Coniugazione batterica
La coniugazione batterica è il trasferimento di materiale genetico tra le cellule batteriche per contatto diretto da cellula a cellula o per mezzo di un collegamento a ponte tra due cellule.
La coniugazione è un meccanismo di trasferimento genico orizzontale, così come la trasformazione e la trasduzione, anche se questi altri due meccanismi non comportano il contatto tra cellule.
La coniugazione batterica è stata scoperta dai premi Nobel Joshua Lederberg e Edward Tatum. Essi hanno dimostrato che il batterio Escherichia coli è entrato in una fase sessuale durante la quale poteva condividere le informazioni genetiche.
La coniugazione batterica è spesso erroneamente considerata l'equivalente della riproduzione sessuale, poiché comporta lo scambio di materiale genetico. Durante la coniugazione la cellula donatrice fornisce un elemento genetico coniugativo o mobilizzabile che è più spesso un plasmide o un trasposone. La maggior parte dei plasmidi coniugativi ha sistemi che assicurano che la cellula ricevente non contenga già un elemento simile.
Le informazioni genetiche trasferite sono spesso vantaggiose per il ricevente. I benefici possono includere la resistenza agli antibiotici, la tolleranza agli xenobiotici o la capacità di utilizzare nuovi metaboliti. Tali plasmidi benefici possono essere considerati endosimbionti batterici. Altri elementi, tuttavia, possono essere considerati parassiti batterici e la coniugazione come un meccanismo da essi sviluppato per consentire la loro diffusione.
Meccanismo
Il plasmide evocativo di base è il F-plasmide, o fattore F. Il F-plasmide è un episodio (un plasmide che può integrarsi nel cromosoma batterico) con una lunghezza di circa 100.000 coppie di basi.
Ci può essere una sola copia della plasmide F in un dato batterio, libera o integrata, e i batteri che ne possiedono una copia sono chiamati F-positivi o F-plus (indicato con F+). Le cellule che mancano di plasmidi F sono chiamate F-negativi o F-meno (F-) e possono funzionare come cellule riceventi.
Disegno schematico della coniugazione batterica. Schema di coniugazione 1- La cellula donatrice produce il pilus. 2- Il pilus si attacca alla cellula ricevente e riunisce le due cellule. 3- Il plasmide mobile viene intaccato e un singolo filamento di DNA viene poi trasferito alla cellula ricevente. 4- Entrambe le cellule sintetizzano un filamento complementare per produrre un plasmide circolare a doppio filamento e riproducono anche il pilus; entrambe le cellule sono ora donatori vitali.
Trasferimento inter-regno
Le rizobie fissatrici di azoto sono un interessante caso di coniugazione tra i regni.
Per esempio, il plasmide che induce il tumore (Ti) dell'Agrobacterium e il plasmide che induce il tumore alle radici (Ri) di A. rhizogenes contengono geni che sono in grado di trasferirsi alle cellule delle piante. Questi geni trasformano le cellule vegetali in fabbriche che producono sostanze chimiche utilizzate dai batteri per l'azoto e l'energia. Le cellule infette formano rispettivamente ghiandole della corona o tumori radicolari. I plasmidi Ti e Ri sono quindi endosimbionti dei batteri, che sono a loro volta endosimbionti (o parassiti) della pianta infetta.
Ingegneria genetica
La coniugazione è un mezzo conveniente per trasferire materiale genetico a una varietà di bersagli. Nei laboratori sono stati segnalati trasferimenti di successo da batteri a lieviti, piante, cellule di mammiferi e mitocondri isolati di mammiferi.
La coniugazione ha dei vantaggi rispetto ad altre forme di trasferimento genetico. Nell'impiantistica, la coniugazione simile all'Agrobacterium è complementare ad altri veicoli standard come il virus del mosaico del tabacco (TMV). Mentre il TMV è in grado di infettare molte famiglie di piante, si tratta principalmente di dicoti erbacei. Anche la coniugazione simile all'agrobatterio è utilizzata principalmente per i dadi, ma non è raro che i destinatari delle monodoti siano portatori di monodoti.
Domande e risposte
D: Che cos'è la coniugazione batterica?
R: La coniugazione batterica è il trasferimento di materiale genetico tra cellule batteriche mediante contatto diretto tra cellule o mediante una connessione a ponte tra due cellule.
D: Quali sono gli altri meccanismi di trasferimento genico orizzontale?
R: Gli altri meccanismi di trasferimento genico orizzontale sono la trasformazione e la trasduzione, anche se questi due meccanismi non implicano il contatto cellula-cellula.
D: Chi ha scoperto la coniugazione batterica?
R: La coniugazione batterica è stata scoperta dai premi Nobel Joshua Lederberg ed Edward Tatum.
D: Cosa hanno dimostrato Lederberg e Tatum sull'Escherichia coli durante la coniugazione?
R: Lederberg e Tatum hanno dimostrato che il batterio Escherichia coli entra in una fase sessuale durante la quale può condividere informazioni genetiche.
D: Cosa fornisce la cellula donatrice durante la coniugazione?
R: Durante la coniugazione, la cellula donatrice fornisce un elemento genetico coniugativo o mobilizzabile, che nella maggior parte dei casi è un plasmide o un trasposone.
D: Quali sono i vantaggi dell'informazione genetica trasferita durante la coniugazione?
R: L'informazione genetica trasferita durante la coniugazione è spesso vantaggiosa per il ricevente. I vantaggi possono includere la resistenza agli antibiotici, la tolleranza agli xenobiotici o la capacità di utilizzare nuovi metaboliti.
D: Come possono essere visti alcuni elementi trasferiti durante la coniugazione?
R: Altri elementi trasferiti durante la coniugazione possono essere visti come parassiti batterici e la coniugazione come un meccanismo evoluto da loro per consentire la loro diffusione.
