Genoma ed elementi batterici, Appunti di Microbiologia

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Genoma e elementi genetici

dei procarioti

L’obiettivo formativo è conoscere:

• la struttura fisica e l’organizzazione del cromosoma

batterico

• gli elementi genetici accessori e le loro funzioni

(plasmidi, trasposoni, integroni, elementi virali,

retroelementi)

Genoma e elementi genetici dei procarioti

GENI ESSENZIALI E GENI ACCESSORI DEL GENOMA

PROCARIOTE

Dehò-Galli 2014 CEA

IL CROMOSOMA DI E. COLI

E DIMENSIONI

E. Coli 0.5 μm di diametro – 2 μm di lunghezza - DNA 1.5 mm DNA Cellula di E.coli Lisata con trattamenti blandi Dehò-Galli 2014 CEA

PROTEINA MukB (SMC)

Analogo funzionale delle proteine della famiglia SMC Omodimero Con domini testa condensa DNA mediante cambiamento conformazionale del dominio cerniera Dehò-Galli 2018 CEA

Dehò-Galli 2014 CEA

LOCALIZZAZIONE INTRACELLULARE DELLE SEQUENZE ORI E TER L’architettura del genoma è ordinata e cambia durante il ciclo cellulare Dehò-Galli 2018 CEA

Dehò-Galli 2014 CEA I cromosomi batterici possono essere singoli o multipli, circolari e lineari Il numero di copie dei cromosomi può variare in funzione delle condizioni di crescita

IL GENOMA DI BORRELIA BURGDORFERI Dehò-Galli 2018 CEA 1 cromosoma lineare + molti plasmidi (12 lineari e 11 circolari) In coltura molti plasmidi sono persi e con essi si riduce molto l’infettività sperimentale del batterio nel topolino. Nelle zecche il batterio vive a 23° pH Nei mammiferi a 35- 37 ° a pH 7 Molti geni sono indotti in vitro cambiando temperatura e pH (sono essenziali per la sopravvivenza del batterio durante il suo ciclo replicativo nell’ospite infettato e nelle zecche)

Dehò-Galli 2014 CEA

IL DNA DEI PROCARIOTI E’ QUASI TUTTO CODIFICANTE

(88-99.5% CIRCA)

L’OPPOSTO DI QUELLO DEGLI EUCARIOTI

Es. 0.5% genoma umano)

LE DIMENSIONI DEI GENOMI BATTERICI

DELLO STESSO GENERE

POSSONO VARIARE NOTEVOLMENTE ANCHE

ALL’INTERNO DELLE SINGOLE SPECIE BATTERICHE

• I genomi di grandi dimensioni appartengono ai batteri con grande versatilità metabolica e adattativa
• I genomi più piccoli sono tipici di parassiti intracellulari (Micoplasmi, Rickettzie, Clamidie) e di alcuni Archea

Quale è il numero minimo di geni necessari per la vita?

TRAMITE ESPERIMENTI DI INATTIVAZIONE GENICA E’ POSSIBILE STABILIRE: GENI ESSENZIALI E GENI NON ESSENZIALI IN MYCOPLASMA GENITALIUM****. Dehò-Galli 2018 CEA

Dehò-Galli 2014 CEA

LA CAPACITA’ CODIFICANTE E’ IN FUNZIONE DELLA

NICCHIA ECOLOGICA OCCUPATA

Ad esempio i batteri patogeni si sono evoluti da un batterio non patogeno

• modificando geni preesistenti poco virulenti in virulenti per sviluppare patogenicità
• acquisendo geni tramite TGO si arricchiscono in geni di resistenza agli antibiotici, isole di patogenicità e geni che permettono di eludere le risposte di difesa dell’ospite
• perdendo geni non sottoposti a pressione selettiva, o formando pseudogeni di geni non sottoposti a pressione selettiva, riducono il genoma

RAPPORTO DI PARASSITISMO TRA IL BATTERIO BUCHNERA E CELLULE DI AFIDI. LA CAPACITA’ CODIFICANTE E’ IN FUNZIONE DELLA NICCHIA ECOLOGICA OCCUPATA Buchnera è parassita obbligato delle cellule degli afidi (l’uno non può vivere senza l’altro)