CONIUGAZIONE BATTERICA: PROCESSO, STRUTTURA E FATTORI - BIOLOGIA - 2025

La coniugazione batterica consiste nel trasferire in una direzione del materiale genetico da un batterio donatore a un altro ricevente, mediante contatto fisico tra le due cellule. Questo tipo di processo può verificarsi sia nei batteri che reagiscono, come in quelli che non reagiscono alla colorazione di Gram, sia negli streptomiceti.

La coniugazione può avvenire tra batteri della stessa specie o di specie diverse. Può anche verificarsi tra procarioti e membri di altri regni (piante, funghi, animali).

Coniugazione batterica. L'immagine mostra, dall'alto verso il basso, due batteri prima, durante e dopo la coniugazione. Tratto e modificato dall'utente Magnus Manske su en.wikipedia.

Affinché il processo di coniugazione avvenga, uno dei batteri coinvolti, il donatore, deve possedere il materiale genetico mobilizzabile, generalmente rappresentato da plasmidi o trasposoni.

L'altra cella, il destinatario, deve mancare di questi elementi. La maggior parte dei plasmidi può rilevare potenziali cellule riceventi prive di plasmidi simili.

Coniugazione e riproduzione sessuale

I batteri non hanno un'organizzazione del materiale genetico simile a quella degli eucarioti. Questi organismi non presentano riproduzione sessuale perché non presentano una divisione riduttiva (meiosi) per formare gameti in qualsiasi momento della loro vita.

Per ottenere la ricombinazione del loro materiale genetico (essenza della sessualità), i batteri hanno tre meccanismi: trasformazione, coniugazione e trasduzione.

La coniugazione batterica non è, quindi, un processo di riproduzione sessuale. In quest'ultimo caso, può essere considerata una versione batterica di questo tipo di riproduzione, poiché comporta uno scambio genetico.

Strutture e fattori coinvolti nel processo

Pili sessuale

Chiamati anche pili F, sono strutture filamentose, molto più corte e sottili di un flagello, costituite da subunità proteiche intrecciate attorno a un centro cavo. La sua funzione è quella di mantenere due cellule in contatto durante la coniugazione.

È anche possibile che l'elemento coniugativo venga trasferito alla cellula ricevente attraverso il forame centrale del pili sessuale.

Elementi coniugativi

È il materiale genetico che verrà trasferito durante il processo di coniugazione batterica. Può essere di natura diversa, tra questi ci sono:

Particelle di DNA extracromosomico

Queste particelle sono episomi, cioè plasmidi che possono essere integrati nel cromosoma batterico attraverso un processo chiamato ricombinazione omologa. Sono caratterizzati da una lunghezza di circa 100 kb, nonché da una propria origine di replicazione e trasferimento.

Le cellule che possiedono il fattore F sono chiamate cellule maschili o cellule F +, mentre le cellule femminili (F-) mancano di questo fattore. Dopo la coniugazione, i batteri F- diventano F + e possono agire come tali.

Filamenti cromosomici

Quando si verifica la ricombinazione omologa, il fattore F si lega al cromosoma batterico; in questi casi si chiama fattore F 'e le cellule che hanno il DNA ricombinante sono chiamate Hfr, per la ricombinazione ad alta frequenza.

Durante la coniugazione tra un batterio Hfr e un batterio F, il primo trasferisce al secondo un filamento del suo DNA ricombinante con il fattore F. In questo caso, la cellula ricevente stessa diventa una cellula Hfr.

Può esserci un solo fattore F in un batterio, in forma extracromosomica (F) o ricombinato al cromosoma batterico (F ').

I plasmidi

Alcuni autori considerano i plasmidi e i fattori F insieme e altri li trattano separatamente. Entrambi sono particelle genetiche extracromosomiche, ma a differenza del fattore F, i plasmidi non si integrano nei cromosomi. Sono gli elementi genetici che vengono trasmessi maggiormente durante il processo di coniugazione.

I plasmidi sono composti da due parti; un fattore di trasferimento della resistenza, che è responsabile del trasferimento del plasmide, e un'altra parte composta da più geni che hanno le informazioni che codificano la resistenza a diverse sostanze.

Alcuni di questi geni possono migrare da un plasmide a un altro nella stessa cellula o da un plasmide al cromosoma batterico. Queste strutture sono chiamate trasposoni.

Alcuni autori sostengono che i plasmidi benefici per i batteri siano in realtà endosimbionti, mentre altri potrebbero, al contrario, essere endoparassiti batterici.

Processi

Le cellule donatrici producono il sesso pili. Le particelle F o plasmidi presenti solo in questi batteri, contengono l'informazione genetica che codifica la produzione delle proteine ​​che formano i pili. Per questo motivo, solo le cellule F + presenteranno queste strutture.

I pili sessuali consentono alle cellule del donatore di attaccarsi prima alle cellule riceventi e poi di aderire.

Per iniziare il trasferimento, i due filamenti del filamento di DNA devono essere separati. Innanzitutto, si verifica un taglio nella regione nota come origine del trasferimento (oriT) di uno dei trefoli. Un enzima relaxasi esegue questo taglio in modo che successivamente un enzima elicasi inizi il processo di separazione di entrambe le catene.

L'enzima può agire da solo o anche formando un complesso con diverse proteine ​​diverse. Questo complesso è conosciuto con il nome di relaxosome.

Immediatamente iniziando la separazione delle catene, inizierà il trasferimento di uno dei fili, che terminerà solo quando il filo completo sarà passato alla cellula ricevente, o quando i due batteri si separeranno.

Per completare il processo di trasferimento, entrambe le cellule, ricevente e donatrice, sintetizzano il filamento complementare e la catena viene fatta circolare di nuovo. Come prodotto finale, entrambi i batteri sono ora F + e possono agire come donatori con i batteri F.

I plasmidi sono gli elementi genetici più frequentemente trasmessi in questo modo. La capacità di coniugazione dipende dalla presenza nel batterio di plasmidi coniugativi che contengono le informazioni genetiche necessarie per tale processo.

applicazioni

La coniugazione è stata utilizzata nell'ingegneria genetica come strumento per trasferire materiale genetico a diverse destinazioni. È servito a trasferire materiale genetico dai batteri a diversi recettori eucarioti e cellule procariotiche e persino a mitocondri isolati dei mammiferi.

Uno dei generi di batteri che è stato utilizzato con maggior successo per ottenere questo tipo di trasferimento è l'Agrobacterium, che è stato utilizzato da solo o in combinazione con il virus del mosaico del tabacco.

Tra le specie geneticamente trasformate dall'Agrobacterium vi sono lieviti, funghi, altri batteri, alghe e cellule animali.

Trasformazione da Agrobacterium tumefaciens in cellula vegetale. Tratto e modificato da: J LEVIN W.

Riferimenti

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearsall e BJ McCarthy (1978). Microbiologia. 2a edizione. Holt, Rinehart e Winston.
2. C. Lyre. Agrobacterium. In lifeder. Recupero da lifeder.com.
3. Coniugazione batterica. Su Wikipedia. Estratto da en.wikipedia.org.
4. R. Carpa (2010). Ricombinazione genetica nei batteri: orizzonte degli inizi della sessualità negli organismi viventi. Elba Bioflux.
5. Coniugazione procariotica. Su Wikipedia. Estratto da es.wikipedia.org.
6. LS Frost e G. Koraimann (2010). Regolazione della coniugazione batterica: bilanciare opportunità con avversità. Futura microbiologia.
7. E.Hogg (2005). Microbiologia essenziale. John Wiley & Sons Ltd.