Come si riproducono i batteri?

I batteri sono microbi unicellulari e sono una delle forme di vita più semplici sulla terra. Contenendo solo un singolo cromosoma di DNA, mancano di un nucleo o di altri organelli che si trovano nella maggior parte delle cellule eucariotiche. Per replicarsi, i batteri subiscono il processo di fissione binaria, in cui una cellula batterica cresce di dimensioni, copia il suo DNA e quindi si divide in due cellule "figlie" identiche. I batteri possono anche scambiare il DNA attraverso la coniugazione, che consente loro di condividere tratti che superano gli stress ambientali come gli antibiotici.

Una cellula batterica è un procariota estremamente semplice, il che significa che non contiene un nucleo. Un batterio contiene solo la parete cellulare, la membrana cellulare, il citoplasma, i ribosomi e il cromosoma, sebbene alcune cellule batteriche contengono anche un plasmide o strutture extracellulari come una capsula, fimbrie e flagelli. A differenza di una cellula eucariotica, che possiede un nucleo, un batterio non subisce la mitosi durante la replicazione, dove il nucleo si divide e il DNA viene distribuito in due insiemi identici. Invece, i batteri si riproducono per fissione binaria, un processo di replicazione che copia il DNA dei batteri e divide una singola cellula in due cellule figlie identiche. La semplificazione del processo riproduttivo dei batteri consente ai batteri di replicarsi a un ritmo notevolmente rapido. Nelle giuste condizioni, una singola cellula batterica può replicarsi in ben un miliardo di singoli batteri in sole 10 ore.

La fissione binaria è un processo strettamente controllato che divide equamente un batterio in due figlie complete utilizzando proteine ​​​​specifiche progettate per la replicazione. La fissione binaria inizia con una replicazione del DNA del batterio. Una volta che il DNA viene replicato all'interno del cromosoma, il cromosoma si organizza in due forcelle di replicazione e quindi si divide alle estremità opposte della cellula. Nel sito di divisione, vicino al centro del batterio allungato, viene assemblato il macchinario per la divisione, in particolare l'anello proteico FtsZ. Una volta assemblati gli elementi per la divisione, il batterio sintetizza una nuova parete cellulare nel sito di divisione utilizzando la membrana cellulare e si divide in due cellule figlie identiche. Le cellule figlie sono cloni, identiche in tutto e per tutto al batterio originario.

I batteri hanno la capacità di modificare la loro struttura genetica utilizzando il trasferimento di plasmidi, un piccolo molecola di DNA circolare contenente informazioni genetiche che consentono al batterio di superare l'ambiente sollecita. I plasmidi vengono prelevati da un batterio dal suo ambiente o passati da batteri a batteri attraverso un processo chiamato coniugazione. Ciò consente loro di adattarsi a vivere in ambienti ostili, che vanno dalla neve artica al fondo dell'oceano. Consente inoltre loro di sviluppare una resistenza a stress artificiali come gli antibiotici. Un plasmide non si replica sempre durante il processo di divisione; occasionalmente sono passati a una sola delle cellule figlie. I plasmidi si replicano attraverso un tratto del proprio DNA che garantisce la replicazione da parte della cellula batterica madre e possono persino replicarsi indipendentemente dal batterio. Un singolo batterio può contenere centinaia di plasmidi replicati.

I batteri sono estremamente diversi e alcune forme di batteri non si replicano attraverso la fissione binaria. I cianobatteri Stanieria si replicano all'interno della parete cellulare, producendo dozzine o addirittura centinaia di figli chiamati baeociti. La parete cellulare si rompe e tutti i baeociti vengono rilasciati contemporaneamente. In Epulopiscium, due piccole cellule figlie si formano dal DNA replicato all'interno di una cellula madre più grande. Quando la prole è completamente sviluppata, la cellula madre muore, rilasciando due cellule batteriche complete. In alcuni membri dei Planctomycetes è stato osservato anche un processo riproduttivo chiamato gemmazione, ma i meccanismi di questo processo sono ancora sconosciuti.