A diferència dels eucariotes, els bacteris no tenen un nucli format, però el seu ADN no està dispers per la cèl·lula, sinó que es concentra en una estructura compacta anomenada nucleoide. En termes funcionals, és un anàleg funcional d'un aparell nuclear.
Què és un nucleoide
Un nucleoide bacterià és una regió de les seves cèl·lules que conté material genètic estructurat. A diferència del nucli eucariota, no està separat per una membrana de la resta del contingut cel·lular i no té una forma permanent. Malgrat això, l'aparell genètic dels bacteris està clarament separat del citoplasma.
El terme en si significa "semblant a un nucli" o "regió nuclear". Aquesta estructura va ser descoberta per primera vegada l'any 1890 pel zoòleg Otto Buchli, però les seves diferències amb l'aparell genètic dels eucariotes ja es van identificar a principis dels anys 50 gràcies a la tecnologia de microscòpia electrònica. El nom "nucleoide" correspon al concepte de "cromosoma bacterià", si aquest últim està contingut en una cèl·lula en una sola còpia.
Nucleoide no inclou plasmidis quesón elements extracromosòmics del genoma bacterià.
Característiques del nucleoide bacterià
Normalment, el nucleoide ocupa la part central de la cèl·lula bacteriana i està orientat al llarg del seu eix. El volum d'aquesta formació compacta no supera les 0,5 micres3 i el pes molecular varia d'1×109 a 3×109 d alton. En determinats punts, el nucleoide s'uneix a la membrana cel·lular.
El nucleoide bacterià conté tres components:
- ADN.
- Proteïnes estructurals i reguladores.
- RNA.
L'ADN té una organització cromosòmica diferent de l'eucariota. Molt sovint, el nucleoide bacterià conté un cromosoma o diverses còpies d'aquest (amb creixement actiu, el seu nombre arriba a 8 o més). Aquest indicador varia segons el tipus i l'etapa del cicle de vida del microorganisme. Alguns bacteris tenen diversos cromosomes amb diferents conjunts de gens.
Al centre de l'ADN nucleoide està força compacte. Aquesta zona és inaccessible als ribosomes, als enzims de replicació i transcripció. Al contrari, els bucles desoxiribonucleics de la regió perifèrica del nucleoide estan en contacte directe amb el citoplasma i representen regions actives del genoma bacterià.
La quantitat del component proteic del nucleoide bacterià no supera el 10%, que és aproximadament 5 vegades menor que la de la cromatina eucariota. La majoria de proteïnes estan associades a l'ADN i participen en la seva estructuració. L'ARN és un productetranscripció de gens bacterians, que es realitza a la perifèria del nucleoide.
L'aparell genètic dels bacteris és una formació dinàmica capaç de canviar la seva forma i conformació estructural. No té els nuclèols i l'aparell mitòtic característics del nucli d'una cèl·lula eucariota.
Cromosoma bacterià
En la majoria dels casos, els cromosomes nucleoides bacterians tenen una forma d'anell tancat. Els cromosomes lineals són molt menys comuns. En qualsevol cas, aquestes estructures consisteixen en una única molècula d'ADN, que conté un conjunt de gens necessaris per a la supervivència dels bacteris.
L'ADN cromosòmic es completa en forma de bucles superenrotllats. El nombre de bucles per cromosoma varia de 12 a 80. Cada cromosoma és un replicó de ple dret, ja que en duplicar-se l'ADN es copia completament. Aquest procés sempre comença des de l'origen de la replicació (OriC), que està unit a la membrana plasmàtica.
La longitud total d'una molècula d'ADN en un cromosoma és diversos ordres de magnitud més gran que la mida d'un bacteri, per la qual cosa es fa necessari empaquetar-la, però mantenint l'activitat funcional.
A la cromatina eucariota, aquestes tasques les realitzen les proteïnes principals: les histones. El nucleoide bacterià conté proteïnes d'unió a l'ADN que són responsables de l'organització estructural del material genètic i també afecten l'expressió gènica i la replicació de l'ADN.
Les proteïnes associades a nucleoides inclouen:
- proteïnes semblants a les histones HU, H-NS, FIS i IHF;
- topoisomerases;
- proteïnes de la família SMC.
Els dos darrers grups tenen la major influència en el superenrotllament del material genètic.
La neutralització de les càrregues negatives de l'ADN cromosòmic es realitza mitjançant poliamines i ions de magnesi.
El paper biològic del nucleoide
En primer lloc, el nucleoide és necessari per als bacteris per emmagatzemar i transmetre informació hereditària, així com per implementar-la a nivell de síntesi cel·lular. En altres paraules, el paper biològic d'aquesta formació és el mateix que el de l'ADN.
Altres funcions nucleoides bacterianes inclouen:
- localització i compactació de material genètic;
- envàs d'ADN funcional;
- regulació del metabolisme.
L'estructuració de l'ADN no només permet que la molècula encaixi en una cèl·lula microscòpica, sinó que també crea les condicions per al flux normal dels processos de replicació i transcripció.
Les característiques de l'organització molecular del nucleoide creen condicions per al control del metabolisme cel·lular canviant la conformació de l'ADN. La regulació es produeix mitjançant un bucle de determinades seccions del cromosoma al citoplasma, la qual cosa les fa disponibles per als enzims de transcripció, o viceversa, tirant-les cap a dins.
Mètodes de detecció
Hi ha 3 maneres de detectar visualment un nucleoide en bacteris:
- microscòpia lluminosa;
- microscòpia de contrast de fase;
- microscòpia electrònica.
Depenent del mètodela preparació de la preparació i el mètode d'investigació, el nucleoide pot semblar diferent.
Microscòpia de llum
Per detectar un nucleoide mitjançant un microscopi de llum, els bacteris es tenyeixen prèviament de manera que el nucleoide tingui un color diferent de la resta del contingut cel·lular, en cas contrari aquesta estructura no serà visible. També és obligatori fixar bacteris en un portaobjectes de vidre (en aquest cas, els microorganismes moren).
A través de la lent d'un microscopi de llum, el nucleoide sembla una formació en forma de mongeta amb límits clars, que ocupa la part central de la cèl·lula.
Mètodes de pintar
En la majoria dels casos, s'utilitzen els següents mètodes de tinció de bacteris per visualitzar el nucleoide mitjançant microscòpia de llum:
- segons Romanovsky-Giemsa;
- Mètode Felgen.
Quan es tenyeixen segons Romanovsky-Giemsa, els bacteris es fixen prèviament en un portaobjectes de vidre amb alcohol metílic i, durant 10-20 minuts, s'impregnen amb un colorant d'una barreja igual d'atzur, eonina i blau de metilè, dissolt en metanol. Com a resultat, el nucleoide es torna violeta i el citoplasma es torna rosa pàl·lid. Abans de la microscòpia, s'escorre la taca i es renta el portaobjectes amb destil·lat i s'asseca.
El mètode Feulgen utilitza hidròlisi àcida feble. Com a resultat, la desoxiribosa alliberada passa a la forma d'aldehid i interacciona amb l'àcid fucsina-sulfurós del reactiu de Schiff. Com a resultat, el nucleoide es torna vermell i el citoplasma es torna blau.
Microscòpia de contrast de fase
La microscòpia de contrast de fase téresolució més alta que la llum. Aquest mètode no requereix fixació i tinció de la preparació: l'observació té lloc per a bacteris vius. El nucleoide d'aquestes cèl·lules sembla una zona ovalada clara sobre el fons del citoplasma fosc. Es pot fer un mètode més eficaç aplicant tints fluorescents.
Detecció de nucleoides amb un microscopi electrònic
Hi ha dues maneres de preparar una preparació per a l'examen de nucleoides sota un microscopi electrònic:
- tall ultra prim;
- Tallar els bacteris congelats.
En micrografies electròniques d'una secció ultrafina d'un bacteri, el nucleoide té l'aspecte d'una estructura densa de xarxa formada per filaments prims, que sembla més lleuger que el citoplasma circumdant.
En una secció d'un bacteri congelat després de la immunotinció, el nucleoide sembla una estructura de corall amb un nucli dens i protuberàncies primes que penetren al citoplasma.
A les fotografies electròniques, el nucleoide dels bacteris ocupa més sovint la part central de la cèl·lula i té un volum més petit que en una cèl·lula viva. Això es deu a l'exposició als productes químics utilitzats per arreglar la preparació.
