La plasticità del genoma batterico: la trasduzione

Terminiamo il nostro viaggio tra i meccanismi di trasferimento genico nei batteri, iniziato con la descrizione della coniugazione http://www.microbiologiaitalia.it/2018/12/18/la-plasticita-del-genoma-batterico-la-coniugazione/ e continuato con l’analisi del processo di trasformazione http://www.microbiologiaitalia.it/2019/01/01/la-plasticita-del-genoma-batterico-la-trasformazione/, spiegando il processo di trasduzione.   

La trasduzione è un meccanismo di ricombinazione genetica nei batteri, mediata dai batteriofagi, i virus che infettano i batteri.

Il processo di trasduzione fu scoperto nel 1952 dal microbiologo Joshua Lederberg e dal biologo Norton Zinder durante i loro studi di ricombinazione genetica in Salmonella enterica serovar (sierotipo) Typhimurium. Lederberg e Zinder avevano rivolto la propria attenzione ad alcuni ceppi auxotrofi (dal greco auxanein, aumentare e trophé, nutrimento, riferito ai microrganismi incapaci di sintetizzare uno o più composti organici necessari per la propria crescita) di Salmonella enterica; essi osservarono il passaggio unidirezionale di alcuni marcatori da un ceppo donatore ad un ceppo ricevente, come fu osservato durante il meccanismo di coniugazione in Escherichia coli dallo stesso Lederberg e Tatum nel 1946. A differenza della coniugazione, il trasferimento di materiale genetico da un ceppo donatore ad un ceppo ricevente non richiedeva contatto tra le cellule batteriche.

Lederberg e Zinder utilizzarono ceppi di Salmonella thiphimurium auxotrofi per specifici amminoacidi: alcuni ceppi richiedevano gli amminoacidi fenilalanina (Phe, F), triptofano (Trp, W) e istidina (His, H), altri richiedevano gli amminoacidi metionina (Met, M) e istidina (His, H); dunque, nessun ceppo poteva crescere su un terreno minimo mancante di questi amminoacidi. I due scienziati fecero crescere insieme alcuni ceppi auxotrofi per phe, trp e his e alcuni ceppi auxotrofi per met e his: osservarono la formazione di ceppi prototrofi (dal greco prõtos, primo e trophé, nutrimento, riferito ai microrganismi capaci di sintetizzare autonomamente i composti organici necessari per la propria crescita). La crescita di nuovi ceppi prototrofi aveva reso evidente l’azione di un particolare meccanismo di trasferimento genico tra i ceppi auxotrofi. La formazione di ricombinanti prototrofi veniva osservata anche in presenza dell’enzima DNasi che catalizza la reazione di idrolisi dei legami fosfodiesterici dei deossiribonucleotidi; quest’ultima osservazione permetteva di escludere che il meccanismo di trasferimento genico avvenuto potesse essere riferito alla trasformazione. Inoltre, la formazione di ricombinanti prototrofi avveniva anche se il ceppo auxotrofo per phe, trp e his e il ceppo auxotrofo per met e his erano immessi ognuno in uno delle due braccia del tubo a U; tale formazione, avvenuta in assenza di contatto tra le cellule batteriche, permise di escludere che il meccanismo di ricombinazione genica avvenuto potesse essere quello della coniugazione.

Immagine 1: tubo a U. Batteri appartenenti a ceppi diversi sono posti nelle due braccia del tubo e separati da un filtro che permette il passaggio di particelle virali ma non di cellule batteriche.

L’agente responsabile del meccanismo di trasduzione fu individuato qualche tempo dopo: nelle colture batteriche fu isolato il batteriofago PLT22 (o, semplicemente, P22).

In seguito, furono definiti due tipi di trasduzione: la trasduzione generalizzata e la trasduzione specializzata.

Nella trasduzione generalizzata, qualsiasi frammento di DNA batterico può essere trasdotta, mentre, nella trasduzione specializzata, il frammento di DNA impacchettato nella testa del fago deriva da una specifica regione del cromosoma del batterio donatore. Nel processo di trasduzione generalizzata, inoltre, i geni trasdotti sono legati covalentemente al DNA fagico e sono, quindi, introdotti nella cellula ricevente insieme al genoma virale.

Ovviamente, i diversi meccanismi di trasduzione riflettono la diversa natura dei batteriofagi coinvolti: i fagi P22, P1 e PBS1 eseguono il processo di trasduzione generalizzata in Salmonella, E. coli e Bacillus subtilis, rispettivamente; i fagi λ, Mu e SPß compiono trasduzione specializzata in E. coli e Bacillus subtilis.

Maria Chiara Langella

Fonti:

  • Principi di genetica. Quarta edizione. D. Peter Snustad e Michael J. Simmons. EdiSES. 2015. Pagine 196 – 198.
  • Biologia dei microrganismi. Gianni Dehò e Enrica Galli. Casa editrice Ambrosiana. 2016. Pagine 353 – 356.

Per approfondimenti sulle generalità dei meccanismi di scambio genico: La plasticità del genoma batterico: introduzione ai meccanismi di scambio genico. https://www.microbiologiaitalia.it/2018/12/04/la-plasticita-del-genoma-batterico-introduzione-ai-meccanismi-di-scambio-genico/

Per approfondimenti sui genomi fagici:

Immagine nel testo da Esperienza di Lederberg e Zinder – la coniugazione batterica http://www.accattatis.net/trasduzione.htm

Immagine in evidenza da https://giuseppebenanti.altervista.org/?p=2111&doing_wp_cron=1546705738.9801731109619140625000

2 Commenti

  1. Buongiorno mi chiamo Flavio abito in Campania sono 10 anni che combatto con l’ osteomielite il batterio è il Proteus mirabilis ho subito 13 interventi di pulizia ossea ora è ritornato il batterio glutine antibiotici mi stanno uccidendo vorrei provare la fagoterapia potete aiutarmi ad avere notizie Dove praticarla? So che in Italia non lo fanno grazie

    • Egregio Flavio,
      la regolamentazione per l’approvazione di un farmaco ed il suo conseguente uso nei paesi occidentali, compresa, dunque, l’Italia, impedisce, attualmente, l’utilizzo dei fagi per risolvere le infezioni batteriche: in ottemperanza alle norme FDA (Food and Drug Administration) e EMA (European Medicines Agency), la legislazione dei paesi occidentali richiede di aver provato in maniera rigorosa i nuovi prodotti eventualmente immessi sul mercato, oltre ad averne standardizzato i metodi di produzione. In altre parole, anche se alcune case farmaceutiche hanno invitato i governi a rivolgere l’attenzione ad alcuni passaggi della regolamentazione della terapia fagica ed a risolverli, attualmente, le fasi 2 e 3 dei trial clinici non sono stati ancora portati a termine e alcune questioni rilevanti riguardanti l’assenza di risposta immunitaria e di effetti collaterali della fagoterapia devono essere risolte. Pertanto, in Italia, non esistono centri che effettuano terapia fagica. I paesi dell’Europa dell’Est, tra i quali la Polonia presso l’Institute of Immunology and Experimental Therapy (https://www.iitd.pan.wroc.pl/en/Phages/index.html), invece, praticano terapia fagica.
      Resta chiaro che, poiché non sono un medico, non sono abilitata ad indicare terapia.
      Cordialmente,
      Maria Chiara Langella

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