Le moderne biotecnologie VETTORI VIRALI 105 Capitolo 3 PLASMIDI I vettori virali sono utilizzati soprattutto per introdurre geni esogeni nei batteri e nelle cellule eucariote animali sfruttando la naturale capacità dei virus di integrare il loro DNA con il genoma cellulare che infettano. In natura, infatti, i virus che, essendo costituiti da un involucro di proteine (capside) di ridottissime dimensioni al cui interno è racchiuso il DNA contenente solo le informazioni essenziali, non sono in grado di riprodursi da soli, penetrano all interno di una cellula e ne utilizzano le strutture di sintesi facendo sì che sia la cellula stessa ad esprimere le informazioni virali e a sintetizzare centinaia di copie del virus. Durante questo processo possono avvenire scambi tra il DNA virale e il DNA cellulare. In laboratorio è possibile pilotare questo fenomeno di ricombinazione tra i due genomi, per trasferire geni particolarmente interessanti nelle cellule. Alcuni geni del virus vengono sostituiti con geni utili, di qualunque provenienza, e si aggiunge un gene marcatore per verificare l avvenuto trasferimento. Il virus modificato è ancora in grado di infettare la cellula ma, anziché sfruttarla e distruggerla, la arricchisce delle nuove caratteristiche desiderate. Ogni virus utilizza le proteine del suo capside per riconoscere e infettare un particolare tipo di cellula. I virus che infettano i batteri sono detti batteriofagi o fagi. Quando un fago infetta un batterio può acquisirne frammenti di DNA che vengono ceduti alla cellula batterica ricevente durante il successivo processo di infezione. Il trasferimento di materiale genetico da un batterio a un altro tramite fagi si chiama trasduzione. Il DNA virale di un fago, una volta penetrato in una cellula batterica, può integrarsi nel cromosoma batterico e rimanere in fase latente (profago) per molto tempo senza interferire sulla vita della cellula (ciclo lisogenico o lisogeno) oppure può attivarsi e utilizzare le strutture della cellula batterica per riprodursi e distruggere la cellula ospite (ciclo litico) [ 42 ]. I plasmidi sono i primi vettori genici individuati e utilizzati, soprattutto se il DNA da inserire non è di grandi dimensioni. Sono strutture genetiche tipiche dei batteri, costituite da brevi sequenze anulari di DNA batterico extracromosomiche, capaci di duplicarsi per proprio conto e di migrare da un batterio a un altro. In natura, se sottoposti a stress ambientale (carenza alimentare, antibiotici) i batteri effettuano un processo di coniugazione, con il quale una cellula donatrice (F+) trasferisce copia di uno o più plasmidi a una cellula ricevente (F-) attraverso un ponte citoplasmatico (pilo sessuale). Nella cellula donatrice il plasmide inizia a replicarsi a partire da un punto, detto sito di origine della replicazione (ori). Il nuovo filamento penetra attraverso il pilo nella cellula ricevente, la quale duplica a sua volta il filamento ricevuto rigenerando il plasmide completo [ 43 ]. a Singolo filamento di DNA F2 Plasmide Pilo sessuale F1 Cromosoma Fase di replicazione batterico Coniugazione batterica b Batteriofagi Cellula batterica Ciclo lisogenico Ciclo litico Profago Induzione Danni al DNA 42 Evidenziazione del ciclo vitale del batteriofago. 0100.Parte1_Cap_03.indd 105 43 (a) Fasi del processo di coniugazione batterica; (b) i pili sessuali originano un tubo attraverso il quale il DNA è trasferito da una cellula all altra; (c) schematizzazione della struttura del plasmide. c Sito di restrizione Plasmide ori Sito di origine per replicazione DNA ampR Gene per la resistenza antibiotico (ampicillina) 26/02/21 16:59