Trasformazione batterica

All'inizio del XX secolo, un batteriologo britannico di nome Frederick Griffith stava lavorando con il batterio che causa la polmonite Streptococcus pneumoniae. Ha eseguito un semplice esperimento utilizzando due ceppi diversi. Un ceppo è noto come ceppo S a causa di una capsula protettiva che fa apparire lisce le colonie o i grumi che forma e lo rende anche virulento o dannoso. Il secondo era il ceppo R, una versione dei batteri priva della capsula protettiva, che dava alle colonie un aspetto ruvido e le rendeva non virulente.

In primo luogo, Griffith ha preso alcuni dei batteri del ceppo S e li ha riscaldati, producendo una versione uccisa dal calore del ceppo S. Poi, ha raccolto alcuni topi e li ha divisi in quattro gruppi. Iniettò nel primo gruppo il ceppo S virulento e nel secondo il ceppo R non virulento. Ha dosato il terzo gruppo con il ceppo S ucciso a caldo e, infine, ha combinato insieme il ceppo S ucciso a caldo e il ceppo R, e ha iniettato questa miscela nel quarto gruppo. Come previsto, i topi del primo gruppo sono morti e quelli del secondo e del terzo gruppo sono sopravvissuti. Ma con sorpresa di Griffith, anche i topi dell'ultimo gruppo sono morti.

Quando pubblicò il suo studio nel 1928, chiamò questo misterioso processo di trasformazione, poiché ipotizzò la presenza di un principio trasformante sottostante, che permise al ceppo precedentemente non virulento di diventare mortale. Più tardi, nel 1943, Avert, MacLeod e McCarty riferirono che questo principio trasformante era probabilmente l'acido desossiribonucleico, o DNA, che ora sappiamo essere il materiale ereditario. Essenzialmente ciò che è accaduto nell'esperimento di Griffith è stato che quando i batteri sono stati combinati, un po' di DNA è fuoriuscito dal ceppo S ucciso dal calore e nelle cellule del ceppo R, trasformando questi batteri non virulenti e passando le informazioni per creare la capsula protettiva, trasformando il ceppo R in uno virulento, ora in grado di uccidere gli animali del quarto gruppo.

Gli scienziati hanno sviluppato un modo molto più semplice per studiare la trasformazione batterica, utilizzando i batteri E. coli e piccoli anelli circolari di DNA chiamati plasmidi. Di solito, il plasmide utilizzato negli esperimenti di trasformazione include un gene per una funzione speciale, come la resistenza agli antibiotici. Gli E. coli sono un ottimo soggetto per la trasformazione perché possono mostrare una proprietà chiamata competenza, la capacità di assorbire il DNA dall'ambiente. In sostanza, ciò significa che in determinate condizioni ambientali, come una sostanza chimica o uno shock elettrico o termico, la parete cellulare dell'E. coli può diventare temporaneamente permeabile e consentire l'assorbimento del DNA dall'ambiente. Una volta che il plasmide si trova all'interno dell'E. coli, può rimanere nel citoplasma della sua nuova cellula ospite ed essere replicato ed espresso nel corso delle generazioni insieme al genoma, oppure può incorporarsi completamente nel genoma dell'ospite. Se i batteri perdono il plasmide in qualsiasi momento, anche la cellula perderà la sua resistenza agli antibiotici, e quindi gli scienziati coltivano i batteri in un terreno contenente l'antibiotico per garantire che gli unici sopravvissuti siano quelli che contengono il plasmide di interesse.

In questo laboratorio imparerai come trasformare le cellule di E. coli con un plasmide contenente un gene di resistenza agli antibiotici, mentre pratichi tecniche microbiologiche sterili.