Inclusioni cellulari e granuli di stoccaggio
I batteri, nonostante la loro semplicità, contengono una struttura cellulare ben sviluppata responsabile di molte proprietà biologiche uniche che non si trovano tra archaea o eucarioti. A causa della semplicità dei batteri rispetto agli organismi più grandi e della facilità con cui possono essere manipolati sperimentalmente, la struttura cellulare dei batteri è stata ben studiata, rivelando molti principi biochimici che sono stati successivamente applicati ad altri organismi.
La maggior parte dei batteri non vive in ambienti che contengono grandi quantità di sostanze nutritive in ogni momento. Per accogliere questi livelli transitori di nutrienti, i batteri contengono diversi metodi di conservazione dei nutrienti che vengono impiegati in tempi di abbondanza, per l’uso in tempi di mancanza. Ad esempio, molti batteri immagazzinano il carbonio in eccesso sotto forma di poliidrossialcanoati o glicogeno. Alcuni microbi immagazzinano nutrienti solubili, come il nitrato nei vacuoli. Lo zolfo è più spesso immagazzinato come granuli elementari (S0) che possono essere depositati sia intra che extracellulare. I granuli di zolfo sono particolarmente comuni nei batteri che utilizzano l’idrogeno solforato come fonte di elettroni. La maggior parte degli esempi sopra menzionati possono essere visualizzati utilizzando un microscopio e sono circondati da una sottile membrana non unitaria per separarli dal citoplasma.
I corpi di inclusione sono aggregati nucleari o citoplasmatici di sostanze macchiabili, di solito proteine. In genere rappresentano siti di moltiplicazione virale in un batterio o in una cellula eucariotica e di solito sono costituiti da proteine del capside virale. I corpi di inclusione hanno una membrana lipidica non unitaria. I corpi dell’inclusione della proteina classicamente sono pensati per contenere la proteina misfolded. Tuttavia, questo è stato recentemente contestato, poiché la proteina fluorescente verde a volte fluoresce nei corpi di inclusione, il che indica una certa somiglianza della struttura nativa e i ricercatori hanno recuperato la proteina piegata dai corpi di inclusione.
Quando i geni di un organismo sono espressi in un altro, la proteina risultante forma talvolta corpi di inclusione. Questo è spesso vero quando si attraversano grandi distanze evolutive; ad esempio, un cDNA isolato da Eukarya ed espresso come gene ricombinante in un procariote, rischia la formazione degli aggregati inattivi di proteine noti come corpi di inclusione. Mentre il cDNA può codificare correttamente per un mRNA traducibile, la proteina che risulta emergerà in un microambiente estraneo. Questo ha spesso effetti fatali, soprattutto se l’intento della clonazione è quello di produrre una proteina biologicamente attiva. Ad esempio, i sistemi eucariotici per la modifica dei carboidrati e il trasporto della membrana non si trovano nei procarioti.
Il microambiente interno di una cellula procariotica (pH, osmolarità) può differire da quello della fonte originale del gene. I meccanismi per piegare una proteina possono anche essere assenti ed i residui idrofobici che normalmente rimarrebbero sepolti possono essere esposti e disponibili per interazione con i simili siti esposti su altre proteine ectopiche. Anche i sistemi di elaborazione per la scissione e la rimozione dei peptidi interni sarebbero assenti nei batteri. I tentativi iniziali di clonare l’insulina in un batterio hanno subito tutti questi deficit. Inoltre, i controlli sottili che possono mantenere bassa la concentrazione di una proteina mancheranno anche in una cellula procariotica e la sovraespressione può portare a riempire una cellula con proteine ectopiche che, anche se fossero correttamente piegate, precipiterebbero saturando il suo ambiente.