Giuseppe Saccone » 9.La genetica dei microrganismi

Archilbald Garrod: idea di corrispondenza tra geni ed enzimi

Un medico inglese nel 1902, il Dr. Archilbald Garrod propose che l’alcoptonuria, un difetto metabolico nell’uomo, fosse ereditario e non infettivo, e che fosse causato dall’assenza di un enzima. E’ la prima volta che venne proposta l’idea della corrispondenza tra geni ed enzimi.

Per quasi trent’anni, la natura molecolare degli enzimi fu oggetto di discussione e sperimentazione.

Nel 1926 il chimico James B. Sumner purificò l’enzima urease dimostrando che è una proteina. Prese poi Nobel Prize in Chimica nel 1946.

Grazie agli studi genetici nei microrganismi quali batteri, funghi e virus batterici fu possibile in pochi decenni comprendere meccanismi fondamentali del funzionamento e dell’evoluzione della vita.

La scoperta dei virus batterici

Tra il 1915 ed il 1917 Frederick Twort, medico inglese, e Felix d’Herelle, medico canadese, furono scopritori dei batteriofagi, cioè virus batterici. d’Herelle ebbe l’idea di usarli come cura contro le infezioni batteriche, la cosidetta terapia fagica, ancora oggi studiata contro i batteri resistenti ad antibiotici nell’uomo come anche in medicina veterinaria.

Grazie allo studio dei batteriofagi sono stati in seguito scoperti i fenomeni di parasessualità nei procarioti.

Controllo genetico delle reazioni biochimiche in Neurospora

Nel fungo Neurospora crassa Beadle e Tatum (1941) dimostrarono che la sintesi biochimica di un particolare prodotto nella cellula dipende da un insieme di geni non allelici che producono enzimi.

Fenomeni di parasessualità nei procarioti

All’inizio degli anni 40, ancora ci si chiedeva se i batteri avessero i geni.

Nel 1948 Mitchell e Lein offrirono la prima diretta dimostrazione che un mutante genetico di Neurospora fosse deficiente di un particolare enzima.

Nel 1949 Linus Pauling e colleghi dimostrarono una relazione strutturale tra l’emoglobina mutata e l’anemia falciforme.

Nel 1952-53, furono identificati enzimi mutanti termolabili sia nel batterio E. coli che nel fungo Neurospora.

Salvador Edward Luria: un Nobel italiano emigrato

Scoperta degli 1) enzimi di restrizione nei batteri, 2) dimostrazione insieme a Delbruck mediante uso dei batteri e batteriofagi che la mutazione è casuale e non adattativa.

Max Delbruck ha anche scoperto che i batteriofagi si replicano in un unico passo e non esponenzialmente come i batteri.

I Nobel per la genetica dei microrganismi: 1958

George Wells Beadle (vedi foto)

Edward Lawrie Tatum (vedi foto)

Joshua Lederberg (foto a destra)

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1958 was divided, one half jointly to George Wells Beadle and Edward Lawrie Tatum “for their discovery that genes act by regulating definite chemical events” and the other half to Joshua Lederberg “for his discoveries concerning genetic recombination and the organization of the genetic material of bacteria”.

La genetica dei microganismi porta alla biotecnologia

I coniugi Lederberg hanno posto le basi per la nascita della biotecnologia.
Hanno scoperto in modo del tutto casuale 1) i plasmidi, circoli di DNA extracromosomico presenti nei batteri e che permettono scambi genetici; 2) la trasduzione, un fenomeno di trasferimento di DNA da batterio a batterio mediato dai virus batterici; la ricombinazione genetica nei batteri. Esther ha perfezionato la replica plating, che permette di avere una copia della medesima distribuzione di batteri su due differenti piastre, che ha permesso di dimostrare che la mutazione è casuale e non adattativa

Colienarità tra sequenze nel gene e nel polipeptide

La conferma finale dell’ipotesi un gene un enzima venne dagli studi dei mutanti in batteri di E. coli (Yanofsky) e fagi T4 (Sarabhai e colleghi).

Altri Nobel per la genetica dei microrganismi: 1969

Max Delbruck
Salvador Luria
Alfred Hershey
(vedi foto).