I markers fenotipici sono quelli a cui pensa la maggior parte delle

Tassonomia
La tassonomia è uno schema classificativo per le specie. 3 stadi:
1)Organizzazione degli organismi in gruppi basati sulla similarità; 2)
Denominazione degli organismi & gruppi di organismi; 3) Identificazione di
organismi quando sono isolati dall’ambiente.
I markers fenotipici sono quelli a cui pensa la maggior parte delle persone
quando compara differenti organismi.
Quale fonte di C usa? E’ mobile o no? E’ aerobio, anaerobio?
Quale è la sua forma & dimensione? Qual’è la sua temperature di crescita
ottimale?
Mentre i caratteri grossolani fenotipici non sono molto utili nella filogenesi,
sono perfettamente validi per le tassonomie, e in molti casi, a che cosa un
organismo è simile è importante allo stesso modo della sua filogenesi.
Le tassonomie sono costruzioni artificiali, metodi per strutturare & organizzare
le specie. Qualunque tassonomia coerente è valida,.
Per esempio, molte guide di fiori di campo organizzano le specie usando
caratteri che sono facilmente osservati in campo. La prima divisione potrebbe
essere per colore dei fiori, un carattere triviale delle piante in termini evolutivi,
ma perfettamente ragionevole per una tassonomia. Ciò non implica che piante
con gli stessi colori siano davvero correlate, né che piante con differenti colori
non lo siano. La guida tassonomica ai fiori di campo è fatta per identificare le
specie, ed è una buona tassonomia.
Schemi di classificazione dei batteri basati su caratteri:
MORFOLOGICI
- forma, struttura della parete, natura degli aggregati multicellulari, mobilità,
responsi all'ossigeno, formazione delle spore, capacità di fotosintesi, reazione alla
colorazione Gram, forma e colore delle colonie, ultrastruttura, presenza spore e
posizione, presenza capsula.
FISIOLOGICI-BIOCHIMICI
- aerobiosi/anaerobiosi, il tipo di nutrienti utilizzati (carboidrati semplici, composti
azotati), capacità di idrolizzare polimeri, i prodotti del metabolismo, le risposte a
particolari sostanze chimiche (sensibilità agli antibiotici), la presenza di enzimi
caratteristici (enzimi respiratori, catalasi, ossidasi), attività emolitica.
ECOLOGICI
- habitat (taemperatura, atm, concentrazione soluti, pH), patogenicità, tipo di ciclo
vitale, natura delle relazioni simbiontiche, richiesta di specifici nutrienti.
GENETICI
- presenza plasmidi, tipo di scambi genetici, sequenza rRNA 16S
La classificazione tassonomica dei batteri
seguendo i citeri suddetti ha dato come
risultato lo schema classificativo del
BERGEY'S MANUAL OF
DETERMINATIVE BACTERIOLOGY.
La definizione di specie e generi all'interno dei
batteri ha confini labili, e organismi molto diversi sono
stati raggruppati insieme spesso solo perché
condividevano alcuni tratti particolari.
Nel Bergey's Manual of Determinative
Bacteriology, i gruppi identificabili di
procarioti sono raggruppati sulla base di
caratteristiche facilmente osservabili
come:
-  colorazione di Gram
-  morfologia (cocchi, bastoncini, spirilli...)
-  mobilità (±flagelli)
-  caratteri strutturali (± capsula, spore,
filamenti, guaine, appendici)
-  caratteri biochimici-fisiologici (aerobi/
anaerobi, fotosintesi, respirazione/
fermentazione, limiti temperatura, pH
etc., nutrienti utilizzati, metanogenesi,
litotrofia).
A partire dal 1980 si è aggiunto un approccio genetico: non basato sulla raccolta
dei dati riguardanti i tratti comuni e la rilevanza dei tratti condivisi, ma sulla
misura del tempo passato da quando due organismi si sono differenziati da un
progenitore comune. APPROCCIO GENETICO inizia con le misure del TASSO a
cui il DNA di una specie ibridizza con quello di un'altra (DNA scaldato,
denaturato, separato in due eliche , raffreddato e fatto riassociare). TALE
APPROCCIO assume che più due organismi sono correlati, più basso è il numero
dei cambiamenti della sequenza del loro DNA. L ibridizzazione del DNA era
informativa solo per specie molto affini, perché non avviene tra filamenti DNA
provenienti da batteri distanti.
ESTENSIONE DI TALE APPROCCIO: sequenza di basi di una specifica regione
del DNA presente nella maggioranza di batteri, che è determinata e comparata. In
base a ciò, il NUMERO DI POSIZIONI che differiscono nella sequenza
nucleotidica è proporzionale al tempo trascorso dalla divergenza. La regione
specifica di DNA che si è dimostrata informativa di queste misure evolutive è il
16S rRNA, che codifica per la componente dell'RNA della subunità più piccola
del ribosoma batterico (16S si riferisce al tasso di sedimentazione, in unità
Svedberg, della molecola di RNA durante la centrifugazione). Questo RNA è
presente in tutti i batteri ed una forma correlata in tutte le specie. (Si suppone che le
mutazioni siano poche e siano avvenute lentamente nel tempo, perché brusche modifiche
avrebbero portato al fallimento dell'assemblaggio appropriato del ribosoma o al mancato
funzionamento della sintesi proteica, e quindi alla morte cellulare).
Diversità Genetica
La maggior parte della diversità evolutiva è microbica, non macroscopica – il
mondo macroscopico è solo la cima dell’iceberg della vita. La diversità
microbica è la stessa diversità biologica, con pochi grandi organismi esclusi.
La diversità evolutiva è usualmente espressa in termini di alberi - grafici
ramificati che tracciano le geneologie degli organismi. Quando questi alberi
sono basati sulla diversità genetica, possono essere quantitativi e obiettivi.
Analisi filogenetica molecolare
L’analsi filogenetica molecolare è l’ uso di sequenze macromolecolari per
ricostruire le relazioni filogenetiche tra organismi. La grandezza delle
differenze tra sequenze omologhe di DNA, RNA, o proteine in differenti
organismi è usata come misura di quanto questi organismi hanno differito
nell’ evoluzione.
Tappe di una analisi filogenetica molecolare :
•
Decidere quale organismo/sequenza/gene/regione esaminare
•
Determinare le sequenze(s) sperimentalmente
•
Identificare residui omologhi
•
Analisi filogenetica
Le filogenie sono percorsi evolutivi, i.e. geneologie.Le Filogenie rappresentano le relazioni
naturali tra organismi. Le tassonomie classiche di piante e animali sono abbastanza simili alle loro
relazioni filogenetiche perché la complessa morfologia di questi organismi rivela la loro antichità.
Questo non è vero per i microrganismi. Non esisteva alcun modo per determinare relazioni
evolutive tra procarioti fino allo sviluppo della filogenesi molecolare, che è basata sulla analisi di
sequenze genetiche.
Una rappresentazione dell
albero Filogenetico
Universale, basata sulla
comparazione dei geni che
codificano per la subunità
piccola (16S o 18S) dell RNA
ribosomale. Basata su un
diagramma di Carl Woese
(2000), mostra solo pochi dei
maggiori gruppi di organismi.
Le lunghezze delle linee che
uniscono gli organismi al loro
punto di ramificazione più
vicino rappresentano le
distanze evolutive calcolate
(la divergenza di sequenza del
gene rRNA).
Ottenimento delle sequenze sperimentalmente
Il metodo communemente usato è la Polymerase Chain Reaction (PCR). La PCR
amplifica i geni logaritmicamente - una singola molecola di un gene, compresa nel
resto del DNA genomico, è specificamente amplificata fino a un milione di
molecole in 30 cicli! In una reazione PCR, 3 tappe (denaturazione, primer
annealing, and DNA polimerizzazione) sono ripetute ciclicamente, ogni volta
raddoppiando la quantità del frammento specifico di DNA.
Il prodotto di PCR è poi sequenziato - spesso usando gli stessi primers
oligonucleotidici usati nella reazione PCR. Il sequenziamento implica la
denaturazione del DNA, l’annealing di un primer oligonucleotidico, e l’estensione
da questo primer con la DNA polimerasi.
ARCHAEA
Sulla base dell’SSU rRNA, gli Archaea consistono in 3 gruppi filogeneticamente-distinti :
Crenarchaeota, Euryarchaeota e Korarchaeota. Per i Korarchaeota, solo gli acidi nucleici sono stati
determinati, e nessun organismo è stato isolato o coltivato. Basandosi sulla loro fisiologia, gli Archaea
possono essere divisi in 3 tipi:
metanogeni (procarioti che producono metano);
estremi alofili (procarioti che vivono a concentrations molto alte di sale (NaCl);
estremi (iper) termofili (procarioti che vivono a temperature molto alte).
Oltre ai caratteri unificanti degli archaea e che li distinguono dai Bacteria (i.e., no mureina nella
parete cellulare, etc.), questi procarioti esibiscono altri unici attributi strutturali o biochimici che li
fanno adattare ai loro habitats particolari. I Crenarchaeota consistono principalmente di ipertermofili
S-dipendenti e gli Euryarchaeota comprendono i metanogeni e gli alofili estremi.
Metanogeni.
Anaerobi obbligati che non tollerano anche brevi esposizioni all’ O2. Gli
ambienti anaerobi sono molti, e includono sedimenti marini e acque dolci, terreni profondi,
tratti intestinali di animali. I Metanogeni hanno un metabolismo che può usare H2 come
fonte di energia e CO2 come fonte di C per la crescita. Nel processo di sintesi metabolica
di H2 e CO2, i metanogeni producono metano (CH4) in un unico processo. Il prodotto finale
(metano) si accumula nel loro ambiente. Il metabolismo dei metanogeni ha creato grandi
riserve di gas naturale che sono usate come fonti di energia per use domestico o
industriale. I Metanogeni sono normali abitanti del rumine delle mucche e altri ruminanti.
Una mucca produce circa 50 litri di metano al giorno durante il processo di ruminazione. Il
metano è un gas serra importante e si sta accumulando nell’atmosfera ad untasso allarmante.
Ogni volta che foreste pluviali sono distrutte e rimpiazzate con le mucche, si verifica una
doppia immissione: (1) meno CO2 è rimossa dall’atmosfera dalle piante verdi autotrofe; (2)
CO2 in aggiunta e CH4 sono prodotti come gas dal metabolismo combinato degli animali e dei
metanogeni. I metan rappresnetano un sistema microbico che può essere sfruttato per
produrre energia da materiale di scarto. Grandi quantità di metano sono prodotte durante il
trattamento indistriale dei rifiuti, ma il gas è usualmente sprecato piuttosto che utilizzato e
riciclato.
Methanococcus jannischii isolato da un campione da un
camino oceanico(profondità 2,600 metri) nell Est del
Pacifico. Può essere coltivato in un mezzo minerale
contenente solo H2 e CO2 come fonti di energia e carbonio
per la crescita. Le cellule sono cocchi irregolari, mobili per
due ciuffi di flagelli polari inseriti vicino allo stesso polo.
Alofili Estremi.
Vivono in ambienti naturali come il Mar Morto, il Great Salt Lake, o
pozzanghere di acqua di mare che evaporano dove la concentrazione di sale è molto alta (5
molare o 25 percento di NaCl). Questi procarioti richiedono sale per crescere e non crescono
a basse concentrazioni saline. Le loro pareti celluleri, i ribosomi, e gli enzimi sono stabilizzati
da Na+. Halobacterium halobium, la specie prevalente nel Great Salt Lake, si adatta
all’ambiente salino elevato sviluppando una "membrana porpora", macchie di pigmento che
cattura la luce nella membrana plasmatica. Il pigmento è un tipo di rhodopsina chiamata reacts
with batteriorhodopsina. Questo organismi sono eterotrofi che normalmente respirano
aerobicamente. L’alta concentrazione di NaCl nel loro ambiente limita la disponibilità di O2 per
la respirazione, cosicchè essi possono aumentare la loro capacità di sintetizzare ATP
convertendo l’energia della luce in ATP usando la batteriorhodopsina.
Halobacterium salinariumis un alfilo estremo che
cresce a 4-5 M NaCl e non cresce sotto 3 M NaCl.
Questo preparato freeze etched mostra la
struttura superficiale della membrana cellulare su
cui si intravedono le placche liscie di
batteriorhodopsina immerse nella membrana
plasmatica.
Termofili Estremi.
Si trovano in diverse linee filogeneticamente distinte
degli Archaea.
Questi organismi richiedono una temperatura molto alta (80- 105 gradi) per
crescere. Le loro membrane ed i loro enzimi sono inusualmente stabili ad alte
temperature. La maggior parte di questi Archaea richiede Zolfo elementare
per crescere. Alcuni sono anaerobi che usano lo zolfo come accettore finale di
elettroni per la respirazione al posto dell’ossigeno. Alcuni sono litotrofi che
ossidano lo zolfocome fonte di energia. Gli S-ossidanti crescono a pH basso
(meno di pH 2) perchè acidificano il loro ambiente ossidando lo S a SO4
(acido solforico ). Questi ipertermpfili abitano ambienti caldi, ricchi di zolfo
associati al vulcanismo, come le “hot springs”, geysers e fumarole nello
Yellowstone National Park, e sorgenti termali ("smokers") e sorgenti nel fondo
dell’oceano. Sulfolobus è stato il primo Archaea ipertermofilo scoperto da
Thomas D. Brock dell’Università del Wisconsin nel 1970. La sua scoperta, con
quella di Thermus aquaticus in Yellowstone National Park, ha lanciato il campo
di studio della biologia degli ipertermofili. (Thermus aquaticus, è fonte
dell’enzima TAQ polimerasi usata nella PCR. Sulfolobus cresce in sorgenti
acide ricche di S a valori di pH di 1.
BACTERIA
L’analisi filogenetica dei Bacteria ha dimostrato l’esistenza di almeno 11 gruppi
distinti di batteri, ma molti di essi hanno membri che non sono correlati tra loro
fenotipicamente e fisiologicamente.
Il Bergey's Manual of Systematic Bacteriology (2001) riconosce 23 distinti phyla
di bacteria (Phylum è il taxon più elevato in un Dominio), ma ci sono grandi
variazioni nel fenotipo tra i membri dei gruppi.
Litotrofi. La litotrofia, un tipo di metabolismo che richiede composti
inorganici come fonte di energia, si trova sia negli Archaea che nei Bacteria.
I metanogeni usano H2 come fonte di energia, e molti termofili usano H2S o
S elementare come fonte di energia per la crescita.
I Bacteria litotrofi sono tipicamente Gram-negativi che utilizzano substrati
inorganici, tra cui H2, NH3, NO2, H2S, S, Fe++, e CO.
Ecologicamente, i più importanti Batteri litotrofi sono i nitrificanti
Nitrosomonas and Nitrobacter che insieme convertono NH3 a NO2, e NO2 a
NO3, e i batteri incolori sulfurei come Thiobacillus che ossida H2S a S e S a
SO4. La maggior parte dei batteri litotrofi sono autotrofi, e, in alcuni casi,
giocano un ruolo importante nella produzione primaria di materia organica in
natura.
Il metabolismo litotrofico non si estense agli eucarioti (aq meno che una
cellula nucleata non ospiti endosimbionti lititrofi), e questi batteri sono
importanti nei cicli biogeochimici degli elementi.
Pseudomonadali e relativi.
"Pseudomonadali" è un termine per batteri che ricordano
morfologicamente e fisiologicamente i membri del genere Pseudomonas,
un gruppo molto biodiverso di bastoncini Gram-negativi con un
metabolismo strettamente respiratorio.
Il termine è riservato a membri del genere Pseudomonas e
Xanthomonas, ma molti altri batteri correlati condividono queste
caratteristiche degli pseudomonadali, i.e., batteri Gram-negative che
vivono come aerobi stetti. Nel Bergey's Manual, questi batteri sono
classificati insieme come cocchi e bastoncini aerobi Gram-negativI.
Sull’albero filogenetico dei Bacteria i generi sono sparsi tra i
Proteobacteria, con qualche parente stretto tra le
Enterobacteriaceae. Gli Pseudomonadali si muovono attraverso flagelli
polari; gli enterici come E. coli nuotano per mezzo di flagelli
peritrichi. Gli enterici fermentano gli zuccheri come il glucosio; gli
pseudomonadali non fermentano zuccheri. E la maggior parte degli
pseudomonadali hanno un citochromo inusuale nella catena di trasporto
degli elettroni che può essere determinata nelle colonie con un test
colorimetrico chiamato “test ossidasi”. Gli Pseudomonadali sono
ossidasi- positivi.
La maggior parte degli pseudomonadali vivono liberi nel suolo e nelle acque;
giocano un ruolo importante nella decomposizione,biodegradazione, e nei
cicli di C e N. Sono conosciuti per la loro capacità di degradare centinaia
di diversi composti chimici organici, tra cui insetticidi, pesticidi, erbicidi,
plastiche, petrolio, idrocarburi e altre molecole refrattarie in natura.
Non sono capaci di degradare biopolimeri come cellulosa e lignina, e
svolgono un ruolo minimale nella decomposizione anaerobia.
Ci sono almeno 150 specie di Pseudomonas.
Pseudomonadali: Bastoncini Gram-negativi mobili per flagelli polari
Batteri Azoto-fissatori. Questo è un gruppo diverso di procarioti, che
comprende gruppi distinti di Archaea e Bacteria. I membri sono
caratterizzati dalla loro capacità metabolica di “fissare l’azoto”.
L’azotofissazione è la riduzione di N2 (atmosferico) a NH3 (ammonio). E’ un
complicato processo enzimatico mediato dall’enzima nitrogenasi. La
nitrogenasi si trova solo nei procarioti ed è uno degli enzimi più abbondanti
della Terra. La conversione del gas AZOTO (che costituisce circa l’ 80%
dell’atmosfera) ad ammonio introduce l’azoto nel ciclo biologico. Le cellule
viventi ottengono l’azoto in molte forme, ma solitamente come ammonio (NH3)
o nitrati (NO3), e mai come N2. La Nitrogenasi estrae l’N dall’atmosfera e lo
riduce ad NH3 in una reazione che richiede potere riducente (elettroni) ed
energia (ATP). NH3 è immediatamente assimilato in amino acidi e proteine: in
questo modo l’azoto atmosferico è fissato nel materiale organico.
Sebbene sia un tratto diffuso nei procarioti, l’azotofissazione avvienesolo in pochi generi.
Soprattutto nei batteri simbionti Rhizobium e Bradyrhizobium che fornano noduli sulle radici
delle leguminose. In questa simbiosi, il batterio invade la radice della pianta e fissa N che
dividepoi con la pianta. La pianta fornisce un habitat favorevole pee il batterio e nutrienti ed
energia per una fissazione efficiente. Rhizobium e Bradyrhizobium sono Gram-negativi aerobi
vicini agli pseudomonadali. Un batterio non correlato, un attinomicete, Frankia, produce lo
stesso tipo di simbiosi formando noduli su radici di piante come ontano (Alnus), mirto (Myrica)
e Ceanothus. Questo fatto permette all’ontano di comportarsi da “pianta pioniera" (tra
leprime colonizzatrici) in suoli deficienti in N.
I Batteri lattici sono cocchi e bastoncini Gram-positivi, che non formano
spore. Essi producono acido lattico come unico o prIncipale prodotto della fermentazione. Sono
importanti nella indUstria per la produzione di formaggio,yogurt, latte acido, crema acida,
crauti. I generi più importanti sono Streptococcus e Lactobacillus. Alcune specie sono normali
componenti della flora del corpo umano (cavità orale, tratto intestinale, vagina); alcuni
streptococchi sono patogeni degli esseri umani. Alcuni batteri lattici sono responsabili della
formazione della placca dentale e dell’inizio della carie.
I bacteria formanti endospore
producono una unica cellula dormiente chiamata
endospora. Sono Gram-positivi e a forma di bastoncini, con eccezioni. I due generi più
importanti sono Bacillus, aerobi presenti nel suolo, e Clostridium, anaerobi presenti nel suolo e
nei sedimenti e nel tratto intestinale degli animali.
Bacilli formanti endospore. Le Endospore sono cellule deidratate, che appaiono come punti di
luce brillante al microscipio a contrasto di fase. Si caratterizzano dalla posizione
dell endospora nella cellula madre prima del suo rilascio. La spora può essere centrale,
terminale o subterminale, e la cellula madre può o no essere allargata per accomodare la
spora.
UN CASO STUDIO: Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis
Membri del gruppo B. cereus, mostrano diversi fenotipi ed effetti patologici.
Bacillus anthracis: noto come arma biologica per le spore resistenti nell ambiente e
per la sua capacità di causare l antrace per inalazione. Geni chiave per la virulenza
presenti su plasmidi (pXO1 e pXO2) (molecole di DNA a doppia elica, circolari,
extra-cromosomali). Analizzata la sequenza completa del cromosoma, trovate alcune
proteine codificate nel cromosoma che contribuiscono alla patogenicità. Quasi tutte
hanno omologie con quelle di B. cereus (=similarità di B. anthacis con specie vicine).
Per la completa patogenicità, si devono esprimere determinanti della virulenza come
la capsula, costituita da acido poli-d-glutamico. I dati molecolari confermano
l ipotesi dell evoluzione di B. anthracis da un antenato di B. cereus attraverso
l acquisizione di elementi chiave come la capacità di produrre tossina e capsula.
Bacillus cereus: ubiquitario nel suolo e patogeno opportunista, causa intossicazioni
alimentari.
Bacillus thuringiensis: patogeno di insetti usato in tutto il mondo come biopesticida
da oltre 40 anni, spesso disperso sui campi con l aereo. Produce cristalli proteici
intracellulari tossici per un gran numero di insetti.
Unica differenza con B. cereus è la presenza di geni che codificano per le tossine
insetticide, presenti su plasmidi. Se si perdono i plasmidi, B. thuringiensis non è più
distinguibile da B. cereus.
GENETICA BATTERICA
Informazione genetica risiede nel DNA, che nei batteri
non è contenuto all'interno di una membrana nucleare, ma
distribuito nel citoplasma (nucleoide).
In molti batteri il DNA= singolo cromosoma circolare.
PLASMIDI: elementi che si replicano autonomamante
composti solo di DNA (generalmente circlari). Portano
informazioni ausiliarie per regolare funzioni come:
resistenza a antibiotici, produzione di batteriocine.
Possono trasmettersi da un batterio all altro= aumenta
la variabilità genetica.
LUNGHEZZA CROMOSOMA: in E. coli: 1.2 mm
I batteri non hanno uno stadio riproduttivo sessuale
obbligato nel loro ciclo vitale, ma sono comunque capaci
di scambiarsi informazione genetica.
INFORMAZIONE GENETICA, contenuta nel DNA, può
essere trasferita da cellula a cellula. Non è uno
scambio vero, perché solo una di due cellule riceve
nuova informazione.
La quantità di DNA che è trasferita è solo una parte
del cromosoma, un piccolo pezzo. Oppure plasmidi.
Trasferimento genico nei batteri
Unidirezionale: dal Donatore al Ricevente
Parziale: il Donatore non fornisce mai l’intero
cromosoma – Merozigote
Non specifico: il trasferimento genico può
verificarsi tra specie differenti Trasferimento genetico orizzontale (TGO)
L’adattamento all’ambiente può avvenire nei procarioti
come conseguenza di un processo di trasferimento genico
(1) passaggio del DNA dal Donatore al Ricevente
(2) integrazione del DNA nel Ricevente
Il 1° stadio è
rilevabile solo
se si verifica
anche il 2°
stadio
Come avviene la ricombinazione?
Richiede proteine specifiche prodotte nella cellula
ricevente (tra gli altri i prodotti dei geni rec)
Richiede regioni con sequenze di DNA molto simili
(omologhe) tra donatore e ricevente
(RICOMBINAZIONE OMOLOGA)
In tal caso un filamento del donatore si appaia con uno
del ricevente, e può verificarsi uno scambio che
permette l’incorporazione del DNA del donatore nel
cromosoma del ricevente
Questo tipo di ricombinazione si è probabilmente
evoluto come meccanismo per la riparazione del DNA
I batteri possono scambiare DNA in 3 differenti modi
Trasformazione
Coniugazione
Trasduzione
TRASFORMAZIONE
Scoperta nel 1928 da Griffith.
Assorbimento di DNA libero dal substrato.
Devono essere in uno stato detto di "competenza", che
esiste naturalmente solo in un piccolo numero di
batteri, come nei generi Neisseria, Haemophilus,
Streptococcus, Bacillus. Molti altri, come Escherichia
coli, possono essere resi competenti attraverso
l'esposizione a cloruro di calcio, CaCl2, in ambienti
artificiali, in laboratorio.
In batteri Gram positivi, Bacillus e Streptococcus pneumoniae la competenza appare nella
tarda fase logaritmica di crescita.
In batteri Gram negativi, Neisseria gonorrhoeae e Haemophilus influenzae, le cellule sono
competenti per tutto il ciclo di crescita
La TRASFORMAZIONE
è il mezzo più potente
per la tecnologia del
DNA ricombinante.
Quando un pezzo di
DNA da un organismo
con tratti diversi viene
incorporato da un altro
organismo, quest'ultimo
acquisisce le nuove
caratteristiche.
CONIUGAZIONE: trasferimento genico
da un donatore a un ricevente tramite
contatto fisico diretto tra cellule
- Donatore
•  fattore F (Fertilità)
–  pilo F
•  Ricevente
–  fattore F assente
Donor
Recipient
Stati fisiologici del Fattore F
•  Autonomo (F+)
–  Caratteristiche degli incroci F
+ x F•  F- diventa F+ mentre F+
rimane F+
•  Basso trasferimento di geni
cromosomali del donatore
F+
Stati fisiologici del Fattore F
Integrato (Hfr)
Caratteristiche
degli incroci Hfr
x F•  F- raramente
diventa Hfr mentre
Hfr rimane Hfr
•  Alto trasferimento
di geni cromosomali
del donatore
Hfr
Hfr
F-
F-
Hfr
Hfr
F-
F-
TRASDUZIONE
trasferimento di materiale genetico mediato da virus
I virus batterici sono anche chiamati
BATTERIOFAGI, o FAGI
•  Trasferimento genico da un donatore a un
ricevente mediato da un batteriofago
•  Resistente a nucleasi ambientali
Struttura e Composizione di un Fago
•  Struttura (T4)
–  Size (80 X 100
nm)
–  Head or capsid
–  Tail
Head/Capsid
Contractile
Sheath
Tail
Tail Fibers
Base Plate
Tipi di Batteriofagi
•  Fagi litici o virulenti – Fagi che si moltiplicano nella
cellula dell’ospite, lisano la cellula e rilasciano la
progenie (e.g. T4)
•  Fagi lisogenici o temperati: Fagi che possono
moltiplicarsi con ciclo litico o entrare in stato
quiescente in una cellula batterica.
–  Espressione della maggioranza dei geni fagi
repressa
–  Profago – Fago in stato quiescente
–  Lisogeno – Batterio contenente un profago
Eventi che conducono alla lisogenia
•  Circolarizzazione del cromosoma fagico
–  Terminazioni “appiccicose”
Terminazioni
“appiccicose”
ligasi
doppio filamento lineare
circolo aperto
circolo chiuso
Trasduzione generalizzata
•  Infezione del Donatore
•  Replicazione dei fagi e degradazione del DNA dell’ospite
•  Assemblaggio delle particelle fagiche
•  Rilascio dei fagi
•  Infezione del Ricevente
•  Ricombinazione omologa
Potenzialmente qualsiasi gene del donatore può essere transferito
Il primo genoma batterico completamente sequenziato
nel 1995.
Grandezza: da 600.000 paia di basi (bp) in alcuni
micoplasmi a 4.700.000 bp in E. coli, a 8.000.0000 bp
in Mesorhizobium loti (negli eucarioti fino a 4 miliardi
nel genoma unamo).
Numero di geni: M. loti ca. 8.000, S. cerevisiae ca.
6.200.
SEQUENZIAMENTO GENOMI BATTERICI
1995: Haemophilus influenzae
1996: Mycoplasma pneumoniae
1997: E. coli, Helicobacter pylori,Bacillus subtilis
1998: Mycobacterium tubercolosis, Treponema pallidum
1999: Deinococcus radiodurans
2000: Vibrio cholerae, Pseudomonas aeruginosa
2001: Yersinia pestis