I procarioti sono uno dei due tipi di cellule sulla Terra. L'altro sono gli eucarioti. procarioti sono i più piccoli dei due, privi di organelli legati alla membrana e di un nucleo definito. I procarioti, che sono batteri e archei, sono per lo più organismi unicellulari.
Gli eucarioti si riproducono sessualmente. a differenza di eucarioti, procarioti si riproducono asessualmente, copiandosi in un processo chiamato fissione binaria. Uno svantaggio per riproduzione asessuata è la mancanza di varianza genetica da una generazione all'altra.
La riproduzione sessuale aumenta la varianza genetica, che fornisce protezione alla specie contro i cambiamenti ambientali come le fluttuazioni nelle risorse o nelle popolazioni di predatori, così come altri fattori come una mutazione casuale che ha il potenziale per spazzare via la maggior parte di a popolazione. Se c'è diversità nel pool genetico, la specie è più robusta e può resistere a molte difficoltà impreviste.
I procarioti non hanno il vantaggio della riproduzione sessuale, ma hanno comunque la capacità di aumentare la diversità genetica attraverso diversi tipi di trasferimento genico. Uno dei modi più importanti in cui i procarioti (soprattutto i batteri) si impegnano nel trasferimento genico è chiamato trasduzione e si basa sull'aiuto dei virus.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
I procarioti sono per lo più organismi unicellulari. Si riproducono asessualmente attraverso un processo chiamato fissione binaria. Ci sono tre tipi di trasferimento genico nei procarioti che aumentano la loro diversità genetica. Sono trasformazione, coniugazione e trasduzione.
La trasduzione è importante per le sue implicazioni per la ricerca scientifica e la resistenza batterica agli antibiotici. La trasduzione avviene quando un virus utilizza una cellula batterica per replicarsi dirottandola.
A volte il virus impacchetta accidentalmente parte del DNA dei batteri in un fago (componente cellulare virale) invece del proprio DNA. Se ciò accade, il fago andrà in un altro batterio per infettarlo, ma il fago inietterà solo il DNA del primo batterio nel batterio ricevente, dove il DNA verrà incorporato.
Che cos'è la trasduzione nei procarioti?
Il trasferimento genico tra gli archaea e in particolare i batteri viene talvolta definito trasferimento genico "orizzontale" o "laterale". Questo è perché materiale genetico non viene trasmesso dalle cellule batteriche progenitrici alle cellule figlie, ma tra cellule batteriche della stessa generazione. L'informazione genetica si sposta orizzontalmente sull'albero genealogico, anziché verticalmente.
La trasduzione è stata scoperta negli anni '50 dai microbiologi Norman Zinder e Joshua Lederberg mentre studiavano la salmonella. È uno dei tipi più importanti di trasferimento genico, che consente al DNA batterico di spostarsi tra le cellule.
I virus che infettano i batteri, chiamati batteriofagi, rendono possibile la trasduzione. Poiché si spostano da una cellula batterica all'altra come agenti infettivi, a volte afferrano inavvertitamente pezzi di DNA batterico da una cellula ospite e lo depositano nella cellula successiva a cui si legano.
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Il processo di trasduzione batterica
I virus non possono riprodursi da soli. Invece, devono usare la biologia cellulare riproduttiva più avanzata dei batteri per creare copie di se stessi. Per fare ciò, i batteriofagi dirottano le cellule ospiti.
Quando un batteriofago incontra a cellula batterica, si lega alla cellula e inietta il DNA dei fagi attraverso la membrana plasmatica nella cellula. Lì, prende il comando del comportamento riproduttivo della cellula. Invece di replicare il proprio materiale genetico, il batterio inizia a replicarsi di nuovo particelle fagiche – componenti delle cellule virali.
I geni batterici vengono degradati dai fagi durante questo processo. Ciò che resta del batterio è una macchina per la replicazione del virus.
Il virus utilizza la cellula batterica per sintetizzare l'impalcatura proteica di cui ha bisogno per i suoi componenti. A volte, impacchetta accidentalmente il DNA batterico randagio in alcuni dei fagi insieme al DNA virale replicato.
Quando tutto è pronto, il virus lisi la cellula batterica. La cellula batterica si apre, liberando i fagi per legarsi e infettare altre cellule batteriche. Una volta legati, alcuni dei fagi inietteranno il materiale genetico batterico che stanno trasportando invece del DNA virale nel nuovo batterio.
Poiché alcuni dei fagi trasportano solo frammenti di DNA batterico, non possono infettare o lisare la nuova cellula ricevente. Se il DNA batterico del donatore si inserisce nel nuovo cromosoma batterico, la cellula esprimerà i geni come se fossero sempre stati lì.
Perché la trasduzione è importante?
La trasduzione può cambiare rapidamente il corredo genetico delle popolazioni batteriche anche se si riproducono asessualmente. Questo tipo di trasferimento genico ha il potenziale per effetti profondi sui batteri e sugli habitat che colpiscono.
Ad esempio, è noto che molti ceppi di batteri infettano e causano malattie nell'uomo e in altri organismi. Gli antibiotici sono un trattamento che di solito è efficace per contrastare infezioni batteriche potenzialmente pericolose o addirittura fatali. Alcuni ceppi batterici sono particolarmente difficili da eradicare e richiedono antibiotici molto specifici.
È quindi di grande preoccupazione quando i batteri sviluppano resistenza agli antibiotici: senza l'uso di antibiotici, ciò potrebbe culminare in infezioni che si diffondono nel corpo incontrollate.
La trasduzione svolge un ruolo nella resistenza agli antibiotici. Alcune cellule batteriche hanno una resistenza naturale agli antibiotici sulle loro membrane cellulari, rendendo difficile per l'antibiotico legarsi lì. Ciò potrebbe essere dovuto a mutazione casuale e non influenzerebbe l'efficacia complessiva dell'antibiotico.
Tuttavia, se un batteriofago infetta una cellula batterica resistente agli antibiotici e poi trasferisce quel gene mutato ad altre cellule batteriche mediante trasduzione, più cellule saranno resistenti agli antibiotici e, poiché si riproducono per fissione binaria, il numero di cellule batteriche resistenti agli antibiotici potrebbe aumentare esponenzialmente.
Usare la Trasduzione in Medicina
La trasduzione, tuttavia, ha implicazioni positive per gli esseri umani e altre forme di vita superiori. La ricerca scientifica si è concentrata sulle tecniche e sui risultati della trasduzione controllata con molte potenziali applicazioni.
Alcuni scienziati sono interessati alla creazione di nuovi farmaci o a una migliore somministrazione dei farmaci. Altri sono interessati alla creazione di cellule geneticamente modificate per approfondire la comprensione scientifica di genetica, o per nuovi campi di cure mediche. Stanno anche conducendo esperimenti per osservare la trasduzione in cellule non batteriche.
Altre forme di trasferimento del DNA
La trasduzione non è l'unico tipo di trasferimento genico nei procarioti. Ci sono due tipi più importanti:
- Coniugazione
- Trasformazione
La coniugazione è simile alla trasduzione in quanto il DNA viene spostato direttamente da una cellula batterica all'altra. Tuttavia, ci sono molte differenze importanti; in particolare, la coniugazione non si basa su un virus per facilitare il trasferimento genico.
I batteri hanno geni al di fuori della struttura cromosomica batterica. Questi geni sono chiamati plasmidi e sono tipicamente formati in anelli costituiti da doppie eliche. Durante la coniugazione, un plasmide nella cellula donatrice sviluppa una proiezione che esce dal membrana plasmatica e unire la cella a una cella ricevente. Una volta unito, trasferisce una copia del suo nuovo DNA al destinatario prima che si stacchi.
La trasformazione è un metodo di trasferimento genico scoperto a metà del XX secolo; questa scoperta ha avuto un ruolo nella scoperta che il DNA è l'informazione sui tratti ereditati per tutta la vita sulla Terra. Durante la trasformazione, i batteri raccolgono il DNA dall'ambiente esterno alla cellula. Se si adatta al loro batterio cromosoma, diventa parte del loro materiale genetico permanente.
