Meccanismi di trasferimento genico orizzontale nei batteri

La trasformazione batterica come meccanismo di trasferimento genico orizzontale

La trasformazione batterica è uno dei tre meccanismi principali di trasferimento genico orizzontale, un processo vitale per la diversità genetica e l'evoluzione dei batteri. Durante la trasformazione, un batterio riceve e incorpora DNA estraneo, spesso proveniente da cellule morte che hanno rilasciato il loro materiale genetico nell'ambiente. Il DNA esogeno può essere integrato nel genoma del batterio ricevente attraverso un meccanismo di ricombinazione omologa. Questo fenomeno è sfruttato anche in laboratorio per modificare geneticamente i batteri, inserendo geni di interesse per studi di funzione genica o per applicazioni biotecnologiche.

Elementi genetici mobili e il loro impatto sull'evoluzione dei genomi

Gli elementi genetici mobili, noti anche come trasposoni, sono sequenze di DNA che possono cambiare posizione all'interno del genoma. Questi elementi possono influenzare la struttura genetica sia inattivando geni tramite inserzione sia modificando le sequenze regolative del DNA. La presenza di trasposoni può generare regioni di omologia che favoriscono la ricombinazione genetica, un processo analogo al crossing-over che avviene durante la meiosi. Questi eventi di ricombinazione sono fondamentali per l'evoluzione dei genomi, contribuendo alla variabilità genetica e all'adattamento delle specie a nuovi ambienti o sfide evolutive.

I trasposoni a DNA e la loro presenza nei genomi procarioti ed eucarioti

I trasposoni a DNA sono diffusi sia nei genomi procarioti che eucarioti. Nei batteri, questi elementi possono essere rappresentati da semplici sequenze di inserzione (IS), che codificano solo per le trasposasi necessarie al loro spostamento, o da trasposoni composti che portano con sé ulteriori geni, come quelli che conferiscono resistenza agli antibiotici. Negli eucarioti, come nel caso del moscerino della frutta Drosophila melanogaster, i trasposoni a DNA sono abbondanti e hanno un ruolo significativo nella generazione di variabilità genetica, influenzando l'evoluzione e la funzione del genoma.

I retrotrasposoni e il loro ruolo nel genoma eucariotico

I retrotrasposoni sono una classe di elementi genetici mobili che si trovano esclusivamente nei genomi eucariotici. Questi elementi derivano da antiche infezioni retrovirali e hanno la capacità di copiare il loro RNA in DNA mediante l'enzima trascrittasi inversa, per poi integrare il DNA copiato in nuove posizioni genomiche. Questo processo può avvenire anche nelle cellule germinali, consentendo la trasmissione dei retrotrasposoni alla progenie. Nel genoma umano, i retrotrasposoni rappresentano una porzione significativa del DNA, circa il 20%, e hanno un impatto notevole sull'architettura e l'evoluzione del genoma, influenzando la regolazione genica e la stabilità genomica.

La trasduzione come meccanismo di trasferimento genico mediato da virus

La trasduzione è un processo di trasferimento genico orizzontale mediato da virus batteriofagi. Durante la trasduzione generalizzata, un fago può accidentalmente imballare DNA batterico all'interno delle sue particelle virali. Questo DNA può essere introdotto in un altro batterio durante un'infezione successiva e potenzialmente ricombinarsi con il suo genoma. La trasduzione specializzata, invece, avviene quando il DNA fagico integrato nel genoma batterico si escinde portando con sé sequenze batteriche adiacenti. Questi frammenti di DNA possono essere trasferiti a un nuovo ospite durante l'infezione. Entrambi i tipi di trasduzione contribuiscono alla diversità genetica dei batteri e alla diffusione di tratti importanti, come la resistenza agli antibiotici, tra le popolazioni batteriche.