Trasduzione
Che cos'è la trasduzione?
La trasduzione è uno dei quattro meccanismi di scambio di informazioni genetiche proprio dei batteri.
Questi infatti possono donare una porzione del proprio DNA ad altri batteri che saranno definiti riceventi facendo così in modo che possano manifestarsi nuovi caratteri a livello genetico.
I geni quindi vengono trasmessi in maniera unidirezionale (da un batterio donatore ad uno ricevente) tramite un fenomeno detto "ricombinazione genetica" ovvero l'inserimento permanente di una nuova porzione genetica nel cromosoma del batterio ricevente.
I meccanismi di ricombinazione genetica sono di rilevante importanza poiché influenzano l'evoluzione di molte delle malattie infettive che possono manifestarsi nell'uomo e negli animali.
Da chi è operata la trasduzione?
Questo meccanismo di scambio viene reso possibile da un particolare virus che infetta solo le cellule batteriche: il batteriofago o fago. (Fig.1)
Questo ha una struttura particolare quasi fosse un aracnide che grazie alle sue zampe (fibre) si lega ai recettori presenti sulla superficie della cellula batterica che vorrebbe infettare e riesce attraverso una coda retrattile a "iniettare" il proprio DNA all'interno della cellula ospite.
(Fig. 1) Struttura generale di un batteriofago.
La struttura generale del fago è quindi composta da:
- una testa di forma esagonale per la presenza di un guscio proteico;
- un collo a cui è legato il corpo del batteriofago;
- una coda retrattile che si trova all'interno di una piastra nella parte terminale del corpo e le fibre.
Queste ultime come accennato in precedenza, molto importanti per la virulenza del batteriofago.
Come si replica il batteriofago nella cellula ospite?
Il batteriofago può infettare la cellula batterica seguendo differenti modalità di replicazione del DNA dalla quale dipende anche la tipologia di trasduzione che può avvenire.
Esistono genericamente due tipologie di fagi (virulenti e temperati) che seguono cicli di replicazione differenti.
Il batteriofago virulento segue il ciclo litico ovvero dopo la penetrazione del DNA virale all'interno del batterio, inizia la propria replicazione utilizzando le strutture biosintetiche della cellula infettata provocandone la lisi cioè la rottura e liberando la progenie di fagi (Fig. 3).
(Fig. 3) Rappresentazione del ciclo litico operata da batteriofago virulento Il batteriofago rilascia il suo materiale genetico nella cellula ospite ed ha inizio la attività replicativa che porterà alla lisi cellulare e alla liberazione della progenie.
Il batteriofago temperato invece segue il ciclo lisogeno o lisogenico ovvero una volta che il DNA virale penetra nella cellula batterica, non ne provoca la lisi ma integra il proprio DNA con quello del batterio divenendo un profago e inducendo la replicazione e la lisi cellulare in un secondo momento (Fig. 4).
(Fig. 4) Rappresentazione del ciclo lisogeno o lisogenico operato da batteriofago temperato. Nella schematizzazione si nota come i batteriofagi temperati debbano effettuare prima l'integrazione del proprio DNA con quello della cellula ospite e come solo in seguito ad induzione possano dare inizio alla attività replicativa.
In base al tipo di fago e al proprio ciclo vitale distinguiamo due tipologie di trasduzione:
- trasduzione generalizzata;
- trasduzione specializzata o ristretta.
Trasduzione generalizzata
La trasduzione generalizzata è resa possibile a seguito dell'infezione di un batteriofago virulento che si replica nella cellula batterica attraverso il ciclo litico.
Durante un normale ciclo all'interno della cellula infettata avviene la frammentazione del cromosoma batterico di solito in 100 pezzi.
Uno di questi può essere incorporato per sbaglio nel DNA del fago e venire copiato durante la replicazione del materiale genetico del batteriofago.
Pertanto i batteriofagi con il frammento di DNA batterico incluso risultanti dalla replicazione quando andranno ad infettare una nuova cellula ospite vi trasferiranno anche il gene prelevato dal batterio infettato in precedenza.
Trasduzione specializzata o ristretta
La trasduzione ristretta è resa possibile a seguito dell'infezione di un batteriofago temperato che si replica nella cellula batterica attraverso il ciclo lisogeno.
In questo tipo di meccanismo i batteriofagi che si sono replicati trasferiscono un frammento di cromosoma batterico che proviene sempre dalla stessa regione (è per questo che viene anche denominata ristretta ).
Ciò può avvenire perché durante il distacco del DNA virale da quello del batterio che porta alla formazione del profago, si manifesta un errore di asportazione di porzioni vicine della stessa lunghezza del genoma virale.
La progenie di batteriofagi avrà quindi annessa al proprio DNA una parte di DNA batterico che verrà copiata un'altra cellula ospite.
Questo tipo di trasduzione favorisce la comparsa di caratteri che sono propri del batterio donatore.
Il risultato della trasduzione
A seguito di entrambe le tipologie di trasduzione, sia che si tratti di un fago virulento o di un fago temperato, il DNA virale della progenie che ne deriva non contiene tutte le informazioni necessarie ad iniziare un nuovo ciclo vitale in quanto una parte del cromosoma batterico ha preso il posto di quello fagico che risulta quindi essere mancante.
Ciò consente al batterio infettato di non andare incontro alla lisi ma di trarre vantaggio dai geni che il fago ha precedentemente incorporato sviluppando nuovi caratteri che riguardino ad esempio la resistenza agli antibiotici.
Riassumendo
- I batteri possono scambiarsi informazioni attraverso meccanismi che chiamiamo di ricombinazione genetica
- Questi meccanismi sono importanti perché influenzano l'evoluzione delle malattie
- La trasduzione è uno di questi meccanismi ed è operata dai batteriofagi
- I batteriofagi o fagi sono virus che infettano solo ed esclusivamente cellule batteriche
- I batteriofagi hanno una forma particolare simile a un aracnide
- I batteriofagi sono formati da una testa, un collo, un corpo o core, una piastra al cui interno è presente una coda retrattile e delle fibre.
- Il batteriofago infetta le cellule ospiti agganciando le fibre ai recettori presenti sulla superficie del batterio e con la coda retrattile rilascia il proprio ,materiale genetico all'interno della cellula da infettare
- I batteriofagi sono di due tipologie : virulenti o temperati
- I fagi virulenti seguono il ciclo litico cioè a seguito di replicazione nella cellula ospite si libera la progenie provocando lisi cellulare
- I fagi temperati seguono il ciclo lisogeno o lisogenico cioè integrano il materiale genetico virale a quello batterico prima di iniziare l'attività replicativa e tramite induzione lisare la cellula ospite
- La trasduzione dipende dal tipo di batteriofago che infetta la cellula e quindi dalla modalità replicativa di quest'ultimo.
- La trasduzione generalizzata avviene per via di batteriofagi virulenti che seguono il ciclo litico. In sostanza, per un errore durante la replicazione viene impacchettato un frammento di cromosoma batterico
- La trasduzione specializzata o ristretta avviene per via di batteriofagi temperati che seguono il ciclo lisogeno. Durante la formazione del profago viene copiata una sequenza specifica di materiale genetico batterico che quindi prenderà il posto di quella virale
- Entrambe le tipologie di trasduzione danno come effetto l'impossibilità della progenie di fagi di replicarsi poiché manca una parte del proprio materiale genetico che è stato sostituito da quello batterico
- I batteri traggono vantaggio da questi errori durante la replicazione dei fagi poiché non possono essere lisati e acquisiscono nuovi caratteri portati dal batteriofago difettivo.
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