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2B ODO gio 16 ottobr.. - Facoltà di Medicina e Chirurgia

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I virus sono i più numerosi e diversificati soggetti genetici
presenti dappertutto sulla Terra, possono infettare organismi
di tutti e tre i domini della vita e … persino altri virus
Come e dove si può incontrare un virus?
- nell’aria che respiriamo (raffreddore, influenza,
vaiolo, …)
- mediante scambi di liquidi organici (HIV)
- mediante animali, ad esempio insetti
(febbre gialla)
- alimentazione (epatite A)
- nel genoma degli eucarioti sono presenti miriadi di
sequenze virali temporaneamente integrate, molte
sono diventate endogene nel corso di milioni di anni
I virus sono parassiti
intracellulari obbligati che
si possono riprodurre
solo dentro una cellula
ospite
I virus non hanno enzimi
per il metabolismo, non
hanno ribosomi, non
possono sintetizzare nè
DNA, nè RNA, nè
proteine
Infezione acuta: comparsa
rapida e breve durata
Presenza di anticorpi.
Es. Virus dell’epatite B,
virus di Epstein-Barr
herpes simplex ed herpes zoster
Il Fago X174
genoma costituito da un piccolo
DNA circolare a singolo
filamento (poco più di
5000 nucleotidi), troppo
poco per codificare le
proteine che può
esprimere.
La soluzione è origini
multiple di trascrizione
e di traduzione che
permettono di identificare
ed esprimere in modo
corretto ed al momento
opportuno i geni sovrapposti
A attivazione sintesi del DNA virale
A* inibizione della sintesi del DNA dell’ospite
E lisi della cellula ospite
Schema di Retrovirus
I virus ad RNA sono detti retrovirus in quanto necessitano di
essere retrotrascritti in DNA all’interno dell’ospite
infezione
VIRUS
Nuovi
VIRUS
trasfezione
RNA(+)
o
DNA(+)
Nuovi
VIRUS
Pandora Virus
sono virus giganti che assomigliano a batteri parassiti in termini di
dimensioni fisiche e complessità genomica. Il loro genoma codifica
geni con introni, mentre mancano i geni che codificano per la
duplicazione del DNA, per la trascrizione e la traduzione.
Micoplasmi
sono i più piccoli batteri conosciuti, non hanno né parete cellulare né capsula, la loro membrana
è resa più rigida dalla presenza di elevate quantità di steroli (membrana trilaminare). Il loro
genoma, costituito da DNA circolare (di poco più di 500.000 bp), contiene circa 500 geni.
Resistenza agli antibiotici.
Clamidie
sono piccoli batteri, parassiti obbligati di cellule
eucariotiche in quanto non metabolicamente
autonomi. Esistono in due forme, una
extracellulare tipo spora, l’altra intracellulare
attiva metabolicamente. Il loro genoma è circolare,
lungo circa un milione di nucleotidi, codifica per
circa 500 geni. Non resistenti agli antibiotici.
Viroidi
sono costituiti da una singola molecola di RNA
circolare a singola elica che non codifica per
proteine (il virus dell’epatite D è simile ai viroidi)
induce RNA silencing
RNA di Viroidi della Patata e della Pesca
I Procarioti (Eubatteri ed Archea), i più antichi esseri viventi,
presentano la maggiore diversità genetica e metabolica.
Possono essere sia aerobi che anaerobi, autotrofi o eterotrofi,
fotoautotrofi o fotoeterotrofi o chemiolitotrofi; possono ricavare
energia dalla ossidazione anaerobica del metano oppure dalla
ossidazione anaerobica dell’ammoniaca, …
Con l’identificazione degli
Archea come categoria
autonoma, l’albero evolutivo
della vita è stato costruito
con tre rami: Eubatteri,
Archea ed Eucarioti
Gli ultimi risultati di
genomica mettono gli
Eucarioti come parte
degli Archea, supportando
così ulteriormente l’ipotesi
sull’origine degli Eucarioti
come evoluzione di una
convivenza tra Archea ed Eubatteri endosimbionti
Questo risultati indicano che l’albero della vita dovrebbe
avere soltanto due rami principali corrispondenti ai due
domini: Archea ed Eubatteri
Octopus Spring
(Yellowstone)
Protein Adaptations in Archaeal Extremophiles – Archaea,
2013;2013:373275. Epub 2013 Sep 16 - Reed CJ, Lewis H, Trejo E,
Winston V, Evilia C.
Gli Archea prosperano in diversi
ambienti estremi per calore, freddo,
acidità, basicità, salinità, alta pressione e alti livelli di
radiazioni a cui si sono adattati nel
corso del tempo e di cui seguono
inevitabilmente il destino.
Sulla base della loro particolare specializzazione
adattativa sono attualmente suddivisi in quattro
branche: alofili, psicrofili, termofili e acidofili.
I metanogeni non sono più considerati una
branca a sé stante in quanto sono diffusi in
tutte e quattro le branche sopra elencate.
Gran Lago Salato (Utah)
Gli Archea sono perfettamente adattati ad ambienti
estremi che oggi sono sempre meno frequenti
Genoma dell’Archea
Methanococcus
Adattamento stabile da modificazione del DNA
Gli Archea hanno introni nel loro DNA circolare organizzato in
cromatina, nelle loro membrane sono presenti anche eteri ed
isoprenoidi e la loro parete cellulare è priva di peptidoglicani
Le loro proteine sono perfettamente specializzate a funzionare
in condizioni ambientali estreme, mantenendosi stabili ed attive
Eubatteri: hanno invece sviluppato meccanismi che consentono
di adattarsi a tutti gli ambienti, adattabili ma non adattati
Protein Adaptations in Archaeal Extremophiles – Archaea, 2013;2013:373275. Epub 2013
Sep 16 - Reed CJ, Lewis H, Trejo E, Winston V, Evilia C.
La membrana dei:
•Batteri formata da fosfolipidi formati da esteri del glicerolo con acidi grassi
•Archea formata da fosfolipidi firmati da eteri del glicerolo con catene isoprenoidi
La membrana degli eucarioti è composta da fosfolipidi di tipo eubatterico.
Archea hanno proteine omologhe ad H3 e H4 che si assemblano in nucleosomi
tetramerici, molto più addensati di quelli degli eucarioti
Poiché i genomi degli archea sono piccoli come quelli dei batteri e non sono contenuti
in un nucleo, ne emerge che il ruolo ancestrale della cromatina non era forse
tanto quello di compattare il genoma in una struttura di ordine superiore,
quanto piuttosto quello di regolare l'espressione genica.
La N-glicosilazione degli:
Archea usa una sequenza di zuccheri ramificata, diversa da quella degli eucarioti,
ma che viene costruita sul lipide dolicolo
Eubatteri usa una sequenza di zuccheri non ramificata che viene costruita su un
particolare lipide, undecaprenol-pirofosfato
The early evolution of lipid membranes and the three domains of life - Lombard et al. - Nature Reviews Microbiology, 10,
507-515, 2012 - doi: 10.1038/nrmicro2815
Chromatin is an ancient innovation conserved between Archaea and Eukarya - Ammar et al. - eLife 2012;1:e00078. DOI:
10.7554/eLife.00078, pag.1-11
Extreme sweetness: protein glycosylation in archaea - Nat Rev Microbiol. 2013 Mar;11(3):151-6. doi: 10.1038/nrmicro2957 Eichler J.
Come gli eubatteri, gli archea si riproducono asessualmente e possono
scambiare DNA attraverso il trasferimento genico orizzontale
Recentemente è stato però dimostrato che gli Archea alofili possono formare
cellule per fusione interspecie che consentono la ricombinazione omologa tra
specie distinte
Cellule dell’archaea Haloferax volcanii possono fondersi per formare un
eterodiploide, offrendo così la possibilità di ricombinazione omologa fra i
loro due cromosomi prima che le cellule si separino nuovamente per tornare
ad essere aploidi.
Gli Archea hanno molti elementi in comune con gli Eucarioti, oltre a quanto
già conosciuto, si aggiunge è nota la presenza di introni e di cromatina, la
presenza di un ciclo cellulare, la replicazione del DNA cromosomico
utilizzando origini multiple di replicazione ed un meccanismo per la
segregazione del genoma.
Archaea: Breaking down the species barrier - Jermy A. - Nature Reviews Microbiology, 10, 522-523, 2012 - doi:
10.1038/nrmicro2841
The cell cycle of archaea
Nat Rev Microbiol. 2013 Aug 16;11(9):627-38. doi: 10.1038/nrmicro3077 - Lindås AC, Bernander R.
Figura a lato: segregazione del genoma in
eubatteri (a) ed archea (b).
The cell cycle of archaea
Nat Rev Microbiol. 2013 Aug 16;11(9):627-38. doi: 10.1038/nrmicro3077 - Lindås AC, Bernander R.
EUBATTERI
Sono aploidi
Si dividono con grande rapidità
originando cloni identici
Possono essere suddivisi in
oltre 10 diversi phyla
Hanno un alto tasso di
mutazioni
Hanno una elevata velocità di
crescita
RIPRODUZIONE ASESSUATA
BASTONCELLO
FILAMENTI
SPIRILLI
Si conoscono tipi caratteristici
di aggregazione batterica:
diplococchi, batteri sferici
associati a due a due,
streptococchi, se sono disposti
a formare una catena,
stafilococchi, se formano
un grappolo.
SFERICA
VIBRIONI
Nel battere, il
cromosoma circolare è
organizzatoin domini
superavvolti:
• alcuni accessibili
per la trascrizione,
altri
• momentaneamente
inaccessibili
Circa il 98% del
genoma circolare
dei batteri è codificante
Il genoma dei batteri è organizzato in operon
Un operon è una unità trascrizionale indipendente,
formata da (2-15) geni regolati da un solo promotore
I geni di un operon sono diversi, ma concorrono
allo sviluppo di una medesima funzione
La regolazione trascrizionale degli operon è affidata
a poche proteine
L’aumento di variabilità è affidato:
-Negli Eubatteri a scambi “orizzontali” di DNA
che aumentano le probabilità che convergano
in una stessa cellula più mutazioni favorevoli e
di disporre di nuove sequenze di DNA
- negli Eucarioti a scambi “verticali” di DNA che
viene rimescolato nel
corso della meiosi e
della riproduzione
sessuale con i gameti
Fattore di fertilità F
Alcuni batteri saranno F+, altri F-
Batteriofago
(virus specifico
per i batteri)
Tra noi e loro c’è un abissale differenza nella
velocità di evoluzione:
Circa 350 generazioni ci separano da un uomo
vissuto all’epoca delle Piramidi
Per un battere 350 generazioni si hanno in una
sola settimana
Gut microbiota: Intestinal bacteria influence brain activity in healthy humans - Nature Reviews Gastroenterology &
Hepatology – News & Views - Volume 10 Issue 6 - Published online: 07 May 2013 - p326 - doi:10.1038/nrgastro.2013.76 Stephen M. Collins and Premsyl Bercik
Ci sono prove emergenti che indicano che il microbioma
intestinale può influenzare la chimica e lo sviluppo del
cervello ed il comportamento degli animali.
The last resort – Nature, 499, 394-395, 25 July 2013 – Maryn McKenna
L‘ultima risorsa: gli operatori della sanità stanno guardando con orrore come
i batteri diventano resistenti ai potenti nuovissimi antibiotici carbapenemici .
Vaginal microbe yields novel antibiotic
Drug is one of thousands that may be produced by the
human microbiome.
Erika Check Hayden, 11 September 2014
Sett 2014
I batteri che vivono dentro e su di noi
possono sintetizzare un vasto numero
di molecole con azione farmacologica,
tra cui nuovi antibiotici
Sorprende che ci siano migliaia di geni
che consentono la sintesi di piccole
molecole
Lo studio del microbioma potrebbe portare
all’identificazione di nuovi tipi di molecole il cui studio
potrebbe aiutare i ricercatori a capire come il microbioma
influenza la nostra suscettibilità alle malattie.
Il battere Deinococcus radiodurans resiste all'esposizione
a 6000 Gy * di radiazioni ionizzanti, a 15000 Gy mantiene
ancora un 40% di vitalità
La sua estrema radioresistenza deriva dalla sua
fenomenale abilità di riparazione del DNA
Oltre che ai raggi g (gamma), Deinococcus radiodurans è tollerante anche
ad altre condizioni che danneggiano il DNA come alte dosi di radiazioni UV,
cicli di disidratazione/reidratazione e la mitomicina C **. Il suo genoma è di
3,28 Mb, composto da due cromosomi circolari (2.64 Mb e 0.41 Mb) e due
plasmidi.
Cellule geneticamente modificate di Deinococcus radiodurans presentano
una elevatissima capacità di bioremediation, biorisanamento di rifiuti ad
alto livello di tossicità.
___________________________________
* Gy = Gray, unità di radiazione assorbita. La dose letale per l’uomo è 4-6 Gy
** La mitomicina è un antibiotico ad ampio spettro che agisce su batteri Gram + e Gram -, sulle rickettsie e persino su alcuni
virus. In clinica è impiegata come agente alchilante che inibisce la divisione delle cellule tumorali, legandone il DNA e
provocandone la frammentazione.
The PprA protein is required for accurate cell division of γ-irradiated Deinococcus radiodurans bacteria - DNA Repair
(Amst). 2013 Apr 1;12(4):265-72. doi: 10.1016/j.dnarep.2013.01.004 - Devigne et al.
Recombinant D. radiodurans cells for bioremediation of heavy metals from acidic/neutral aqueous wastes - Bioeng
Bugs. 2012 Jan 1;3(1):44-8. doi: 10.4161/bbug.3.1.18878 - Misra CS, Appukuttan D, Kantamreddi VS, Rao AS, Apte SK.
Ancora più resistente ma meno studiato è l’Archaea
Thermococcus gammatolerans, isolato in un camino
di sfiato idrotermale nelle profondità oceaniche del
Golfo di California, che è il più resistente in assoluto
in quanto sopravvive all’esposizione a 30000 Gy di
irradiazione con raggi g (gamma).
Il suo genoma è costituito da un solo cromosoma circolare di
appena 2 Mb.
Thermococcus gammatolerans sp. nov., a hyperthermophilic archaeon from a deep-sea hydrothermal vent that resists ionizing radiation - Int
J Syst Evol Microbiol. 2003 May;53(Pt 3):847-51 - Jolivet et al.
Complete genome sequence of Thermococcus sp. strain 4557, a hyperthermophilic archaeon isolated from a deep-sea hydrothermal vent
area - J Bacteriol. 2011 Oct;193(19):5544-5. doi: 10.1128/JB.05851-11 - Wang X, Gao Z, Xu X, Ruan L.
Solo raramente c’è
trasferimento di geni tra
batteri patogeno per l’uomo
e batteri del suolo
Mag 2014
I geni della resistenza non
sono fiancheggiati da
elementi per mobilizzazione
Nel nostro organismo, le cellule
batteriche sono più numerose
delle cellule del nostro corpo con
un rapporto di circa dieci a uno.
Sorprendentemente, si scopre che
dobbiamo gran parte della
nostra biologia e della nostra
individualità ai microbi che
vivono sul e nel nostro corpo
Il Consorzio Progetto
Microbioma Umano ha
pubblicato un ampio catalogo di
geni ed organismi che
costituiscono il nostro microbioma.
Learning about who we are - David A. Relman Nature 486, 194–195 (14 June 2012)
doi:10.1038/486194a
Nel nostro organismo, le cellule batteriche sono più numerose delle cellule del nostro
corpo con un rapporto di circa dieci a uno.
Sorprendentemente, si scopre che dobbiamo gran parte della nostra biologia e della nostra individualità ai
microbi che vivono sul e nel nostro corpo - una informazione che promette di modificare radicalmente i
principi e la pratica della medicina, della salute pubblica e delle scienze di base. Nella rivista Nature, il
Consorzio Progetto Microbioma Umano pubblica un ampio catalogo di geni ed organismi che costituiscono il
nostro microbioma.
Nello studio del microbioma umano si dovrebbero indagare anche i
virus e piccoli organismi non-batterici come funghi e cercare
risposte alle domande sulle funzioni del microbioma. Ignoriamo
quasi completamente molti dei servizi che i nostri ecosistemi
microbici ci forniscono e dai quali dipende la nostra salute.
I ricercatori del Progetto Microbioma Umano stanno studiando gli abitanti
microbici del corpo umano, utilizzando campioni prelevati da 242 adulti sani
in 15 siti corporei (per i maschi) e 18 siti corporei (per le femmine) - pelle
(quattro siti), bocca e gola (nove siti), vagina (tre siti), narici e feci
(per rappresentare il tratto gastrointestinale distale).
Sono state stimate il numero di specie microbiche e dei loro geni.
Nella figura sono quindi mostrate le stime grossolane del numero di specie
microbiche (rosso) e del numero di geni microbici (blu) nei siti contenenti
la più elevata diversità di specie, quali tratto gastrointestinale e denti
(placca sopragengivale); siti con diversità intermedia, quali interno della
guancia (mucosa buccale) e narici (narici anteriori), e siti con diversità
inferiore, quale il fornice vaginale posteriore.
Gli autori hanno anche trovato una sostanziale variazione nella diversità e nella
composizione delle comunità microbiche in siti differenti all'interno della stessa regione generale del corpo.
Learning about who we are - David A. Relman - Nature 486, 194–195 (14 June 2012) doi:10.1038/486194a
Ignoriamo quasi completamente molti dei servizi che i nostri
ecosistemi microbici ci forniscono e dai quali dipende la nostra
salute.
Prove crescenti suggeriscono che il microbioma intestinale ha
un notevole impatto sulla fisiologia dell’ospite, ma non è
ancora chiaro come la capacità funzionale del microbioma si
mantenga dopo l'esposizione a stress ambientali.
Recentemente è stato trovato che la popolazione residente di
fagi fornisce al microbioma una riserva di geni vantaggiosi
preservando la robustezza funzionale della microflora nel corso
dell’esposizione a stress ambientale.
Learning about who we are - David A. Relman - Nature 486, 194–195 (14 June 2012) doi:10.1038/486194a
With a little help from my phage friends - Nature Reviews Microbiology, published online 24 June 2013; doi:10.1038/nrmicro3070
Ci sono prove emergenti che indicano che il
microbiota intestinale può influenzare la chimica e
lo sviluppo del cervello ed il comportamento degli
animali.
Alcuni autori mostrano che l'ingestione di probiotici
selezionati può modificare la connettività cerebrale e
le risposte alle sfide emotive in soggetti sani, aprendo
la strada per lo sfruttamento terapeutico dell'asse
microbioma-cervello sia per le funzionalità
gastrointestinali che per disturbi primari del
comportamento.
Gut microbiota: Intestinal bacteria influence brain activity in healthy humans - Nature Reviews Gastroenterology &
Hepatology – News & Views - Volume 10 Issue 6 - Published online: 07 May 2013 - p326 - doi:10.1038/nrgastro.2013.76 Stephen M. Collins and Premsyl Bercik
Bacteria found in healthy placentas
Katia Moskvitch, NEWS in Nature del 21 maggio 2014 - doi : 10.1038/nature.2014.15274
Mag 2014
Una flora microbica analoga a quella della bocca può svolgere un
ruolo nella prevenzione delle nascite premature.
Il sacco amniotico in cui il feto cresce
è un ambiente sterile, ma la placenta
-un organo che il feto ha in comune
-con la madre – ospita una
-comunità batterica.
Nel 2012, Kjersti Aagaard,
un ostetrico presso il Baylor College
of Medicine di Houston, in Texas, ed i
suoi collaboratori hanno scoperto che
i microbi più abbondanti nella vagina di una donna incinta erano diversi da
quelli di una donna non incinta, e che non erano generalmente
rappresentativi di quelli che erano più comuni nelle feci del bambino nella
sua prima settimana di vita. Per studiare dove venissero questi microbi, il
team ha deciso di esaminare la placenta.
In un nuovo studio su campioni di placenta da 320 donne appena dopo il
parto, è stato trovato hanno estratto il DNA dal tessuto e lo hanno
sequenziato. Hanno trovato che la comunità batterica "era diversa tra le
donne che avevano avuto un parto pretermine o che avevano avuto
un'infezione molto prima, come ad esempio un’infezione delle vie
urinarie - anche se che quella infezione era stata curata e guarita molti
mesi o settimane prima".
I ricercatori hanno anche confrontato i microbiomi placentari con quelli che si
trovano nella vagina, nell’intestino, nella bocca e sulla pelle delle donne non
gravide. Essi hanno scoperto che il microbioma placentare era più simile a
quello della bocca. Gli autori ipotizzano che i microbi viaggiano dalla bocca
alla placenta attraverso il sangue. I risultati rafforzano i dati che suggeriscono
un legame tra la malattia parodontale nella madre ed il rischio di parto
pretermine, dice Aagaard.
Il team sta ora studiando come le comunità microbiche delle donne cambiano
durante la gravidanza. L'obiettivo è identificare le donne a rischio di parto
pretermine, e sviluppare modi per prevenire o trattare le sue complicanze nei
neonati - eventualmente tramite cambiamenti nella dieta per aumentare i
microbi sani nella placenta, nella vagina o nella bocca e nell’intestino.
14
Gen 2014
Una dieta alimentare a lungo termine influenza la
struttura e l'attività delle migliaia di miliardi di
microrganismi che risiedono nell'intestino umano,
ma non è ancora chiaro quanto rapidamente e in
modo riproducibile il microbioma intestinale umano
risponde al cambiamento macronutrienti breve
termine.
Qui mostriamo che il consumo a breve termine di
diete composte interamente da prodotti animali o
vegetali altera la struttura della comunità
microbica.
La dieta a base animale ha aumentato
l'abbondanza di microrganismi bile-tolleranti
(Alistipes, Bilophila e Bacteroides) ed ha fatto
diminuire i livelli dei Firmicutes che metabolizzano
polisaccaridi vegetali alimentari (Roseburia,
Eubacterium rectale e Ruminococcus bromii).
I microbi presenti riflettono le differenze tra
mammiferi erbivori e carnivori.
In concerto, questi risultati dimostrano che il
microbioma intestinale può rispondere
rapidamente alle modificazioni della dieta,
favorendo potenzialmente la diversità degli stili di
vita alimentari umani.
Tutte le membrane cellulari sono composte da fosfolipidi, e questo suggerisce la
presenza di fosfolipidi nell'ultimo antenato comune.
La biosintesi dei fosfolipidi è molto diversa tra eubatteri ed archea, la membrana
fosfolipidica degli eucarioti è composta da fosfolipidi di tipo eubatterico.
Tutte le cellule sono delimitate da membrane
lipidiche che mediano le loro interazioni e
scambi con l’ambiente circostante.
Nonostante il ruolo fondamentale delle
membrane nel permettere ai sistemi genetici
e metabolici di interagire e di evolvere
insieme, la maggior parte degli studi
sull’origine della vita si sono concentrati sulla
nascita del sistema genetico e del
metabolismo., e di conseguenza, l'origine e
l'evoluzione delle membrane ha ricevuto
molta meno attenzione.
In natura sono presenti due tipi di fosfolipidi
diversi anche se strutturalmente simili.
Figura – Pathway di biosintesi di fosfolipidi negli Archaea e negli Eubatteri/Eucarioti.
Eubatteri ed Eucarioti hanno una membrana formata da fosfolipidi costituiti da esteri del
glicerolo con acidi grassi, gli Archea hanno invece una membrana formata da fosfolipidi
costituiti da eteri del glicerolo con catene isoprenoidi. Questa differenza rispecchia l'uso di
differenti vie di biosintesi dei fosfolipidi negli archea e negli eubatteri, che non sono per niente
omologhe tra loro.
The early evolution of lipid membranes and the three domains of life - Lombard et al. - Nature Reviews Microbiology, 10, 507-515, 2012 - doi:
10.1038/nrmicro2815
GLI ARCHEA CONDIVIDONO MOLTE CARATTERISTICHE CON GLI EUCARIOTI
Nucleosomi e cromatina sono stati storicamente considerati
come caratteristiche esclusive degli Eucarioti, ma studi
recenti sugli Archea hanno identificato proteine omologhe ad
H3 e H4 che si assemblano in nucleosomi tetramerici
La trascrizione negli Archea possiede elementi caratteristici della
struttura della cromatina eucariotica: regioni prive di nucleosomi
ai siti di inizio della trascrizione e nucleosomi conservati a -1 e
+1 del promotore
Quindi gli istoni (H3 ed H4) e l'architettura della cromatina si
sono evoluti prima della divergenza di Archea e Eucarioti,
suggerendo che il ruolo fondamentale della cromatina nella
regolazione dell'espressione genica sia molto antico.
Chromatin is an ancient innovation conserved between Archaea and Eukarya - Ammar et
al. - eLife 2012;1:e00078. DOI: 10.7554/eLife.00078, pag.1-11
La densità dei nucleosomi nel genoma archea è maggiore di
quella osservata nei genomi eucariotici.
Varie caratteristiche, come la distribuzione periodica
sinusoidale, l’arricchimento di nucleotidi G/C nei punti medi dei
nucleosomi, rapporto tra grado di occupazione con nucleosomi
ed espressione genica, sono simili a quelle degli eucarioti.
Poiché i genomi degli archea sono piccoli come quelli dei batteri
e non sono contenuti in un nucleo, ne emerge che il ruolo
ancestrale della cromatina non era forse tanto quello di
compattare il genoma in una struttura di ordine superiore,
quanto piuttosto quello di regolare l'espressione genica. La
funzione di «imballaggio» del DNA potrebbe essere emersa con
l'evoluzione degli eucarioti.
Chromatin is an ancient innovation conserved between Archaea and Eukarya - eLife. 2012;1:e00078. doi:
10.7554/eLife.00078 - Ammar et al.
Anche se la N-glicosilazione era stata riportata negli
archeobatteri quasi 40 anni fa, solo da poco è stata realizzata
un'indagine dettagliata di questo processo
Nonostante la mancanza dell’Apparato di Golgi, gli Archea
possono N-glicosilare le loro proteine, utilizzando una
diversa sequenza di zuccheri ramificata che viene costruita
sul lipide dolicolo
La N-glicosilazione è presente anche negli Eubatteri, ma
utilizzando una sequenza di zuccheri non ramificata che viene
costruita su un particolare lipide, undecaprenol-pirofosfato
La presenza negli Archea di proteine glicosilate svolge un ruolo
importante aiutandoli a sopravvivere in alcuni degli ambienti più
ostili del Pianeta.
Extreme sweetness: protein glycosylation in archaea - Nat Rev Microbiol. 2013 Mar;11(3):151-6. doi: 10.1038/nrmicro2957 Eichler J.
Predizione del metabolismo generale e dei trasportatori di membrana in
Termococcus gammatolerans:
(a) glicolisi;
(b) degradazione del piruvato ad
acetil-CoA;
(c) ciclo dei pentosi fosfati
e fissazione della CO2;
(d) pseudo ciclo di Krebs;
(e) pathway di degradazione di
amminoacidi:
(f) detossificazione da ossidanti e ROS
Sulla membrana sono presenti carrier e permeasi, per gli anioni (blu) e i cationi (rosa), per
amminoacidi/dipeptidi (verde), metalli pesanti o droghe (nero), carboidrati (giallo), a funzione
sconosciuta (grigio).
In rosso sono indicate proteine che si trovano solo in questo organismo.
Genome analysis and genome-wide proteomics of Thermococcus gammatolerans, the most radioresistant organism
known amongst the Archaea - Genome Biol. 2009;10(6):R70. doi: 10.1186/gb-2009-10-6-r70 - Zivanovic Y, Armengaud J,
Lagorce A, Leplat C, Guérin P, Dutertre M, Anthouard V, Forterre P, Wincker P, Confalonieri F.
Come gli eubatteri, gli archea si riproducono asessualmente e possono
scambiare DNA attraverso il trasferimento genico orizzontale
Linee distinte o «specie» sono mantenute per la presenza di barriere al
trasferimento genico, come l'isolamento geografico, l'incompatibilità genetica
o restrizioni fisiche al trasferimento di DNA
Recentemente è stato però dimostrato che gli Archaea alofili possono
formare cellule per fusione interspecie che consentono la ricombinazione
omologa tra specie distinte
Cellule dell’archaea Haloferax volcanii possono fondersi per formare un
eterodiploide, offrendo così la possibilità di ricombinazione omologa fra i
loro due cromosomi prima che le cellule si separino nuovamente per tornare
ad essere aploidi.
Studi recenti hanno dimostrato che la ricombinazione omologa tra i
cromosomi appare come un evento abbastanza frequente e la maggior
parte dei siti di ricombinazione sembra essere non casuale, ad esempio due
dei siti di ricombinazione coincidono con geni per tRNA che sono altamente
conservati tra le due specie.
Archaea: Breaking down the species barrier - Jermy A. - Nature Reviews Microbiology, 10, 522-523, 2012 - doi:
10.1038/nrmicro2841
The cell cycle of archaea - Nat Rev Microbiol. 2013 Aug 16;11(9):627-38. doi: 10.1038/nrmicro3077 - Lindås AC, Bernander R.
Gli Archea hanno molti elementi in comune con gli
Eucarioti, oltre a quanto già conosciuto, si aggiunge
è nota la presenza di introni e di cromatina, la
presenza di un ciclo cellulare, la replicazione del DNA
cromosomico utilizzando origini multiple di replicazione
ed un meccanismo per la segregazione del genoma.
Gli Archaea sono organismi generalmente anaerobi che
si trovano in una vasta gamma di ambienti estremi.
I costituenti della membrana cellulare sono unici
e distintivi degli Archaea, mentre altre caratteristiche
sono condivise sia con eubatteri che con eucarioti.
Nonostante la mancanza di un nucleo, la maggior parte
delle proteine ​archea coinvolte in replicazione,
trascrizione e traduzione hanno omologia con le
controparti eucariote, mentre le corrispondenti
proteine ​batteriche sono significativamente differenti.
Figura: ciclo cellulare di un Archaea ipertermofilo. La fase G1 occupa circa il 5% del ciclo
cellulare, la fase S occura circa il 35%, la fase G2 occupa oltre il 55%, la divisione circa il 5%.
Tutto avviene in rapida successione, indicando una perfetta correlazione tra le varie fasi ed il
superamento del checkpoint. In altri Archaea è diversa la durata temporale e percentuale delle
varie fasi ed in qualche caso si è osservata poliploidia.
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