I procarioti come i batteri non hanno molta vita sessuale. La maggior parte delle specie procariotiche non partecipa alla riproduzione sessuale e ha una sola copia di ciascun gene sul suo singolo cromosoma solitario. Gli organismi che si riproducono sessualmente hanno due serie di cromosomi, un set per ciascun genitore, e quindi hanno due versioni di ciascun gene. Questa disposizione aumenta la diversità genetica. Tuttavia, i batteri hanno trovato modi per aumentare la loro diversità genetica attraverso tre tecniche di ricombinazione: trasduzione, trasformazione e coniugazione.
Che cos'è la ricombinazione genetica?
Gli organismi si evolvono a causa di cambiamenti nei loro genomi, il DNA sequenze che codificano per proteine e RNA. Le mutazioni del DNA possono verificarsi in qualsiasi momento e potrebbero cambiare la struttura delle proteine prodotte. I procarioti hanno altri modi per evolvere i loro genomi, oltre a fare affidamento su mutazioni relativamente poco frequenti. Attraverso la ricombinazione genetica, le singole cellule procariote possono condividere il DNA con altre cellule individuali, non necessariamente appartenenti alla stessa specie. Questo può aiutare a diffondere un gene benefico che produce organismi più coraggiosi. Ad esempio, l'aspetto di un gene che conferisce resistenza agli antibiotici potrebbe creare un ceppo virulento di batteri. Le cellule possono diffondere il gene benefico attraverso la ricombinazione genetica, contribuendo a garantire la sopravvivenza della specie.
Trasduzione
La trasduzione è il trasferimento del DNA da un batterio all'altro attraverso l'azione dei virus. Quando un virus infetta un batterio, inietta il suo materiale genetico nella sua vittima e altera il meccanismo del batterio per sintetizzare DNA, RNA e proteine. A volte, il materiale genetico virale si unisce al DNA dell'ospite. Successivamente, il DNA virale si esalta dal cromosoma del batterio, ma il processo è impreciso e i geni batterici potrebbero essere inclusi nel DNA virale appena liberato. Il virus fa sì che l'host replichi molte copie del genoma del virus insieme a qualsiasi altro gene ospite per la corsa. Il virus quindi causa la rottura della cellula, rilasciando nuove particelle virali che ripetono il ciclo. In questo modo, i geni di un ospite si combinano con quelli di un altro ospite, forse di un'altra specie.
Trasformazione
Alcune specie di batteri possono ingerire segmenti di DNA, noti come plasmidi, dai loro dintorni e incorporare i plasmidi nei propri cromosomi. Il batterio deve prima entrare in uno stato speciale, chiamato competenza, che consente la trasformazione. Per raggiungere la competenza, il batterio deve attivare un numero di geni che esprime le proteine richieste. I batteri di solito trasformano il DNA della stessa specie. Gli scienziati usano la trasformazione per introdurre il DNA estraneo nelle cellule procariotiche incorporando il DNA nel mezzo di crescita. In questo modo, i ricercatori possono valutare gli effetti di diversi segmenti di DNA e persino creare microrganismi di designer con i tratti desiderati.
Coniugazione
La coniugazione è l'equivalente batterico del sesso. Implica il contatto fisico tra due celle, possibilmente tramite una struttura a ponte chiamata pilus. Le cellule donatrici devono contenere un piccolo segmento di DNA chiamato F-plasmide, che il destinatario deve mancare. La cellula donatrice fornisce un singolo filamento di DNA dal plasmide F e lo trasferisce al ricevente. L'enzima DNA polimerasi sintetizza quindi un filamento complementare per produrre la struttura del DNA normalmente a due filamenti. In alcuni casi, il donatore contribuisce anche al DNA cromosomico oltre a quello del plasmide F. Il ricevente combina il DNA del donatore con il proprio genoma.
