Genetica Batterica: Cromosomi e Plasmidi

Genetica Batterica

• I batteri si riproducono asessualmente tramite scissione binaria, un processo di clonazione.
• Durante la scissione binaria, la cellula progenitrice duplica il suo DNA e si divide in due cellule figlie identiche.
• La scissione binaria è un processo molto rapido, vantaggioso in ambienti stabili.
• Uno svantaggio della riproduzione asessuata è la scarsa variabilità genetica, che può portare a problemi di adattamento in caso di cambiamenti ambientali.
• I batteri hanno meccanismi per scambiarsi informazioni genetiche senza la scissione binaria.

Caratteristiche Genetiche dei Batteri

• I batteri hanno dimensioni medie di circa un micrometro.
• Possiedono un singolo cromosoma circolare costituito da DNA a doppia elica.
• La duplicazione del DNA batterico ha un solo punto di origine.
• I batteri contengono plasmidi, piccole molecole di DNA circolare a doppio filamento con pochi geni che si replicano autonomamente.
• La trasmissione genetica tra batteri spesso avviene tramite i plasmidi.

Meccanismi di Ricombinazione Genetica

• Esistono tre meccanismi principali di ricombinazione genetica nei batteri: coniugazione, trasformazione e trasduzione.
• Questi meccanismi sono indipendenti dalla fase riproduttiva.

Coniugazione

• La coniugazione è il processo di ricombinazione genetica più importante nei batteri.
• Due batteri entrano in contatto e uno (donatore) trasferisce geni all'altro (ricevente).
• Il batterio donatore emette pili sessuali per entrare in contatto con il batterio ricevente.
• Il plasmide viene trasferito dal batterio donatore al batterio ricevente attraverso un ponte citoplasmatico.
• Il batterio donatore è definito cellula F+ (possiede il plasmide F), mentre il ricevente è F- (non possiede il plasmide F).
• Alla fine della coniugazione, sia il batterio donatore che il ricevente diventano F+.

Plasmidi

• I plasmidi sono molecole di DNA separate dal cromosoma principale, capaci di replicarsi autonomamente.
• Sono elementi genetici mobili, trasmissibili tra batteri tramite coniugazione.
• Esistono diversi tipi di plasmidi, tra cui:
  • Plasmidi F: Conferiscono la capacità di effettuare la coniugazione.
  • Plasmidi R: Contengono fattori di resistenza agli antibiotici.
• I trasposoni sono frammenti di DNA che si spostano all'interno del genoma di una cellula.
• I trasposoni possono spostarsi tra cromosoma e plasmide e spesso contengono geni per la resistenza agli antibiotici.
• I plasmidi R possono migrare tra le cellule tramite coniugazione.

Resistenza agli Antibiotici

• La resistenza agli antibiotici può essere trasferita tra batteri tramite il passaggio di plasmidi R.
• I batteri possono sviluppare resistenza tramite mutazioni spontanee nel genoma o acquisizione di plasmidi.
• I geni sui plasmidi R possono codificare per:
  • Enzimi che modificano l'antibiotico.
  • Modifiche strutturali che rendono inefficace l'antibiotico.
  • Vie metaboliche alternative non inibite dall'antibiotico.
  • Modifiche della permeabilità cellulare che impediscono l'ingresso dell'antibiotico.
• La resistenza agli antibiotici scoperta nel 1959 da scienziati giapponesi.

Trasformazione

• La trasformazione è un meccanismo in cui un batterio acquisisce DNA dall'ambiente.
• Il DNA può provenire da batteri morti e disintegrati.
• Il batterio ricevente incorpora il DNA nel proprio genoma.
• Non tutti i batteri sono capaci di trasformazione e l'efficacia varia tra le specie.
• Il DNA libero nell'ambiente viene captato dal batterio ricevente grazie a recettori o fattori di competenza.

Trasduzione

• La trasduzione avviene tramite virus che infettano i batteri (fagi).
• Durante il ciclo litico, frammenti di DNA batterico possono essere incorporati nel capside virale.
• Quando il virus infetta un altro batterio, il DNA batterico viene trasferito.
• Il DNA batterico trasferito può integrarsi nel genoma del batterio ricevente.
• Un fago infetta un batterio (A), acquisisce frammenti del suo DNA, e poi infetta un secondo batterio (B), trasferendo il DNA di A a B.

Riepilogo dei Meccanismi

• Coniugazione: Trasferimento diretto di plasmidi tramite pili sessuali.
• Trasformazione: Acquisizione di DNA libero dall'ambiente.
• Trasduzione: Trasferimento di DNA tramite virus batterici (fagi).