Riproduzione batterica e fissione binaria

I batteri sono organismi procariotici che si riproducono in modo asessuato. La riproduzione batterica si verifica più comunemente da un tipo di divisione cellulare chiamata fissione binaria. La fissione binaria comporta la divisione di una singola cellula, che si traduce nella formazione di due cellule geneticamente identiche. Per comprendere il processo di fissione binaria, è utile comprendere la struttura delle cellule batteriche.

Key Takeaways

• La fissione binaria è il processo mediante il quale una singola cellula si divide per formare due cellule geneticamente identiche tra loro.
• Esistono tre forme cellulari batteriche comuni: a forma di bastoncino, sferiche e a spirale.
• I componenti cellulari batterici comuni includono: una parete cellulare, una membrana cellulare, il citoplasma, il flagello, una regione nucleoide, plasmidi e ribosomi.
• La fissione binaria come mezzo di riproduzione ha una serie di vantaggi, il principale tra questi è la capacità di riprodursi in numero elevato a un ritmo molto rapido.
• Poiché la fissione binaria produce cellule identiche, i batteri possono variare più geneticamente attraverso la ricombinazione, il che comporta il trasferimento di geni tra le cellule.

Struttura cellulare batterica

I batteri hanno forme cellulari diverse. Le forme cellulari batteriche più comuni sono sferiche, a forma di bastoncino e a spirale. Le cellule batteriche in genere contengono le seguenti strutture: una parete cellulare, una membrana cellulare, un citoplasma, ribosomi, plasmidi, flagelli e una regione nucleoide.

• Parete cellulare: Una copertura esterna della cellula che protegge la cellula batterica e le dà forma.
• Citoplasma: Una sostanza gelatinosa composta principalmente da acqua che contiene anche enzimi, sali, componenti cellulari e varie molecole organiche.
• Membrana cellulare o membrana al plasma: Circonda il citoplasma della cellula e regola il flusso di sostanze dentro e fuori la cellula.
• flagelli: Sporgenza lunga simile a una frusta che aiuta nella locomozione cellulare.
• I ribosomi: Strutture cellulari responsabili della produzione di proteine.
• I plasmidi: Trasmissione genica, strutture circolari di DNA che non sono coinvolte nella riproduzione.
• Regione Nucleoide: Area del citoplasma che contiene la singola molecola di DNA batterico.

Fissione binaria

Questa è una microfotografia elettronica a trasmissione colorata (TEM) di un batterio E. coli nelle prime fasi della fissione binaria. Credito: CNRI / Getty Images

La maggior parte dei batteri, incluso Salmonella e E.coli, riprodurre per fissione binaria. Durante questo tipo di riproduzione asessuata, la singola molecola di DNA si replica ed entrambe le copie si attaccano, in punti diversi, alla membrana cellulare. Quando la cellula inizia a crescere e ad allungarsi, aumenta la distanza tra le due molecole di DNA. Una volta che il batterio quasi raddoppia la sua dimensione originale, la membrana cellulare inizia a pizzicarsi verso l'interno al centro. Infine, si forma una parete cellulare che separa le due molecole di DNA e divide la cellula originale in due cellule figlie identiche.

Questa immagine mostra i batteri che crescono esponenzialmente in una capsula di Petri. Una singola colonia può avere trilioni di batteri. Wladimir Bulgar / Science Photo Library / Getty Images

Ci sono una serie di benefici associati alla riproduzione attraverso la fissione binaria. Un singolo batterio è in grado di riprodursi in numero elevato a un ritmo rapido. In condizioni ottimali, alcuni batteri possono raddoppiare il numero della popolazione in pochi minuti o ore. Un altro vantaggio è che non si perde tempo a cercare un compagno poiché la riproduzione è asessuata. Inoltre, le cellule figlie risultanti dalla fissione binaria sono identiche alla cellula originale. Ciò significa che sono adatti per la vita nel loro ambiente.

Ricombinazione batterica

La fissione binaria è un modo efficace per la riproduzione dei batteri, tuttavia non è priva di problemi. Poiché le cellule prodotte attraverso questo tipo di riproduzione sono identiche, sono tutte suscettibili agli stessi tipi di minacce, come i cambiamenti ambientali e gli antibiotici. Questi pericoli potrebbero distruggere un'intera colonia. Al fine di evitare tali pericoli, i batteri possono variare più geneticamente attraverso la ricombinazione. La ricombinazione comporta il trasferimento di geni tra le cellule. La ricombinazione batterica si ottiene mediante coniugazione, trasformazione o trasduzione.

Coniugazione

Alcuni batteri sono in grado di trasferire parti dei loro geni ad altri batteri a contatto. Durante la coniugazione, un batterio si collega ad un altro attraverso una struttura del tubo proteico chiamata a pilus. I geni vengono trasferiti da un batterio all'altro attraverso questo tubo.

Trasformazione

Alcuni batteri sono in grado di assorbire il DNA dal loro ambiente. Questi resti di DNA provengono più comunemente da cellule batteriche morte. Durante la trasformazione, il batterio lega il DNA e lo trasporta attraverso la membrana cellulare batterica. Il nuovo DNA viene quindi incorporato nel DNA della cellula batterica.

trasduzione

La trasduzione è un tipo di ricombinazione che comporta lo scambio di DNA batterico attraverso batteriofagi. I batteriofagi sono virus che infettano i batteri. Esistono due tipi di trasduzione: trasduzione generalizzata e specializzata.

Una volta che un batteriofago si attacca a un batterio, inserisce il suo genoma nel batterio. Il genoma virale, gli enzimi e i componenti virali vengono quindi replicati e assemblati all'interno del batterio ospite. Una volta formati, i nuovi batteriofagi lisano o spaccano il batterio liberando i virus replicati. Durante il processo di assemblaggio, tuttavia, parte del DNA batterico dell'ospite può essere racchiuso nel capside virale anziché nel genoma virale. Quando questo batteriofago infetta un altro batterio, inietta il frammento di DNA dal batterio precedentemente infetto. Questo frammento di DNA viene quindi inserito nel DNA del nuovo batterio. Questo tipo di trasduzione si chiama trasduzione generalizzata.

Nella trasduzione specializzata, i frammenti del DNA del batterio ospite vengono incorporati nei genomi virali dei nuovi batteriofagi. I frammenti di DNA possono quindi essere trasferiti su qualsiasi nuovo batterio che questi batteriofagi infettano.

fonti

• Reece, Jane B. e Neil A. Campbell. Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.