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A differenza degli organismi che si riproducono sessualmente e che possiedono due corredi cromosomici, la maggior parte dei procarioti, come i batteri, portano solo un singolo cromosoma. Questa architettura genetica limitata consente ancora loro di diversificarsi rapidamente attraverso tre sofisticate strategie di condivisione del DNA:trasduzione, trasformazione e coniugazione.
La ricombinazione genetica è il processo mediante il quale i segmenti di DNA si spostano tra le cellule, creando nuove combinazioni genetiche che possono migliorare la sopravvivenza. Nei batteri, questo meccanismo integra le mutazioni casuali consentendo la rapida diffusione di tratti vantaggiosi, come la resistenza agli antibiotici, tra le popolazioni, anche tra le specie.
Durante la trasduzione, i batteriofagi (virus che infettano i batteri) agiscono come corrieri inconsapevoli. Quando un fago infetta una cellula ospite, inietta il proprio genoma e dirotta il meccanismo batterico per replicarsi. Occasionalmente, frammenti del DNA dell’ospite vengono erroneamente confezionati in nuove particelle virali. Quando questi fagi successivamente infettano un altro batterio, consegnano il DNA ospite, che può integrarsi nel genoma del ricevente e propagare geni benefici.
La trasformazione si basa sulla competenza batterica, uno stato fisiologico temporaneo che consente alle cellule di assorbire il DNA libero dal loro ambiente. I batteri competenti possono fagocitare plasmidi o frammenti cromosomici, incorporarli nei loro cromosomi ed esprimere nuovi tratti. Gli scienziati sfruttano questo processo naturale per introdurre DNA ingegnerizzato, consentendo la creazione di ceppi microbici su misura per la ricerca e applicazioni industriali.
La coniugazione è spesso descritta come “accoppiamento” batterico. Richiede un contatto diretto cellula-cellula, tipicamente tramite un pilus. Le cellule donatrici che ospitano un plasmide F (plasmide della fertilità) trasferiscono un singolo filamento di DNA attraverso il pilo a un ricevente privo del plasmide. La DNA polimerasi sintetizza quindi il filamento complementare, formando un plasmide a doppio filamento all'interno del ricevente. In alcuni casi, il donatore trasferisce anche porzioni del suo DNA cromosomico, espandendo ulteriormente la diversità genetica.
