Genetica dei virus e dei batteri

1. Genetica dei virus e dei batteri

2. Il DNA virale può diventare parte del cromosoma ospite • I virus possono essere considerati come geni impacchettati in proteine. • I virus possono riprodursi solo all’interno di una cellula, utilizzandone le strutture e l’energia.

3. Nel ciclo litico, quando il DNA fagico entra in un batterio, è duplicato, trascritto e tradotto. • Il nuovo DNA virale e le nuove proteine sintetizzate vengono poi usate per assemblare nuovi fagi che si liberano dalla cellula ospite quando questa si rompe.

4. Nel ciclo lisogeno la duplicazione del DNA virale avviene senza la produzione di nuovi fagi e senza la morte della cellula ospite. • Il DNA fagico si integra in quello della cellula ospite (profago) e viene trasferito alle cellule figlie con la riproduzione della cellula ospite che duplica il DNA profagico insieme al proprio. • I profagi possono rimanere nelle cellule batteriche per sempre ma, in particolari condizioni ambientali, un profago può staccarsi dal suo cromosoma ospite e iniziare un ciclo litico.

5. Il fago si attacca alla cellula 1 In un fago esistono due tipi di cicli riproduttivi: 1 Cromosoma batterico DNA del fago La cellula si rompe liberando i fagi Il fago inietta DNA 7 2 Numerose divisioni cellulari 4 Ciclo litico Ciclo lisogeno Si assemblano i fagi Il batterio lisogeno si riproduce normalmente, duplicando il profago a ogni divisione cellulare Il DNA fagico assume un aspetto circolare Profago 3 5 6 OPPURE Il DNA fagico si inserisce nel cromosoma batterico per ricombinazione Vengono sintetizzati nuovo DNA fagico e nuove proteine

6. Involucro esterno RNA Rivestimento proteico Estroflessione glicoproteica Molti virus sono causa di malattie negli animali • Molti virus che infettano gli animali e le piante causano malattie. • Molti, come il virus dell’influenza, hanno come materiale genetico l’RNA al posto del DNA.

7. Ingresso 1 Eliminazione del rivestimento 2 Sintesi di RNA 3 Sintesi di proteine Sintesi di RNA 4 5 Assemblaggio 6 Uscita Uscita 7 7 VIRUS Glicoproteina • usano parte della membrana della cellula ospite come rivestimento protettivo; • possono rimanere latenti nel corpo dell’ospite per lunghi periodi. Rivestimento proteico RNA virale (genoma) Involucro esterno Membrana plasmatica della cellula ospite Alcuni virus che infettano le cellule animali Viral RNA(genome) mRNA Filamento stampo Nuovo genoma virale Nuove proteine virali

8. RNA Proteine La maggior parte delle virosi che infettano le cellule vegetali: • è costituita da virus a RNA; • entra nei propri ospiti attraverso delle ferite nei loro rivestimenti esterni. Le malattie virali delle piante

9. L’umanità deve affrontare la comparsa di nuovi virus Colorizzata TEM 370 000 Colorizzata TEM 50 000

10. Involucro esterno Glicoproteina Rivestimento proteico RNA (due filamenti identici) Trascrittasi inversa Il virus dell’AIDS assembla il DNA utilizzando l’RNA come stampo Il virus dell’AIDS (HIV) è un retrovirus.

11. All’interno di una cellula, l’HIV usa il proprio RNA come stampo per produrre DNA da inserire nel DNA cromosomico dell’ospite. CITOPLASMA RNA virale 1 NUCLEO DNA cromosomico Filamento di DNA 2 DNA a doppio filamento 3 DNA del provirus 4 5 RNA virale e proteine RNA 6

12. Ponte citoplasmatico DNA che entra nella cellula Fago Phage Frammento di DNA appartenente a un’altra cellula batterica Frammento di DNA appartenente a una cellula batterica (precedente ospite del fago) Pili sessuali Cromosoma batterico (DNA) Cellula donatrice (maschio) Cellula ricevente (femmina) TRASFORMAZIONE TRASDUZIONE CONIUGAZIONE In natura i batteri possono trasferire il DNA in tre modi diversi I batteri possono trasferire geni da una cellula all’altra attraverso tre processi: trasformazione, trasduzione o coniugazione.

13. DNA demolito Inserzioni DNA trasferito Cromosoma ricombinante Cromosoma della cellula ricevente Una volta che il nuovo DNA entra in una cellula batterica, una parte di esso può essere integrata nel cromosoma della cellule ricevente.

14. I plasmidi batterici possono essere utilizzati per trasferire i geni • I plasmidi sono piccole molecole circolari di DNA separate dal più grande cromosoma batterico. • Alcuni plasmidi possono favorire la coniugazione e passare in un’altra cellula.

15. Fattore F (integrato) Batterio «maschio» donatore Origine della duplicazione Cromosoma batterico Il fattore F inizia la duplicazione e il trasferimento del DNA Cellula ricevente Solo una parte del cromosoma si trasferisce Colorizzata TEM 2000 Plasmidi Può avvenire la ricombinazione Fattore F (plasmide) I plasmidi possono servire come trasportatori per trasferire i geni. Batterio «maschio» donatore Cromosoma batterico Il fattore F inizia la duplicazione e il trasferimento Il plasmide completa il trasferimento e assume di nuovo la forma circolare La cellula diventa «maschio»