3 tipi di riproduzione sessuale che si verifica nei batteri (1869 parole)
I tipi di riproduzione sessuale che si verificano nei batteri sono i seguenti:
Osservazioni citologiche e studi genetici indicano qualcosa come la riproduzione sessuale, che coinvolge la fusione di due diverse cellule e un trasferimento di fattori ereditari si verifica nei batteri anche se raramente. La ricombinazione genetica si verifica in quei batteri che sono stati attentamente studiati e presumibilmente si verificano anche in altre specie.
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Una delle specie di batteri più intensamente studiate, l'Escherichia coli ha dimostrato di avere rapporti sessuali, alcuni come maschi e trasferire informazioni genetiche attraverso il contatto diretto con le femmine. Questa capacità di trasferire i geni è regolata da un fattore di fertilità F + che può essere trasferito a una femmina, convertendola in un maschio.
Le normali cellule batteriche vegetative sono aploidi e nella riproduzione sessuale parte o tutti i passaggi cromosomici dalla cellula maschile alla cellula femminile, producendo una cellula, cioè parzialmente o completamente diploide. L'attraversamento avviene quindi tra il cromosoma femminile e il cromosoma o frammento maschile, seguito da un processo di segregazione che produce cellule progenie aploidi.
1. Trasformazione batterica:
Il trasferimento genetico nei batteri avviene anche per trasformazione, in cui la molecola di DNA della cellula donatrice, liberata dalla sua disintegrazione, viene prelevata da un'altra cellula ricevente e la sua progenie eredita alcuni caratteri della cellula donatrice. Quando diversi ceppi di batteri si trovano in uno stato misto sia in coltura che in natura, alcuni dei discendenti che ne derivano possiedono una combinazione di caratteri dei ceppi genitore. Questo fenomeno è noto come ricombinazione.
Il fenomeno della trasformazione fu registrato per la prima volta da Griffith (1928). Avery, Macleod e McCarty (1944) hanno dimostrato che il principio di trasformazione è il DNA nella sequenza di eventi nella trasformazione batterica.
Le linee di indagine che hanno portato alla comprensione della natura chimica del materiale genetico sono nate da uno studio dell'organismo pestilenziale Diplococcus pneumoniae. Questo batterio causa la polmonite nei maschi. Nel 1928, Frederick Griffith scoprì che ci sono due ceppi di D. pneumoniae, uno che forma colonie lisce protette da una capsula, e l'altro che formava colonie irregolari o ruvide senza una capsula quando coltivate su un terreno adatto nelle piastre di Petri.
Quando iniettati nei topi (A) solo le cellule lisce a capsula (virulente) hanno prodotto la malattia, ma non le cellule ruvide non virulente (B). D'altra parte, quando il calore ha ucciso cellule lisce (virulente) capsulate sono state mescolate con cellule ruvide non virulente (D) e poi sono state iniettate nei topi in cui è stata prodotta la malattia. Questo dimostra che alcuni fattori delle cellule lisce capsulate morte, convertito le cellule viventi non virulente viventi in vivaci cellule (virulente) capsulati lisci, (vedi figura 2.16).
Nel 1944, Avery, McCarty e Macleod sostenevano l'esperimento di Griffith con una spiegazione molecolare. Hanno scoperto che il DNA isolato dal calore uccideva le cellule lisce, quando aggiunto alle cellule ruvide cambiava il loro carattere di superficie da ruvido a liscio, e le rendeva anche virulente.
Da questo esperimento, è stato dimostrato che il DNA era il materiale genetico responsabile dell'induzione del carattere regolare delle cellule e della loro proprietà di virulenza nei topi. Il loro esperimento ha dimostrato che la trasformazione batterica comporta il trasferimento di una parte del DNA dal batterio morto (cioè il donatore) al batterio vivente (cioè il ricevente), che esprime il carattere della cellula morta, e quindi è noto come un ricombinante.
L'agente infetto virale è il DNA:
Un batteriofago (virus T 2 ) infetta il batterio Escherichia coli. Dopo l'infezione, il virus si moltiplica e i fagi 2 vengono rilasciati con la lisi delle cellule batteriche. Come sappiamo, il fago T 2 contiene sia DNA che proteine. Ora sorge la domanda, quale delle due componenti ha l'informazione da programmare per la moltiplicazione di più particelle virali.
Per risolvere questo problema, Hershey e Chase (1952) escogitarono un esperimento con due diverse preparazioni di fago T 2 . In una preparazione hanno reso la parte proteica radioattiva e nell'altra preparazione il DNA è stato reso radioattivo. Successivamente una coltura di E. coli venne infettata da questi due preparati fagici. Immediatamente dopo l'infezione e prima della lisi dei batteri le cellule di E. coli sono state agitate delicatamente in un miscelatore in modo tale che le particelle di fago aderenti siano state allentate e quindi la coltura sia stata centrifugata. Con il risultato, le palline più pesanti di cellule batteriche infette si sono depositate sul fondo del tubo. Le particelle virali più leggere e quelle particelle che non entravano nelle cellule batteriche sono state trovate nel surnatante. Si è scoperto che quando il virus T 2 con DNA radioattivo è stato utilizzato per infettare E. coli nell'esperimento, il pallino batterico più pesante era anche radioattivo. D'altro canto, quando veniva usato il fago T 2 con la proteina radioattiva, il pellet batterico aveva pochissima radioattività e la maggior parte della radioattività era stata trovata nel supernatante. Questo
che è il DNA virale e non la proteina che contiene informazioni per la produzione di più particelle del fago T 2, quindi il DNA è materiale genetico. Tuttavia, in alcuni virus (ad es. TMV, virus dell'influenza e virus della polio) l'RNA funge da materiale genetico (vedi figura 2.17).
Hershey e Chase hanno condotto due esperimenti. In un esperimento, E. coli è stato somministrato in un terreno contenente il radioisotopo S 35 e nell'altro esperimento E. coli è stato coltivato in un terreno contenente il radioistoscopio P 32 . In questi esperimenti le cellule di E. coli sono state fatte infettate con il fago T 2 rilasciato dalle cellule di E. coli cresciute nel terreno S 35 hanno S 35 nel loro capside proteico, e quelle dal terreno P 32 avevano P 32 nel loro DNA.
Quando questi fagi sono stati utilizzati per infettare nuove cellule di E. coli in terreno normale, le cellule batteriche che avevano un'infezione dai fagi etichettati con S35 hanno mostrato la radioattività nella loro parete cellulare e non nel citoplasma. Considerando che i batteri infettati con fagi etichettati P 32 avevano mostrato la condizione inversa.
Quindi si può dire che quando il fago T 2 infetta la cellula batterica, il suo capside proteico rimane fuori dalla cellula batterica ma il suo DNA entra nel citoplasma del batterio. Quando le cellule infettate dei batteri vengono lisate, si formano nuove particelle virali complete (T 2fagi). Ciò dimostra che il DNA virale porta le informazioni per la sintesi di più copie di DNA e di proteine. Questo dimostra che il DNA è materiale genetico, (vedi figura 2.19).
2. Trasduzione batterica:
Il trasferimento genetico nei batteri si ottiene con un processo noto come trasduzione. L'esperimento di Lederberg e Zinder (1952) sulla Salmonella typhimurium a tubo di U indica che i virus batterici oi fagi sono responsabili del trasferimento di materiale genetico dall'uno all'altro
fagi litico. Così l'ospite acquisisce un nuovo genotipo. La trasduzione è stata dimostrata in molti batteri.
In questo processo, la molecola di DNA che trasporta i caratteri ereditari del batterio donatore viene trasferita alla cellula ricevente attraverso l'agente della particella dei fagi. In questo processo pochissimi personaggi strettamente collegati possono essere trasferiti da ogni particella. Quindi il batteriofago determina cambiamenti genetici in quei batteri che sopravvivono all'attacco dei fagi.
Quando una cellula batterica viene infettata da un virus temperato, inizia il ciclo litico o la lisogenia. Successivamente, il DNA ospite si scompone in piccoli frammenti insieme alla moltiplicazione del virus. Alcuni di questi frammenti di DNA sono incorporati con le particelle "del virus che si stanno trasducendo. Quando i batteri lisano queste particelle insieme alle normali particelle virali vengono rilasciate
quando questa miscela di particelle virali trasducenti e normali è in grado di infettare la popolazione delle cellule riceventi, la maggior parte dei batteri è infettata da particelle virali normali e con il risultato si verifica nuovamente lisi o ciclo litico. Alcuni batteri sono infetti da particelle transducenti, la trasduzione avviene e il DNA delle particelle virali subisce ricombinazioni genetiche con il DNA batterico. (Vedi le figure 2.20 e 2.21).
3. Coniugazione batterica:
Wollman e Jacob (1956) hanno descritto la coniugazione in cui due batteri giacciono fianco a fianco per almeno mezz'ora. Durante questo periodo di tempo una porzione di materiale genetico viene lentamente passata da un batterio che è designato come un maschio a un destinatario designato come una femmina. Questo fu stabilito che il materiale maschile entrò nella femmina in una serie lineare.
La ricombinazione genetica tra cellule donatrici e riceventi avviene come segue: Il DNA Hfr dopo aver lasciato una parte nel frammento nella cellula ricevente si riforma di nuovo in modo circolare. Nel ceppo F la ricombinazione genetica avviene tra il frammento del donatore e il DNA ricevente. Il trasferimento genico è un processo sequenziale e un determinato ceppo Hfr dona sempre i geni in un ordine specifico. Un DNA di donatore a singolo filamento (fattore F) è integrato nel cromosoma ospite con l'aiuto di enzimi nucleasi (vedere le figure 2.21 e 2.22).
Nella coniugazione batterica il trasferimento di materiale genetico (DNA) avviene per contatto cellula-cellula di cellule donatrici e riceventi. Durante il processo di coniugazione gran parte del genoma viene trasferita, mentre nella trasformazione e nella trasduzione viene trasferito solo un piccolo frammento di DNA. Il processo di coniugazione fu scoperto da Lederberg e Tatum (1944) in un unico ceppo di Escherichia coli. La coniugazione è stata dimostrata anche in Salmonella, Pseudomonas e Vibrio.
Nella coniugazione il trasferimento in un modo del materiale genetico avviene dal donatore al ceppo ricevente. I ceppi donatore e ricevente sono sempre determinati geneticamente. Il ceppo del ricevente è indicato come F, mentre i ceppi del donatore sono di due tipi e sono indicati come F + e H fr (alta frequenza di ricombinazione). Se il ceppo dona solo una piccola parte del suo genoma è chiamato F +, e se dona una grande quantità di genoma è chiamato H fr. Questi fattori F + e Hfr sono chiamati episomi.
I ceppi F + e Hfr sono caratterizzati dalla presenza di specifiche strutture simili a flagelli, il cosiddetto pilus del sesso. Il pilus del sesso è assente nei ceppi di F + ed è responsabile dell'accoppiamento batterico. I sex pili di F + e H fr toccano il tipo di accoppiamento opposto di cellule specificamente per trasferire il materiale genetico.
Il pilus del sesso ha un foro di 2, 5 μm di diametro che è abbastanza grande da permettere a una molecola di DNA di attraversarlo longitudinalmente. Al momento dell'accoppiamento, il DNA di ceppo H (donatore) viene trasferito immediatamente a F - ceppo (ricevente). Il DNA circolare delle cellule Hfr si apre e si replica, ma durante il trasferimento, un filamento di DNA viene nuovamente sintetizzato, mentre l'altro filamento è derivato da un filamento preesistente di ceppo H. Dopo il trasferimento del DNA entrambe le cellule sono separate l'una dall'altra.
Il DNA di H fr dopo aver separato il suo frammento dalla cellula ricevente si riforma di nuovo in modo circolare. In F - ceppo la ricombinazione genetica ha luogo tra il frammento del donatore e il DNA ricevente. Il trasferimento genico è un processo sequenziale, dato che un certo ceppo H dona sempre i geni in un ordine specifico. Se i ceppi F - e H fr sono autorizzati a miscelarsi in sospensione, diversi geni in una sequenza di tempo vengono trasferiti dal genoma di H fr a F - ceppo. I geni che entrano presto, appaiono sempre in percentuale maggiore delle ricombinazioni rispetto ai geni che entrano tardi, (vedi figure 2.22, 2.23 e 2.24).
La coniugazione risulta in un numero di ricombinanti in una sospensione di cellule F + e H. Questi ricombinanti sono variabili nella loro costituzione genotipica e quindi anche nella loro espressione fenotipica. Questi ricombinanti sono completamente nuovi e diversi dai loro genitori.
