Genetica dei virus e dei batteri

Genetica dei virus e dei batteri
Il DNA virale può diventare parte del
cromosoma ospite
• I virus possono essere considerati come geni
impacchettati in proteine.
• I virus possono riprodursi solo all’interno di una
cellula, utilizzandone le strutture e l’energia.
 Nel
ciclo litico, quando il DNA fagico entra in
un batterio, è duplicato, trascritto e tradotto.
 Il
nuovo DNA virale e le nuove proteine
sintetizzate vengono poi usate per assemblare
nuovi fagi che si liberano dalla cellula ospite
quando questa si rompe.
 Nel
ciclo lisogeno la duplicazione del DNA
virale avviene senza la produzione di nuovi fagi
e senza la morte della cellula ospite.
 Il
DNA fagico si integra in quello della cellula
ospite (profago) e viene trasferito alle cellule
figlie con la riproduzione della cellula ospite che
duplica il DNA profagico insieme al proprio.
I
profagi possono rimanere nelle cellule
batteriche per sempre ma, in particolari
condizioni ambientali, un profago può staccarsi
dal suo cromosoma ospite e iniziare un ciclo
litico.
In un fago esistono due tipi di cicli riproduttivi:
Il fago si attacca alla cellula
1
1
Cromosoma batterico
DNA del fago
La cellula si
rompe liberando
i fagi
Il fago inietta DNA
7
2
Numerose
divisioni cellulari
4
Ciclo litico
Ciclo lisogeno
Si assemblano i fagi
Il DNA fagico
assume un aspetto circolare
3
5
Il batterio lisogeno si riproduce
normalmente, duplicando il profago
a ogni divisione cellulare
Profago
6
OPPURE
Vengono sintetizzati
nuovo DNA fagico e nuove proteine
Il DNA fagico si inserisce
nel cromosoma batterico per ricombinazione
Molti virus sono causa di malattie negli
animali
 Molti
virus che infettano gli animali e le piante
causano malattie.
come il virus dell’influenza, hanno come
materiale genetico l’RNA al posto del DNA.
 Molti,
Involucro esterno
RNA
Rivestimento proteico
Estroflessione glicoproteica
Alcuni virus che infettano le cellule animali
VIRUS
• usano parte della
membrana della cellula
ospite come rivestimento
protettivo;
• possono rimanere latenti
nel corpo dell’ospite per
lunghi periodi.
Glicoproteina
Rivestimento proteico
RNA virale
(genoma)
Membrana plasmatica
della cellula ospite
Viral RNA
(genome)
Involucro esterno
1
2
Eliminazione
del rivestimento
3
Sintesi di RNA
Sintesi di
4 proteine
mRNA
Nuove
proteine virali
Ingresso
5 Sintesi di RNA
6
Filamento
stampo
Nuovo genoma
virale
Assemblaggio
Uscita
Uscita
7
Le malattie virali delle piante
La maggior parte delle virosi che infettano le cellule
vegetali:
• è costituita da virus a RNA;
• entra nei propri ospiti attraverso delle ferite nei
loro rivestimenti esterni.
Proteine
RNA
Colorizzata TEM 370 000
Colorizzata TEM 50 000
L’umanità deve affrontare la comparsa di
nuovi virus
Il virus dell’AIDS assembla il DNA utilizzando
l’RNA come stampo
Il virus dell’AIDS (HIV) è un retrovirus.
Involucro esterno
Glicoproteina
Rivestimento proteico
RNA
(due filamenti
identici)
Trascrittasi inversa
All’interno di una cellula, l’HIV usa il proprio RNA come
stampo per produrre DNA da inserire nel DNA
cromosomico dell’ospite.
RNA virale
CITOPLASMA
1
NUCLEO
DNA
cromosomico
Filamento
di DNA
2
DNA
a doppio
filamento
3
DNA del
provirus
4
5
RNA virale
e proteine
RNA
6
In natura i batteri possono trasferire il DNA
in tre modi diversi
I batteri possono trasferire geni da una cellula all’altra
attraverso tre processi: trasformazione, trasduzione
o coniugazione.
Ponte citoplasmatico
DNA che entra
nella cellula
Frammento di DNA
appartenente a un’altra
cellula batterica
Fago
Phage
Frammento di
DNA appartenente
a una cellula
batterica
(precedente
ospite del fago)
Pili
sessuali
Cromosoma batterico
(DNA)
Cellula donatrice
(maschio)
TRASFORMAZIONE
TRASDUZIONE
Cellula ricevente
(femmina)
CONIUGAZIONE
Una volta che il nuovo DNA entra in una cellula
batterica, una parte di esso può essere integrata
nel cromosoma della cellule ricevente.
DNA trasferito
Cromosoma
della cellula ricevente
Inserzioni
DNA demolito
Cromosoma
ricombinante
I plasmidi batterici possono essere utilizzati
per trasferire i geni
I
plasmidi sono piccole molecole circolari di
DNA separate dal più grande cromosoma
batterico.
 Alcuni
plasmidi possono favorire la
coniugazione e passare in un’altra cellula.
I plasmidi possono servire come trasportatori per
trasferire i geni.
Fattore F (plasmide)
Batterio «maschio» donatore
Origine della duplicazione
Batterio «maschio» donatore
Cromosoma batterico
Cromosoma batterico
Il fattore F inizia la duplicazione
e il trasferimento del DNA
Il fattore F inizia
la duplicazione e il trasferimento
Cellula ricevente
Solo una parte del cromosoma
si trasferisce
Il plasmide completa
il trasferimento e assume
di nuovo la forma circolare
Plasmidi
Può avvenire
la ricombinazione
La cellula
diventa «maschio»
Colorizzata TEM 2000
Fattore F
(integrato)