degrada oncosoppressore p53
Lega e inattiva oncosoppressore Rb
Genetica batterica
Anche batteri sono ottimi modelli di studio: semplici dal pv genetico
(genomi piccoli e aploidi), facili da coltivare in laboratorio, tasso
riproduttivo alto,…
Negli anni ‘50-60 studi sui batteri hanno permesso di dimostrare natura del
materiale genetico (esp trasformazione di Griffith ripreso da Avery,
MacLeod, McCarty)
Es. p di ricombinazione prime mappature geniche
Esp di Jacob e Monod: modello operone nella regolazione dell’espr. genica
I Batteri possono essere coltivati in terreni di coltura solidi o liquidi
Caratteri fenotipici tipicamente studiati:
•Morfologia colonia
•Mutanti nutrizionali (capacità di crescere in
particolari condizioni colturali)
•Mutanti di resistenza
Oltre al genoma principale (cromosoma
“batterico” formato da DNA ds circolare) i
batteri hanno plasmidi ed episomi: piccoli
DNA circolari.
Contengono geni
•per resistenza a antibiotici,
•produzione tossine,
•e/o funzioni che possono dare vantaggio
selettivo in particolari condizioni crescita,
•e geni di trasferimento
Plasmidi: solo citoplasmatici
Episomi: sia in forma libera citoplasmatica che integrati nel
genoma principale
Individuati 3 tipi “sessuali”
F- : ricevente
F+: donatore, ha un fattore F (episoma) con funzione cpniugativa
Hfr: donatore con alta freq di ricombinazione, ha fattore F integrato nel genoma
Il fattore F contiene geni per formare pilo coniugativo
Il trasferimento avviene a partire da un punto preciso: mentre si
trasferisce, il DNA si duplica (
una copia resta nella cellula donatrice)
La cellula ricevente a sua volta diventa F+
Nei ceppi Hfr il fattore F è integrato nel
genoma
Questi ceppi trasferiscono, oltre al DNA
di F, anche il DNA genomico associato
In q caso, la cellula ricevente raramente
diventa F+ perchè prima di trasferire l’ultimo
tratto di F deve essere trasferito intero
genoma (contatto deve durare almeno 1 h 30
min!!)
Esperimenti di accoppiamento interrotto tra ceppi Hfr e ceppi F- (con genotipi
diversi) ha permesso di creare “mappe genetiche” di E. coli
(ordine relativo dei geni definito in base al tempo necessario per trasferire versione
alternativa del gene corrispondente mediante coniugazione)
Questi esperimenti hanno anche dimostrato che il genoma batterico è circolare
I plasmidi coniugativi spesso contengono geni resistenza a antibiotici
Trasduzione
Trasferimento di DNA da un batterio donatore (precedentemente
infettato) and un ricevente, attraverso un fago
-Generalizzata: trasferito tratto qualsiasi
DNA che si impacchetta insieme a DNA
Virale
- Specializzata: trasfer di seq. specifiche
Trasduzione specializzata
Deriva da un fago lisogeno
(integrato come profago nel DNA
batterico)
Quando il fago si excide dal
genoma batterico per riprendere
via litica, può incorporare per
“sbaglio” breve tratto di DNA
batterico
Il tratto trasdotto è specifico
perchè il sito di integrazione del
fago sul genoma batterico è
specifico (siti att)
Anche gli studi sul trasferimento genico associato a
trasformazione e trasduzione hanno contribuito a “mappare geni”
batterici (soprattutto quelli molto vicini)
In particolare la frequenza di cotrasduzione e/o di cotrasformazione di
marcatori genici ha permesso di stimare il grado di associazione tra geni:
cioè quanto sono distanti fisicamente sul DNA
•Freq cotrasduzione alta minore distanza fisica
•Freq cotrasduzione bassa maggiore distanza fisica
Meccanismo molecolare di ricombinazione
Ricombinazione omologa: scambio
reciproco di DNA tra sequenze omologhe
(crossing over tra cromatidi meiotici,
integrazione di DNA trasdotto, coniugato o
trasformato in batteri, ricombinazione virale)
La ricombinazione avviene per rotture a
doppio filamento sul DNA, srotolamento,
invasione di ssDNA su filamento
complementare, saldatura, taglio e
ricongiunzione (vari enzimi coinvolti,
alcuni si trovano nel complesso
sinaptinemale)
Modello di Holliday
Ricombinazione sito-specifica: brevi seq specifiche di DNA sono
riconosciute da enzimi “recombinasi”
unione delle 2 molecole di DNA in cui
si trovano sequenze (+efficiente di ricombin. omologa)
Es integrazione di fago λ e di fattore F nel genoma batterico