Fissione binaria
La maggior parte dei batteri si basa sulla fissione binaria per la propagazione. Concettualmente questo è un processo semplice; una cella deve solo crescere fino al doppio della sua dimensione iniziale e quindi dividere in due. Ma, per rimanere vitale e competitivo, un batterio deve dividersi al momento giusto, nel posto giusto, e deve fornire ad ogni prole una copia completa del suo materiale genetico essenziale., La divisione cellulare batterica è studiata in molti laboratori di ricerca in tutto il mondo. Queste indagini stanno scoprendo i meccanismi genetici che regolano e guidano la divisione cellulare batterica. Comprendere la meccanica di questo processo è di grande interesse perché può consentire la progettazione di nuove sostanze chimiche o nuovi antibiotici che mirano specificamente e interferiscono con la divisione cellulare nei batteri.,
Prima che si verifichi la fissione binaria, la cellula deve copiare il suo materiale genetico (DNA) e segregare queste copie alle estremità opposte della cellula. Quindi i molti tipi di proteine che compongono il macchinario di divisione cellulare si assemblano nel futuro sito di divisione. Un componente chiave di questo macchinario è la proteina FtsZ. I monomeri proteici di FtsZ si assemblano in una struttura ad anello al centro di una cellula. Altri componenti dell’apparato di divisione si assemblano quindi sull’anello FtsZ., Questo macchinario è posizionato in modo che la divisione divide il citoplasma e non danneggia il DNA nel processo. Quando si verifica la divisione, il citoplasma viene scisso in due e in molti batteri viene sintetizzata una nuova parete cellulare. L’ordine e la tempistica di questi processi (replicazione del DNA, segregazione del DNA, selezione del sito di divisione, invaginazione dell’involucro cellulare e sintesi di nuova parete cellulare) sono strettamente controllati.,
Alcune forme insolite di riproduzione nei batteri:
Ci sono gruppi di batteri che usano forme insolite o modelli di divisione cellulare per riprodursi. Alcuni di questi batteri crescono a più del doppio della loro dimensione cellulare iniziale e quindi utilizzano più divisioni per produrre più cellule discendenti. Alcuni altri lignaggi batterici si riproducono germogliando. Altri ancora formano prole interna che si sviluppano all’interno del citoplasma di una “cellula madre”più grande., Di seguito sono riportati alcuni esempi di alcune di queste forme insolite di riproduzione batterica.
La produzione di baeociti nel cianobatterio Stanieria
Stanieria non subisce mai fissione binaria. Inizia come una piccola cella sferica di circa 1-2 µm di diametro. Questa cellula è indicata come un baeocita (che letteralmente significa “piccola cellula”). Il baeocita inizia a crescere, formando infine una cellula vegetativa fino a 30 µm di diametro. Man mano che cresce, il DNA cellulare viene replicato più e più volte e la cellula produce una spessa matrice extracellulare., La cellula vegetativa alla fine transita in una fase riproduttiva dove subisce una rapida successione di fissioni citoplasmatiche per produrre dozzine o addirittura centinaia di baeociti. La matrice extracellulare alla fine si strappa, rilasciando i baeociti. Altri membri del Pleurocapsales (un Ordine di cianobatteri) usano modelli insoliti di divisione nella loro riproduzione (vedi Waterbury e Stanier, 1978).,
Germogliamento nei batteri
Il germogliamento è stato osservato in alcuni membri dei Planctomiceti, Cianobatteri, Firmicutes (ovvero i batteri gram-positivi a basso G+C) e i Proteobatteri protesici. Sebbene il germogliamento sia stato ampiamente studiato nel lievito eucariotico Saccharomyces cerevisiae, i meccanismi molecolari della formazione delle gemme nei batteri non sono noti. Di seguito viene mostrata una rappresentazione schematica del germogliamento in una specie di Planctomyces.,
Produzione intracellulare di prole da parte di alcuni Firmicuti
Epulopiscium spp., Metabacterium polyspora ed i batteri filamentosi segmentati (SFB) formano la prole intracellulare multipla. Per alcuni di questi batteri, questo processo sembra essere l’unico modo per riprodursi. Lo sviluppo intracellulare della prole in questi batteri condivide le caratteristiche con la formazione di endospore nel Bacillus subtilis.
In grandi Epulopiscium spp., questa strategia riproduttiva unica inizia con la divisione cellulare asimmetrica, vedi la figura del ciclo di vita dell’epulopiscio. Invece di posizionare l’anello FtsZ al centro della cella, come nella fissione binaria, gli anelli (A) Z sono posizionati vicino a entrambi i poli della cella in Epulopiscium. (B) La divisione forma una grande cellula madre e due piccole cellule discendenti. C) Le cellule più piccole contengono DNA e diventano completamente inghiottite dalla cellula madre più grande. (D) La prole interna cresce all’interno del citoplasma della cellula madre. (E) Una volta che lo sviluppo della prole è completo la cellula madre muore e rilascia la prole.,
Il nostro laboratorio studia i meccanismi di sviluppo della prole intracellulare in Epulopiscium e Metabacterium polyspora. Siamo interessati a quali meccanismi sono conservati tra questi insoliti processi riproduttivi e la formazione dell’endospore. Speriamo di ottenere una comprensione di come questa nuova forma di riproduzione cellulare si è sviluppata nel tempo e di come beneficia questi simbionti intestinali.
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