La riproduzione batterica

La riproduzione batterica

La riproduzione dei batteri avviene attraverso un meccanismo asessuato chiamato scissione binaria. Gli eventi di scissione binaria permettono a una singola cellula batterica di dividersi in due cellule identiche definite cellule figlie.

La scissione binaria

La scissione binaria è un meccanismo molto semplice che permette alla maggior parte dei batteri di duplicarsi in pochi minuti. La prima tappa della riproduzione procariotica è rappresentata dalla duplicazione del materiale genetico. Il DNA è duplicato e, successivamente, fissato ai poli opposti della cellula batterica.

Il secondo passo è quello dell'allungamento cellulare al quale seguirà la formazione del cosiddetto setto di divisione. Nel plasmalemma batterico il setto interrompe la continuità della parete e della membrana cellulare. Da un punto di vista morfologico il setto si genera esattamente a metà della cellula. L'ultimo processo prevede il distaccamento delle due cellule figlie. Le due strutture nascenti possiedono ciascuna una copia del cromosoma batterico.

Le osservazioni sui meccanismi di divisione dei batteri hanno permesso di individuare una struttura proteica chiamata divisoma. Il divisoma è una struttura complessa che si forma a livello del setto e permette di biosintetizzare la parte di parete cellulare necessaria alla formazione delle due cellule figlie. È capace di valutare il raddoppiamento della cellula madre e permettere al setto di formarsi.

I plasimidi

In aggiunta al cromosoma principale, molti batteri ospitano filamenti di DNA circolari più piccoli detti plasmidi, cioè piccole molecole circolari di DNA a doppia elica. Ogni plasmide contiene in media 10-12 geni e ha una propria origine di replicazione che ne consente la duplicazione sincrona con quella del cromosoma principale, in modo da essere ereditato dalle cellule figlie. I geni portati dai plasmidi si distinguono in tre categorie: 1. Operoni metabolici specializzati, che conferiscono la capacità di metabolizzare composti organici complessi, come gli idrocarburi. 2. Geni per la resistenza agli antibiotici, sviluppati dai batteri per aggirare le difese di altri organismi, portati dai plasmidi R. 3. Geni per la coniugazione, che risiedono nei plasmidi F e codificano per proteine in grado di promuovere il trasferimento di geni tra cellule batteriche.

I plasmidi possono passare facilmente da una cellula batterica all'altra. Per questo le cellule batteriche possono scambiarsi il materiale genetico attraverso i processi di coniugazione, trasduzione e trasformazione. Questi processi prendono il nome di trasferimento genetico orizzontale.

Coniugazione

La coniugazione batterica è un processo con il quale una cellula batterica trasferisce porzioni di DNA ad un'altra tramite un contatto cellula-cellula. Il fenomeno può portare al verificarsi di ricombinazione genetica nei batteri. Le cellule che possiedono il plasmide F (indicate con F+) sono donatrici, sono quindi in grado di trasferire il proprio plasmide alle cellule riceventi (indicate con F−). Il fattore F viene trasmesso grazie alla sintesi, a partire da geni contenuti sullo stesso plasmide, di piccole estroflessioni, dette pili, che prendono contatto con una cellula ricevente, avvicinandola e rendendo possibile il passaggio del materiale genico, che avviene grazie alla formazione di un ponte di coniugazione.

Un filamento del DNA circolare del plasmide viene tagliato e un filamento parentale viene trasferito nella cellula ricevente. Si attiva quindi nel donatore la replicazione del DNA mediante il meccanismo a cerchio rotante, che porterà al rimpiazzamento del filamento che è stato trasferito. Il fattore può comportarsi da episoma, è quindi in grado di integrarsi nel cromosoma. In questo caso la cellula batterica viene indicata come cellula HFR (high frequency of recombination). In questo caso tutto il cromosoma della cellula HFR, inizialmente circolare, si apre e viene trasferito alla cellula F− secondo una modalità lineare.

Trasformazione La trasformazione batterica è un fenomeno parasessuale tramite il quale i batteri possono scambiarsi materiale genetico. Nella trasformazione, molecole di DNA provenienti da cellule lisate vengono acquisite dai batteri direttamente dall'ambiente extracellulare. Una volta che il DNA trasformante è entrato nella cellula ospite, il cromosoma di quest’ultima può incorporare nuovi geni con un processo molto simile alla ricombinazione eucariotica. Solo alcune specie batteriche possono acquisire DNA estraneo dall'ambiente, che deve essere a doppia elica, e vengono dette "naturalmente competenti". Le altre specie, invece, possono diventare competenti in laboratorio. Per fare ciò, bisogna permettere alle molecole di DNA di attraversare la membrana rendendola temporaneamente permeabile.

Trasduzione La trasduzione batterica consiste nel passaggio del DNA di un batterio all' altro tramite un fago. La trasduzione avviene perché durante il ciclo litico vi è un errore nel meccanismo replicativo dei batteriofago, che porta all'inglobamento, nelle particelle virali, di porzioni di genoma batterico. In seguito a questo errore si verranno a produrre particelle virali in grado di infettare altre cellule, le quali possederanno al proprio interno sia genoma virale che genoma batterico, oppure parte di DNA batterico e virale. In seguito a infezione di una cellula batterica, il virus provoca la rottura del materiale genetico della cellula stessa e sfrutta i suoi componenti per produrre molte copie di sé. Al termine di questo processo alcuni frammenti di DNA del batterio possono finire nel capside delle nuove particelle fagiche in assemblaggio. I virioni con DNA virale e batterico escono dalla cellula dopo averne provocato la lisi; in caso di successiva infezione di questi fagi il DNA in essi contenuto sarà iniettato in un'altra cellula. Il frammento di DNA trasdotto, una volta penetrato nel batterio ricevente, può essere incorporato nel cromosoma mediante due o più crossing-over, sostituendosi così ad una parte del genoma del batterio ricevente. Quando un virus attacca una cellula batterica, il suo DNA può inserirsi nel cromosoma diventando così in grado di duplicarsi con esso. Questa condizione viene detta lisogenia e il batterio è detto lisogenico.

Il DNA virale può, in seguito a determinati stimoli, fuoriuscire dal cromosoma: in alcuni casi l'uscita non è precisa e il frammento che si stacca può portare con sé anche parte del cromosoma del batterio. Visto che molti virus si inseriscono sempre in loci ben definiti sul cromosoma, in questi casi trascineranno con loro sempre gli stessi geni, quelli adiacenti al sito di inserimento. Al termine del ciclo lisogenico si formeranno nuove particelle virali ed alcune di esse avranno questo DNA "misto". Possiamo distinguere due tipi di trasduzione:

• Trasduzione generalizzata, con la quale si trasferisce un gene qualsiasi dal cromosoma batterico alla cellula;
• Trasduzione specializzata, con la quale dal cromosoma sono trasferiti solo alcuni geni specifici.

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Realizzato da:

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