Definizione di coniugazione batterica
La coniugazione batterica è un modo con cui una cellula batterica trasferisce materiale genetico ad un’altra cellula batterica. Il materiale genetico che viene trasferito attraverso la coniugazione batterica è un piccolo plasmide, noto come F-plasmide (F per fattore di fertilità), che porta informazioni genetiche diverse da quelle già presenti nei cromosomi della cellula batterica. Infatti, il plasmide F può replicarsi nel citoplasma separatamente dal cromosoma batterico.
Una cellula che ha già una copia del plasmide F è chiamata cellula F-positiva, F-plus o F+, ed è considerata una cellula donatrice, mentre una cellula che non ha una copia del plasmide F è chiamata cellula F-negativa, F-minus o F-, ed è considerata una cellula ricevente. Il trasferimento del plasmide F avviene attraverso una connessione orizzontale con la quale la cellula donatrice e la cellula ricevente si contattano direttamente o formano un ponte tra le due attraverso il quale viene trasferito il materiale genetico. Nei casi in cui il plasmide F di una cellula donatrice è stato integrato nel genoma della cellula (cioè nel cromosoma), una parte del DNA cromosomico può anche essere trasferita alla cellula ricevente insieme al plasmide F.
Fasi della coniugazione batterica
Per trasferire il plasmide F, una cellula donatrice e una ricevente devono prima stabilire un contatto. A questo punto, quando le cellule stabiliscono il contatto, il plasmide F nella cellula donatrice è una molecola di DNA a doppio filamento che forma una struttura circolare. I seguenti passi permettono il trasferimento del plasmide F da una cellula batterica all’altra:
Passo 1
La cellula F+ (donatrice) produce il pilus, che è una struttura che si proietta fuori dalla cellula e inizia il contatto con una cellula F- (ricevente).
Step 2
Il pilus permette il contatto diretto tra la cellula donatrice e quella ricevente.
Step 3
Perché il plasmide F consiste in una molecola di DNA a doppio filamento che forma una struttura circolare, cioè, è attaccato alle due estremità, un enzima (relaxasi, o relaxosoma quando forma un complesso con altre proteine) intacca uno dei due filamenti di DNA del plasmide F e questo filamento (chiamato anche filamento T) viene trasferito alla cellula ricevente.
Fase 4
Nell’ultima fase, la cellula donatrice e la cellula ricevente, entrambe contenenti DNA a singolo filamento, replicano questo DNA e finiscono così per formare un plasmide F a doppio filamento identico al plasmide F originale. Dato che il plasmide F contiene informazioni per sintetizzare pili e altre proteine (vedi sotto), la vecchia cellula ricevente è ora una cellula donatrice con il plasmide F e la capacità di formare pili, proprio come la cellula donatrice originale. Ora entrambe le cellule sono donatrici o F+.
Le quattro fasi sopra menzionate possono essere viste in questa figura:
Trasferimento del DNA
Al fine di evitare di trasferire il plasmide F a una cellula F+, il plasmide F di solito contiene informazioni che permettono alla cellula donatrice di individuare (ed evitare) le cellule che ne hanno già uno. Inoltre, il plasmide F contiene due loci principali (tra e trb), un’origine di replicazione (OriV) e un’origine di trasferimento (OriT). Il locus tra contiene le informazioni genetiche che permettono alla cellula donatrice di essere attaccata a una cellula ricevente: i geni nel locus tra codificano per le proteine che formano i pili (gene pilina) per iniziare il contatto cellula-cellula, e altre proteine per attaccarsi alla cellula F e per iniziare il trasferimento del plasmide F. Il locus trb contiene DNA che codifica per altre proteine, come alcune che sono coinvolte nella creazione di un canale attraverso il quale il DNA viene trasferito dalla cellula F+ alla cellula F-. L’OriV è il sito in cui avviene la replicazione del DNA e l’OriT è il sito in cui l’enzima relaxasi (o il complesso proteico relaxosoma) intacca il filamento di DNA del plasmide F (vedi passo 3 sopra).
Anche se il DNA che viene trasferito nella coniugazione batterica è quello presente nel plasmide F, quando la cellula donatrice ha integrato il plasmide F nel proprio DNA cromosomico, la coniugazione batterica può portare al trasferimento del plasmide F e del DNA cromosomico. In questo caso, un contatto più lungo tra la cellula donatrice e quella ricevente comporta il trasferimento di una maggiore quantità di DNA cromosomico.
I vantaggi della coniugazione batterica rendono questo metodo di trasferimento genico una tecnica ampiamente utilizzata nella bioingegneria. Alcuni dei vantaggi includono la capacità di trasferire sequenze relativamente grandi di DNA e di non danneggiare l’involucro cellulare dell’ospite. Inoltre, la coniugazione è stata realizzata in laboratorio non solo tra batteri, ma anche tra batteri e tipi di cellule come cellule vegetali, cellule di mammiferi e lievito.
Quiz
1. Quale informazione genetica (DNA) contiene un plasmide F? DNA cromosomico.
B. DNA non cromosomico con geni regolatori.
C. DNA che codifica per proteine per produrre pili.
D. B e C.
E. Tutti i precedenti.
2. Come viene trasferito il DNA del plasmide F dalla cellula donatrice (F+) a quella ricevente (F-)? Un filamento di DNA del plasmide F viene prima intaccato, poi trasferito e infine replicato.
B. Entrambi i filamenti di DNA del plasmide F vengono prima intaccati, poi trasferiti e infine replicati.
C. Entrambi i filamenti di DNA del plasmide F sono prima replicati, poi scalfiti e infine trasferiti.