La Trasformazione Genetica e i suoi Meccanismi
Mappa concettuale
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.
Riassunto
Schema
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.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.
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Scoperta della Trasformazione Genetica
Esperimento di Griffith
Frederick Griffith ha dimostrato che il DNA può essere trasferito tra organismi e alterare le loro caratteristiche ereditarie attraverso l'esperimento con i batteri Streptococcus pneumoniae
Principio trasformante
Il "principio trasformante" identificato da Griffith è stato successivamente identificato come DNA
Importanza della scoperta
La scoperta della trasformazione genetica ha aperto la strada alla comprensione della diversità genetica e all'utilizzo della tecnologia del DNA in biotecnologia
Meccanismi e Applicazioni della Trasformazione Genetica
Assorbimento del DNA
La trasformazione genetica avviene quando il DNA libero nell'ambiente è assorbito da una cellula in uno stato di competenza
Integrarsi nel genoma ospite
Il DNA estraneo assorbito può integrarsi nel genoma ospite, facilitando la produzione di proteine ricombinanti, lo sviluppo di vaccini e la ricerca genetica
Utilizzo in biotecnologia
La trasformazione genetica è utilizzata in biotecnologia per inserire geni di interesse in cellule ospiti, permettendo lo sviluppo di nuove terapie e la produzione di sostanze utili
Trasduzione e il Ruolo dei Fagi
Trasduzione generalizzata
Durante il ciclo litico dei fagi, frammenti di DNA batterico possono essere trasferiti ad altre cellule batteriche, un processo noto come trasduzione generalizzata
Trasduzione specializzata
Durante il ciclo lisogeno dei fagi, sequenze di DNA batterico possono essere trasferite a nuovi ospiti quando il fago si riattiva e si distacca dal genoma ospite
Ruolo dei fagi nella trasduzione
I fagi svolgono un ruolo importante nella trasduzione, un meccanismo di trasferimento genetico mediato da virus batteriofagi
Coniugazione Batterica e il Ruolo dei Plasmidi
Processo di trasferimento genetico diretto
La coniugazione è un processo di trasferimento genetico diretto tra batteri, mediato da un pilo sessuale
Fattore di fertilità
Il batterio donatore trasferisce parte del suo materiale genetico attraverso un ponte citoplasmatico grazie al fattore di fertilità (F)
Ruolo dei plasmidi
I plasmidi, elementi genetici extracromosomici, possono contenere geni per la resistenza agli antibiotici o altre funzioni metaboliche e la loro trasmissione attraverso la coniugazione può influenzare la variabilità genetica dei batteri
La Trasformazione Genetica e i suoi Meccanismi
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00
Organismo utilizzato da Griffith
Streptococcus pneumoniae, batterio con ceppi S (virulento) e R (non virulento).
01
Risultato iniezione ceppo S e R nei topi
Ceppo S uccide i topi; ceppo R non è letale.
02
Conclusione esperimento Griffith
Ceppo R acquisisce virulenza dal ceppo S inattivato: dimostrazione del principio trasformante, poi identificato come DNA.
