Importanza della genetica dei microrganismi

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2 Importanza della genetica dei microrganismi 1.I microrganismi rappresentano un mezzo essenziale per comprendere la genetica di tutti gli organismi. 2.Vengono usati per isolare e duplicare specifici geni con la clonazione molecolare. 3. L uso su larga scala di microrganismi geneticamente modificati è uno dei principali aspetti delle biotecnologie. 4.Alcuni tipi di trasferimento di materiale genetico proprio dei batteri può aiutarci a capire come possano essere trasferiti da un organismo all altro e da una specie all altra i geni.

3 Ricombinazione genetica nei procarioti I batteri possono trasferire o scambiare DNA con altri batteri in 3 modi differenti la coniugazione la trasformazione la trasduzione

4 Materiale genetico procariota

5 Caratteristiche del materiale ereditario 1. Replicazione e trasmissione alla progenie dell informazione genetica 2. Trascrizione e traduzione dell informazione genetica 3. Ricombinazione e mutazioni

6 Processi genetici fondamentali Replicazione Trascrizione Traduzione DNA DNA mrna DNA mrna PROTEINE

7 Il DNA batterico i batteri contengono, in genere un solo cromosoma che ha forma circolare e che si trova in una zona della cellula detta nucleoide. Oltre al DNA cromosominco tutti i batteri contengono DNA non cromosomico: i plasmidi

8 PLASMIDI Dimensioni dei Plasmidi: tra 160 a 400 volte più piccoli del DNA genomico

9 PLASMIDI Elementi genetici accessori: materiale genetico extracromosomico DNA a doppia elica, forma circolare Possono essere presenti in centinaia di copie o assenti Capaci di replicazione indipendente Alcuni plasmidi F sono coniugativi(consentono ai batteri di scambiare materiale genetico) Non sono indispensabili, ma conferiscono alla cellula batterica ospite importanti vantaggi selettivi (i plasmidi R portano geni per la resistenza ad antibiotici.).

10 Plasmide R GENI PER LA RESISTENZA BATTERICA AGLI ANTIBIOTICI Geni per il trasferimento

11 Plasmide F È costituito da circa 22 geni. La formazione del pilo F è sotto il controllo di 12 geni Geni per il trasferimento Punto di origine del trasferimento

12 FUNZIONI CONFERITE AI MICRORGANISMI DAI PLASMIDI 1. Resistenza (antibiotici, sostanze tossiche come il mercurio, il rame). 2. Trasferimento geni plasmidi F 3. Metabolismo (utilizzare un inconsueto substrato, come idrocarburi lattosio, saccarosio) 4. Antagonismo (produrre proteine che uccidono altri batteri) 5. Interazioni tra organismi (fissazione dell azoto nelle piante) 6. Virulenza (trasformano batteri ospiti in patogeni)

13 Coniugazione 1. Richiede uno stretto contatto cellula cellula 2. Nella cellula donatrice sono presenti plasmidi coniugativi 3. I plasmidi coniugativi presentano geni per il trasferimento e per la sintesi del pilo F

14 CONIUGAZIONE BATTERICA

15 Coniugazione

16 Hfr (high frequency of ricombination). Ceppi batterici in grado di trasferie una grande quantità di DNA cromosomiale durante il processo della coniugazione sono detti Hfr (high frequency of ricombination ). I plasmidi F possono integrarsi nel cromosoma di una cellula batterica e durante la coniugazione trasferire una porzione di DNA batterico da una cellula all altra. Ricombinazione con il DNA del ricevente.

17 CONIUGAZIONE Ceppo donatore F+ Ceppo F- Ceppo HFR Ceppo F- Alta frequenza di ricombinazione

18 TRASFORMAZIONE 1. Non richiede uno stretto contatto cellulacellula 2. Utilizza DNA libero 3. Tipica dei batteri del suolo 4. Le cellule in grado di captare il Dna libero vengono definite competenti 5. Processo di ricombinazione

19 TRASFORMAZIONE

20 TRASFERIMENTO GENETICO ORIZZONTALE Donatore Ricevente

21 TRASFORMAZIONE TRASFORMAZIONE ARTIFICIALE TRASFORMAZIONE NATURALE CELLULE COMPETENTI

22 Esperimento di Griffith

23 Trasduzione Il vettore che trasporta i geni è un virus Generalizzata (associata al ciclo litico): trasduzione nella quale ogni gene batterico puo essere potenzialmente trasferito Specializzata (associata al ciclo lisogeno) Le particelle fagiche portano il gene batterico che si trova vicino al sito di inserzione:

24 Trasduzione specializzata ciclo lisogeno

25 TRASDUZIONE generalizzata ciclo litico

26 Elementi genetici mobili trasferimento gentico orizzontale I geni sono unità mobili! Possono cambiare posizione o spostarsi da una cellula all altra mediante i seguenti processi: Coniugazione Trasformazione Trasduzione Trasposoni Infezione virale

27 TRASFERIMENTO GENETICO ORIZZONTALE CONIUGAZIONE TRASFORMAZIONE TRASDUZIONE trasformazione trasduzione coniugazione

28 I trasposoni trasposoni (transposons) sono segmenti di DNA genomico, di varia lunghezza, che si staccano molto facilmente dal punto in cui si trovano per andare ad inserirsi in un altro punto. Essi costituiscono una grande percentuale del nostro DNA genomico (ed anche di tutte le specie, animali, vegetali, batteriche); fanno parte del cosiddetto "DNA ripetitivo" (non codificante). La loro funzione (o i loro effetti) sono pero molto importanti, rappresentano uno dei meccanismi molecolari principali alla base dell evoluzione; a seconda di dove si inseriscono possono infatti provocare inattivazione genica (alcuni tumori umani originano da trasposoni) o anche attivazione genica; possono modificare lo splicing (cioe il processo che dal RNA porta al mrna, mediante eliminazione degli introni), possono modificare l attivita di promoters ed enhancers A tutt oggi non e noto con precisione quale tipo di pressione evolutiva abbia portato alla diffusione dei trasposoni.

29 I trasposoni possono provocare riarrangiamenti nel genoma direttamente delezioni, inversioni, spostamento di sequenze escissione imperfetta indirettamente ricombinazione fra sequenze omologhe

30 I trasposoni sono elementi mobili che si trovano nel genoma di tutti gli organismi. Sono in grado, con meccanismi diversi, di saltare da un punto all altro del genoma. Questi salti possono determinare drastici cambiamenti nella struttura e nelle modalità di espressione dei geni. Sotto certi aspetti possono essere considerati come elementi parassitari, e in effetti alcuni di essi sono imparentati con particolari famiglie di virus. Tuttavia rappresentano un formidabile fattore positivo per i processi evolutivi. Non a caso circa il 45% del genoma umano è costituito da residui di trasposoni

31 TRASPOSONI Elementi genetici mobili IS SEQUENZE DI INSERZIONE Tn Trasposone

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