Batteri sorprendenti

I batteri sono organismi incredibilmente versatili che hanno la capacità unica di assorbire DNA estraneo e replicarsi ( o copia). Questo dà loro un vantaggio evolutivo e li aiuta a sopravvivere ai cambiamenti nel loro ambiente. Ad esempio, i batteri possono acquisire DNA che li rende resistenti agli antibiotici.

Il genoma batterico è contenuto in un unico cromosoma circolare. Questo materiale genetico galleggia liberamente nella cellula, a differenza degli organismi eucarioti in cui il materiale genetico è racchiuso all’interno di una membrana nucleare.

I batteri possono talvolta contenere cerchi più piccoli di DNA, chiamati plasmidi, che hanno un numero molto più piccolo di geni . I plasmidi possono essere scambiati tra batteri in un processo chiamato coniugazione.

Utilizzo di plasmidi in laboratorio

I plasmidi possono essere usati come vettori per trasportare DNA estraneo in una cellula. Una volta all’interno della cellula, il plasmide viene copiato dal meccanismo di replicazione del DNA della cellula ospite.

In laboratorio, i plasmidi sono progettati specificatamente in modo che il DNA che contengono sarà copiato dai batteri.

Plasmid essentials

I plasmidi progettati in laboratorio contengono un piccolo numero di geni che aiutano la trasformazione. Questi includono:

• Un’origine della replica. Questa è la sequenza specifica di nucleotidi in cui inizia la replicazione del DNA.
• Un sito di clonazione multiplo. Questo sito contiene siti di riconoscimento per enzimi di restrizione specifici. Questi enzimi di restrizione possono essere utilizzati per “tagliare” il plasmide in modo che il DNA estraneo possa essere “incollato” mediante legatura.
• Un gene di resistenza. Questo gene codifica per una proteina di cui i batteri hanno bisogno per sopravvivere in un particolare mezzo di crescita, ad esempio, quando è presente uno specifico antibiotico.

Inserimento di geni nei plasmidi

Il frammento di DNA o gene di l’interesse viene tagliato dalla sua fonte di DNA originale utilizzando un enzima di restrizione e quindi incollato nel plasmide mediante legatura.

Il plasmide contenente il DNA estraneo è ora pronto per essere inserito nei batteri. Questo processo è chiamato trasformazione.

Trasformazione batterica

Prima della trasformazione, i batteri vengono trattati con una sostanza chimica chiamata cloruro di calcio, che fa entrare l’acqua nelle cellule e le fa gonfiare. Questi batteri rigonfi sono quindi noti come batteri competenti.

Successivamente, il DNA plasmidico (contenente il DNA estraneo) viene miscelato con i batteri competenti e la soluzione viene riscaldata. Il DNA plasmidico entra nei batteri attraverso piccoli pori creati nelle membrane cellulari. Una volta nella cellula ospite, il DNA plasmidico viene copiato molte volte dal meccanismo di replicazione del DNA dei batteri.

Come fai a sapere se ha funzionato?

Dopo la trasformazione, i batteri crescono su un alimento ricco di sostanze nutritive chiamato agar. Solo i batteri contenenti un plasmide con resistenza agli antibiotici cresceranno in presenza di antibiotici.

Ad esempio, se i batteri vengono coltivati su agar contenente l’antibiotico ampicillina, sopravviveranno solo i batteri che sono stati trasformati con un plasmide contenente il gene di resistenza per l’ampicillina.

I batteri trasformati possono quindi essere coltivati in grandi quantità. Il DNA di interesse, o la proteina codificata dal DNA, può quindi essere isolato e purificato.

Quando viene utilizzata la trasformazione?

Viene utilizzata la trasformazione batterica:

• Per creare più copie del DNA, chiamata clonazione del DNA.
• Per produrre grandi quantità di specifiche proteine umane, ad esempio, l’insulina umana, che può essere utilizzata per trattare le persone con diabete di tipo I.
• Per modificare geneticamente un batterio o un’altra cellula.