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La Trasformazione Genetica e i suoi Meccanismi

La trasformazione genetica, scoperta da Frederick Griffith nel 1928, è un processo chiave per la diversità genetica e l'evoluzione dei microrganismi. Attraverso l'esperimento con Streptococcus pneumoniae, Griffith dimostrò come il DNA possa trasferirsi tra organismi, alterandone le caratteristiche ereditarie. Questo fenomeno è alla base di molte applicazioni biotecnologiche, inclusa la produzione di proteine ricombinanti e lo sviluppo di vaccini.

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1

Organismo utilizzato da Griffith

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Streptococcus pneumoniae, batterio con ceppi S (virulento) e R (non virulento).

2

Risultato iniezione ceppo S e R nei topi

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Ceppo S uccide i topi; ceppo R non è letale.

3

Conclusione esperimento Griffith

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Ceppo R acquisisce virulenza dal ceppo S inattivato: dimostrazione del principio trasformante, poi identificato come DNA.

4

La ______ genetica si verifica quando il DNA libero viene ______ da una cellula competente.

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trasformazione assorbito

5

Le cellule in uno stato di ______ possono essere indotte da segnali ______ o ______.

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competenza ambientali fisiologici

6

Durante la trasformazione, le cellule competenti ______ recettori che ______ il DNA estraneo.

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esprimono legano

7

Il DNA estraneo può ______ nel genoma dell'ospite, contribuendo alla ______ genetica.

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integrarsi diversità

8

In ______, la trasformazione permette di inserire ______ di interesse in cellule ospiti.

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biotecnologia geni

9

Questo metodo è impiegato per produrre ______ ricombinanti e sviluppare ______ in campo biotecnologico.

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proteine vaccini

10

Ciclo litico dei fagi

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Fase in cui il fago replica nel batterio, distrugge la cellula ospite e rilascia nuovi fagi.

11

Ciclo lisogeno dei fagi

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Fase in cui il DNA del fago si integra nel genoma del batterio ospite senza distruggerlo.

12

Conseguenza della lisi batterica

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Rilascio di nuovi fagi che possono contenere frammenti di DNA batterico.

13

La ______ è un metodo di trasferimento di materiale genetico tra batteri, facilitato da un ______ ______.

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coniugazione pilo sessuale

14

Il batterio che dona il DNA, contenente il ______ di ______ (F), stabilisce un collegamento con il batterio ricevente (F-).

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fattore fertilità

15

Il ______ F può esistere come un plasmide indipendente o come parte del ______ batterico nei ceppi Hfr.

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fattore cromosoma

16

I plasmidi possono portare geni che conferiscono resistenza agli ______ o codificano per la ______ e altre funzioni metaboliche.

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antibiotici virulenza

17

La trasmissione dei plasmidi tramite coniugazione influisce notevolmente sulla ______ genetica e sull'______ dei batteri.

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variabilità adattabilità

Q&A

Ecco un elenco delle domande più frequenti su questo argomento

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Scoperta della Trasformazione Genetica: L'Esperimento di Griffith

La trasformazione genetica è stata scoperta da Frederick Griffith nel 1928, evidenziando come il DNA possa essere trasferito tra organismi e alterare le loro caratteristiche ereditarie. Nel suo esperimento, Griffith utilizzò il batterio Streptococcus pneumoniae, che presenta due ceppi: uno virulento con capsula polisaccaridica liscia (S) e uno non virulento con capsula ruvida (R). Iniettando topi con il ceppo S, questi morivano, mentre con il ceppo R sopravvivevano. Tuttavia, quando iniettò topi con una miscela di ceppo S inattivato dal calore e ceppo R vivo, i topi morirono e dal loro sangue fu isolato il ceppo S vivo. Questo dimostrò che il ceppo R aveva acquisito la capsula e la virulenza dal ceppo S inattivato, attraverso un "principio trasformante", che successivi esperimenti identificarono come DNA.
Laboratorio di ricerca genetica moderno con microscopio elettronico, provette colorate, agitatore magnetico e incubatrici per colture cellulari.

Meccanismi e Applicazioni della Trasformazione Genetica

La trasformazione genetica avviene quando il DNA libero nell'ambiente è assorbito da una cellula in uno stato di competenza, che può essere indotto da specifici segnali ambientali o fisiologici. Le cellule competenti esprimono recettori di superficie che legano il DNA estraneo, il quale viene poi trasportato all'interno della cellula e può integrarsi nel genoma ospite. Questo processo è fondamentale per la diversità genetica e l'evoluzione dei microrganismi. In biotecnologia, la trasformazione è utilizzata per inserire geni di interesse in cellule ospiti, facilitando la produzione di proteine ricombinanti, lo sviluppo di vaccini e la ricerca genetica.

Trasduzione: Il Ruolo dei Fagi nel Trasferimento Genetico

La trasduzione è un meccanismo di trasferimento genetico mediato da virus batteriofagi. I fagi possono iniziare un ciclo litico, che culmina con la lisi della cellula ospite e il rilascio di nuovi fagi, o un ciclo lisogeno, in cui il DNA del fago si integra nel genoma dell'ospite. Durante il ciclo litico, frammenti di DNA batterico possono essere accidentalmente incorporati nei fagi neosintetizzati e trasferiti ad altre cellule batteriche, un processo noto come trasduzione generalizzata. La trasduzione specializzata si verifica quando un fago lisogeno si riattiva e, nel distaccarsi dal genoma ospite, porta con sé sequenze di DNA batterico, che vengono trasmesse a nuovi ospiti.

Coniugazione Batterica e il Ruolo dei Plasmidi

La coniugazione è un processo di trasferimento genetico diretto tra batteri, mediato da un pilo sessuale. Il batterio donatore, che possiede il fattore di fertilità (F), forma un ponte citoplasmatico con il batterio ricevente (F-), attraverso il quale trasferisce parte del suo materiale genetico. Il fattore F può essere un plasmide autonomo o parte del cromosoma batterico in ceppi Hfr (High frequency of recombination). I plasmidi sono elementi genetici extracromosomici che possono contenere geni per la resistenza agli antibiotici, la virulenza o altre funzioni metaboliche, e la loro trasmissione attraverso la coniugazione può avere un impatto significativo sulla variabilità genetica e l'adattabilità dei batteri.