I procarioti – batteri e archaea – sono la forma di vita più abbondante sulla Terra. Sono unicellulari, mancano di organelli legati alla membrana e non hanno un vero nucleo. A differenza degli eucarioti, i procarioti si riproducono asessualmente mediante la fissione binaria, che produce una prole geneticamente identica.

Perché i procarioti hanno bisogno del trasferimento genico

Poiché la riproduzione asessuata genera poca variazione genetica, i procarioti si affidano al trasferimento genico orizzontale (laterale) per diversificare i loro genomi. Tre meccanismi principali (trasformazione, coniugazione e trasduzione) consentono al DNA di spostarsi tra cellule della stessa generazione.

TL;DR

I procarioti aumentano la diversità genetica attraverso la trasformazione, la coniugazione e la trasduzione. La trasduzione, mediata dai batteriofagi, è fondamentale per la diffusione della resistenza agli antibiotici e per le applicazioni biotecnologiche.

Trasduzione:meccanismo e storia

Scoperto negli anni '50 da Norman Zinder e Joshua Lederberg mentre studiavano la Salmonella , la trasduzione consente ai batteriofagi (fagi) di trasferire il DNA batterico da un ospite all'altro.

I fagi si attaccano a una cellula batterica, iniettano il loro genoma e dirottano il meccanismo di replicazione dell’ospite per produrre nuove particelle virali. Durante questo processo, frammenti di DNA ospite possono essere erroneamente impaccati in alcuni capsidi dei fagi. Dopo la lisi dell'ospite, questi fagi “confezionati” trasportano il DNA batterico in una nuova cellula ricevente.

Se il DNA trasferito si integra nel cromosoma del ricevente, i geni vengono espressi come se fossero nativi. Poiché il donatore e il ricevente appartengono alla stessa specie, i tratti appena acquisiti possono diffondersi rapidamente in una popolazione.

Impatto sulla resistenza agli antibiotici

La trasduzione può diffondere geni di resistenza, come quelli che codificano per pompe di efflusso o bersagli farmacologici modificati, in tutte le comunità batteriche. Una volta che una singola cellula resistente trasferisce il proprio gene, l'intera popolazione può diventare resistente, complicando le strategie di trattamento.

Trasduzione nella ricerca e nella medicina

Al di là del suo ruolo nella resistenza, la trasduzione controllata è uno strumento prezioso nella biologia molecolare. I ricercatori utilizzano il rilascio genico mediato dai fagi per:

• Crea plasmidi ricombinanti per l'espressione proteica.
• Fornire geni terapeutici alle cellule bersaglio.
• Progettare ceppi batterici con nuove capacità metaboliche.
• Studiare la funzione genetica in sistemi non batterici.

Altri metodi di trasferimento genico orizzontale

• Coniugazione —Trasferimento diretto del DNA tramite un sex pilus; i plasmidi spesso mediano questo processo senza l'assistenza virale.
• Trasformazione —Assorbimento di DNA libero dall'ambiente, che può ricombinarsi nel cromosoma se compatibile.

Collettivamente, questi meccanismi guidano una rapida evoluzione e adattamento nei procarioti, consentendo loro di prosperare in diverse nicchie ecologiche.