Ricombinazione genetica
La ricombinazione genetica
• È un processo attraverso il quale due
elementi genetici provenienti da fonti diverse
si vengono a trovare nella stessa unità
genetica.
• A livello molecolare la ricombinazione è
definita come il passaggio di informazione
genetica (sequenza di acidi nucleici) da una
molecola di DNA ad un’altra.
• Questo processo è stato studiato soprattutto
nei batteri e nei virus.
Evoluzione..
• La ricombinazione è un importante processo
evolutivo e la cellula possiede meccanismi
specifici che assicurano che si verifichi.
• Negli eucarioti la ricombinazione genetica è
una conseguenza della riproduzione
sessuale.
• Meccanismi di ricombinazione avvengono
anche nei procarioti durante i processi di
trasformazione, trasduzione e coniugazione.
Nei procarioti:
• Nei procarioti la ricombinazione
genetica avviene grazie al trasferimento
di un frammento di dna, geneticamente
differente, da una cellula donatrice, in
una cellula ricevente; successivamente,
avviene l’inserimento di questo
frammento nel genoma della cellula
ricevente.
I tre meccanismi sono:
•
•
•
Trasformazione la cellula recettiva è in grado di introdurre nel proprio interno i segmenti di
DNA libero presenti nell'ambiente in cui si trova a vivere. Questi segmenti, estrusi da altre
cellule o residui di cellule distrutte, possono essere inseriti nel cromosoma batterico in
corrispondenza di porzioni omologhe,che vengono poi eliminate.
Trasduzione, il DNA del batterio viene veicolato da particelle speciali, i virus batterici
chiamati anche fagi. I fagi infettano una cellula e in condizioni opportune vi si moltiplicano; le
particelle neoformate distruggono quindi la cellula e si liberano, portando eventualmente con
sè frammenti del genoma batterico: quando penetrano in una nuova cellula possono cosi
trasferire questo materiale alla cellula infettata.
Coniugazione. Due cellule di segno diverso (+ e -) venute a contatto, formano un canale
citoplasmatico attraverso il quale la cellula donatrice, indicata col segno +, cede all'altra,
indicata col segno -, un filamento di DNA di nuova formazione; questa lo integra nel proprio
cromosoma in corrispondenza del sito omologo che viene così sostituito. Va precisato che
la cellula donatrice è caratterizzata dal possesso di un plasmidio F, cioè di un piccolo
cromosoma anulare che si riproduce in modo autonomo e conferisce alla cellula la capacità
di produrre alcuni sottili filamenti superficiali, le fimbrie. Grazie alle fimbrie la cellula
donatrice stabilisce il contatto con la cellula di segno opposto con la quale si coniugherà.
Trasformazione
• Il DNA dei procarioti è costituito da un’unica lunga molecola,
che viene rilasciata quando la cellula lisa.
• A causa della sua estrema lunghezza, la molecola di DNA si
rompe molto facilmente e anche dopo una estrazione blanda
si frammenta in 100 o più pezzi .
• Poiché la lunghezza media di un gene è di circa 1000
nucleotidi, ciascuno dei frammenti di DNA purificato conterrà
più o meno 15 geni. Dal momento che ciascuna cellula
incorpora uno o pochi frammenti di DNA, solo una piccola
frazione di geni può esser trasferita da una cellula all’altra,
durante un singolo evento di trasformazione
Competenza
• Si definisce competente una cellula in grado di
assumere una molecola di DNA e di essere
trasformata.
• La competenza nei batteri è regolata da speciali
proteine di membrana che svolgono un ruolo
essenziale nell’assorbimento e nel processamento del
DNA.
Induzione artificiale della competenza
1970: Mandel and Higa osservarono che batteri, trattati con
soluzioni di CaCl2 e riscaldati velocemente, potevano essere
trasformati con DNA del batteriofago λ , quindi questo
trattamento conferiva ai batteri un transiente stato di
“competenza”.
COMPETENZA: capacità di assumere DNA
= numero di colonie positive/microgrammo di DNA trasformato
Nel corso degli anni sono stati fatti diversi tentativi per migliorare
l’efficienza di trasformazione.
Le due tecniche maggiormente utilizzate oggi sono:
Trasformazione per CaCl2
Elettroporazione
Trasformazione Per
Elettroporazione
Le cellule batteriche
unite al DNA vengono
sottoposte ad una veloce
scarica elettrica che
permette la formazione di
“elettropori” che
favoriscono l’entrata di
DNA.
Competenza: 108-1010
cellule trasformate /μg di
DNA
Trasformazione in CaCl2
Crescita di un ceppo E.Coli in
terreno ricco di nutrienti.
Le cellule si raccolgono quando
sono in fase logaritmica
Trasduzione
• I virus , come elementi genetici possono
trasferire non solo il loro patrimonio genetico
ma anche porzioni del genoma della cellula.
– Trasduzione generalizzata, particelle virali difettive
incorporano casualmente frammenti di DNA della
cellula ospite; teoricamente, anche se a bassa
efficienza,qualsiasi gene del donatore può essere
trasferito.
– Trasduzione specializzata: il dna di un virus
temperato che non si scinde correttamente porta
con se frammenti adiacenti di DNA dell’ospite; in
questo modo possono essere trasdotti soltanto i
geni localizzati in prossimità del punto di
integrazione del virus, ma con alta efficienza.
Coniugazione
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•
•
•
Processo di trasferimento genetico che
implica un contatto tra le due cellule .
Il materiale genetico che viene
trasferito può essere un plasmide o una
porzione di cromosoma mobilizzato da
un plasmide.
La cellula donatrice ,grazie al fatto di
possedere un plasmide ”coniugativo”, è
dotata di pili sessuali , strutture
necessarie per il contatto tra donatore
e ricevente.
I pili sessuali dopo aver reso possibile il
contatto tra le due cellule, si ritraggono,
determinando la formazione del ponte
citoplasmatico attraverso cui avviene il
trasferimento del DNA.
Coniugazione
Fattore F (plasmide)
Fattore F
(integrato)
Batterio «maschio» donatore
Batterio «maschio» donatore
Origine della duplicazione
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
Può avvenire
la ricombinazione
Il plasmide completa
il trasferimento e assume
di nuovo la forma circolare
La cellula
diventa «maschio»
