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14.4D: Plasmidi e Lisogenia - Biologia

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obiettivi formativi

  • Distinguere tra plasmidi e lisogenia per quanto riguarda la patogenicità

Plasmidi

I plasmidi sono molecole di DNA in grado di replicarsi indipendentemente dal DNA cromosomico. I plasmidi sono spesso caratterizzati dal loro aspetto circolare e dai doppi filamenti; variano anche in dimensioni e numero. I plasmidi sono presenti nei tre domini principali (Archaea, Bacteria ed Eukarya) e sono considerati "DNA nudo". "DNA nudo" si riferisce a un tipo specifico di DNA che non codifica per i geni che promuovono il trasferimento di materiale genetico a un nuovo ospite. I plasmidi sono presenti all'interno delle cellule come genomi cromosomici extra e sono uno strumento comune utilizzato in biologia molecolare per integrare nuovo DNA in un ospite. Nel campo della biologia molecolare, il DNA plasmidico viene spesso definito "vettori" per la loro capacità di trasferire DNA tra organismi. L'uso del DNA plasmidico in biologia molecolare è considerato una tecnologia del DNA ricombinante. Inoltre, il DNA plasmidico fornisce un meccanismo mediante il quale può avvenire il trasferimento genico orizzontale, contribuendo alla resistenza agli antibiotici.

Il trasferimento genico orizzontale è un importante meccanismo che promuove la resistenza batterica agli antibiotici, poiché il DNA plasmidico può trasferire geni da una specie di batteri a un'altra. Il DNA plasmidico che viene trasferito spesso ha sviluppato geni che codificano per la resistenza agli antibiotici. La capacità di trasferire questa resistenza da una specie all'altra sta diventando sempre più un problema nelle cliniche per il trattamento delle infezioni batteriche. Il processo di trasferimento genico orizzontale può avvenire attraverso tre meccanismi: trasformazione, trasduzione e coniugazione. Il trasferimento del DNA plasmidico è associato alla coniugazione poiché il trasferimento da ospite a ospite richiede un trasferimento meccanico diretto. I vantaggi del trasferimento del DNA plasmidico consentono vantaggi di sopravvivenza.

Lisogenia

La lisogenia è il processo mediante il quale un batteriofago integra i suoi acidi nucleici nel genoma di un batterio ospite. La lisogenia viene utilizzata dai virus per garantire il mantenimento degli acidi nucleici virali all'interno del genoma del batterio ospite. Il virus mostra la capacità di infettare il batterio ospite e di integrare i propri materiali genetici nel genoma del batterio ospite. Il materiale genetico appena integrato dei batteriofagi, chiamato profago, viene trasferito a nuove cellule figlie batteriche al momento della divisione cellulare. Il profago è integrato nel genoma del batterio a questo punto. Il ciclo lisogenico è fondamentale per garantire la trasmittanza degli acidi nucleici del batteriofago per ospitare il genoma del batterio. La lisogenia è uno dei due principali metodi di riproduzione virale utilizzati dai virus.

I cicli lisogenici sono utilizzati da specifici tipi di virus per garantire la riproduzione virale, ma necessitano anche del secondo metodo principale di riproduzione virale, il ciclo litico. Il ciclo litico, considerato il metodo principale di replicazione virale, determina l'effettiva distruzione della cellula infetta. Dopo la distruzione della cellula infetta, i nuovi virus, che si sono sviluppati dopo aver subito la biosintesi e la maturazione, sono liberi di infettare altre cellule. Il ciclo litico è caratterizzato dalla rottura intracellulare della parete cellulare dei batteri. I virus causano la distruzione della cellula batterica producendo enzimi che facilitano questo processo. Un esempio di virus che può promuovere la trasformazione del batterio da un ceppo non tossico a tossico attraverso la lisogenia è il virus CTXφ. In particolare, il batterio, Vibrio colera, si trasforma in un ceppo tossico in seguito all'infezione con il batteriofago. Questo batterio è quindi in grado di produrre una tossina del colera, la causa della malattia del colera.

Punti chiave

  • I plasmidi sono forme circolari a doppio filamento di "DNA nudo".
  • I plasmidi sono responsabili del trasferimento genico orizzontale che promuove lo sviluppo della resistenza agli antibiotici nei batteri.
  • La lisogenia è un importante metodo di riproduzione virale caratterizzato dall'integrazione di acidi nucleici virali nel genoma del batterio.

Parole chiave

  • batteriofago: Un virus che infetta specificamente i batteri.
  • lisogenia: il processo mediante il quale un batteriofago incorpora i suoi acidi nucleici in un batterio ospite

Centro di Bioingegneria, Accademia Russa delle Scienze, Prosp. 60-let Oktiabria, Bldg. 7-1, Mosca, 117312 Russia

Centro di Bioingegneria, Accademia Russa delle Scienze, Prosp. 60-let Oktiabria, Bldg. 7-1, Mosca, 117312 Russia

Center for Applied Biotechnology Studies, Dipartimento di Scienze Biologiche, College of Natural Sciences and Mathematics, California State University, Fullerton

Centro Nacional de Biotecnología, CSIC, Departamento de Biotecnología Microbiana, Madrid, Spagna

Riepilogo

Tutte le cellule con cromosomi lineari devono impiegare meccanismi speciali per replicare i terminali estremi dei loro cromosomi, poiché le DNA polimerasi da sole non sono in grado di svolgere questa funzione (1). La maggior parte degli eucarioti ha DNA aperto e impiega speciali enzimi "telomerasi" per questo scopo, ma ci sono altre soluzioni che assicurano la replica completa del DNA lineare: priming proteico, ricombinazione e forcine terminali chiuse covalentemente (rivisto nel riferimento 2). I procarioti di solito possiedono plasmidi e cromosomi circolari, ma sono noti esempi di repliconi lineari. Il batteriofago N15 appartiene al piccolo gruppo di organismi noti per replicarsi come DNA lineare con telomeri chiusi in modo covalente. Oltre a N15 e ai relativi plasmidi fagici, sono noti solo pochi esempi di tali repliconi da batteri, inclusi i plasmidi lineari e i cromosomi comuni nel genere spirochete Borrelia (3 – 5) e uno dei due cromosomi di Agrobacterium tumefaciens (6, 7). In questa recensione riassumerò il lavoro più rilevante su N15 e sui fagi correlati, con un'enfasi speciale sul meccanismo di replicazione, generazione di telomeri a forcina, controllo della lisogenia e mantenimento del profago plasmidico.


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