HP sull origine dei virus forme di vita degenerate che hanno perso molte delle loro funzioni essenziali Porzioni di genoma cellulare che si sono affrancate Evoluzione parallela ed indipendente rispetto a organismi cellulari (retaggio di mondo ad RNA) Virus comunque comparsi dopo cellule
I virus batterici sono sistemi modello per lo studio del gene e dei meccanismi molecolari che sottendono al flusso di informazione genica Facili da coltivare Elevata capacità replicativa grandi numeri
La morfologia della placca di lisi è carattere fenotipico utilizzato per l analisi genetica virale Lisi rapida placche piccole margini irregolari Lisi lenta placche grandi margine netto Carattere r
Altro carattere fenotipico utilizzato per l analisi genetica virale è la specificità di infezione o gamma di ospite Carattere h
Fasi del ciclo riproduttivo di un virus eucariotico Legame tra proteine di attacco e recettori cellulari Fusione con membrana o endocitosi mediata da recettore uncoating Modalità replicazione-biosintesi a volte degradazione DNA ospite Assemblaggio e rilascio mediante gemmazione o lisi cellulare
L interazione virus-ospite eucariotico può concludersi in: INFEZIONE PRODUTTIVA: Rilascio progenie virale numerosa morte celllulare per necrosi o apoptosi (cellule permissive) INFEZIONE ABORTIVA: no progenie (cellule non permissive) INFEZIONE RESTRITTIVA: scarsa progenie virale, ma persistenza del virus nella cellula in forma latente (cellule solo transitoriamente permissive)
Lo stato di latenza spesso consiste nella integrazione del genoma virale in quello dell ospite: STATO DI PRO-VIRUS Al contrario dei fagi lo stato di provirus è stabile e generalm irreversibile INTEGRAZIONE in gen casuale per genomi DNA a livello di siti virali specifici (LTR) per virus ad RNA In alcuni casi l infezione di cellule non permissive provoca la trasformazione neoplastica: virus oncògeni o tumorali virus a DNA (SV40, HPV, Epstein-Barr, HBV) interferiscono con normale proliferazione cellulare alterando pattern di espressione genica o altro virus a RNA (retrovirus HTLV-1, HIV) contengono copie alterate di geni endogeni cellulari coinvolti in controllo ciclo
Alcuni retrovirus ricopiano il proprio RNA in DNA (cdna) (enzima trascrittasi inversa) per poi integrarlo nel DNA della cellula ospite (ricombinaz sitospecifica) coinvolgendo LTR
Molti virus sono agenti eziologici di malattie umane (raffreddore, influenza, epatiti, vaiolo, poliomielite, AIDS, rabbia, morbillo, varicella ) Il virus dell influenza A è ad RNA segmentato; capside + pericapside fosfolipidico con spicole proteiche che mediano adesione con cell ospite Gamma d ospite: infetta cellule tratto respiratorio di vari animali (mammiferi ed uccelli) Molto contagioso Responsabile di pandemie (epidemie diffuse in grosse aree)
CICLO VITALE del virus influenza A Le molecole di RNA- sono trascritte in mrna+ traduzione nel citosol proteine virali Trascrizione nel nucleo nuovi genomi RNA- morte cellulare Elevato tasso di errore della trascrittasi, co-infezione e ampiezza serbatoio animale ospite veloce evoluzione del virus influenzale sempre nuove varianti verso cui SI non è preparato (vaccini annuali) Le infezioni miste con virus provenienti da animali virulenza
Il virus unfluenzale H1N1 è di origine suina e si è prodotto per ricombinazione di tratti virali suini, aviari e umani evoluzione rapida e drastica del genoma (shift antigenico) pandemie
Virus oncogeni a DNA nell uomo Es HPV infetta epiteli - responsabile del 70% tumori cervice uterina (trasmissione via sessuale) Oncogeno quando si integra in genoma ospite: espressione di geni che stimolano crescita cellulare neoplasia (ceppi HPV-16 e -18) Vaccinazioni preventive, utilità di PAP test Degrada oncosoppressore p53 Lega e inattiva oncosoppressore Rb
Genetica batterica Anche batteri sono ottimi modelli di studio: semplici dal pv genetico (genomi piccoli e aploidi), facili da coltivare in laboratorio, tasso riproduttivo alto, Negli anni 50-60 studi sui batteri hanno permesso di dimostrare natura del materiale genetico (esp trasformazione di Griffith ripreso da Avery, MacLeod, McCarty) Es. p di ricombinazione prime mappature geniche Esp di Jacob e Monod: modello operone nella regolazione dell espr. genica
I Batteri possono essere coltivati in terreni di coltura solidi o liquidi Caratteri fenotipici tipicamente studiati: Morfologia colonia Mutanti nutrizionali (capacità di crescere in particolari condizioni colturali) Mutanti di resistenza
Oltre al genoma principale (cromosoma batterico formato da DNA ds circolare) i batteri hanno plasmidi ed episomi: piccoli DNA circolari. Contengono geni per resistenza a antibiotici, produzione tossine, e/o funzioni che possono dare vantaggio selettivo in particolari condizioni crescita, e geni di trasferimento
Plasmidi: solo citoplasmatici Episomi: sia in forma libera citoplasmatica che integrati nel genoma principale
Individuati 3 tipi sessuali F- : ricevente F+: donatore, ha un fattore F (episoma) con funzione cpniugativa Hfr: donatore con alta freq di ricombinazione, ha fattore F integrato nel genoma
Il fattore F contiene geni per formare pilo coniugativo Il trasferimento avviene a partire da un punto preciso: mentre si trasferisce, il DNA si duplica ( una copia resta nella cellula donatrice) La cellula ricevente a sua volta diventa F+
Nei ceppi Hfr il fattore F è integrato nel genoma Questi ceppi trasferiscono, oltre al DNA di F, anche il DNA genomico associato In q caso, la cellula ricevente raramente diventa F+ perchè prima di trasferire l ultimo tratto di F deve essere trasferito intero genoma (contatto deve durare almeno 1 h 30 min!!)
Esperimenti di accoppiamento interrotto tra ceppi Hfr e ceppi F- (con genotipi diversi) ha permesso di creare mappe genetiche di E. coli (ordine relativo dei geni definito in base al tempo necessario per trasferire versione alternativa del gene corrispondente mediante coniugazione) Questi esperimenti hanno anche dimostrato che il genoma batterico è circolare
I plasmidi coniugativi spesso contengono geni resistenza a antibiotici
Trasduzione Trasferimento di DNA da un batterio donatore (precedentemente infettato) and un ricevente, attraverso un fago -Generalizzata: trasferito tratto qualsiasi DNA che si impacchetta insieme a DNA Virale - Specializzata: trasfer di seq. specifiche
Trasduzione specializzata Deriva da un fago lisogeno (integrato come profago nel DNA batterico) Quando il fago si excide dal genoma batterico per riprendere via litica, può incorporare per sbaglio breve tratto di DNA batterico Il tratto trasdotto è specifico perchè il sito di integrazione del fago sul genoma batterico è specifico (siti att)
Anche gli studi sul trasferimento genico associato a trasformazione e trasduzione hanno contribuito a mappare geni batterici (soprattutto quelli molto vicini) In particolare la frequenza di cotrasduzione e/o di cotrasformazione di marcatori genici ha permesso di stimare il grado di associazione tra geni: cioè quanto sono distanti fisicamente sul DNA Freq cotrasduzione alta minore distanza fisica Freq cotrasduzione bassa maggiore distanza fisica
Meccanismo molecolare di ricombinazione Ricombinazione omologa: scambio reciproco di DNA tra sequenze omologhe (crossing over tra cromatidi meiotici, integrazione di DNA trasdotto, coniugato o trasformato in batteri, ricombinazione virale) La ricombinazione avviene per rotture a doppio filamento sul DNA, srotolamento, invasione di ssdna su filamento complementare, saldatura, taglio e ricongiunzione (vari enzimi coinvolti, alcuni si trovano nel complesso sinaptinemale) Modello di Holliday
Ricombinazione sito-specifica: brevi seq specifiche di DNA sono riconosciute da enzimi recombinasi unione delle 2 molecole di DNA in cui si trovano sequenze (+efficiente di ricombin. omologa) Es integrazione di fago λ e di fattore F nel genoma batterico