1. Manipolare il genoma

1. Manipolare il genoma

1. Significato di biotecnologie: biotecnologie antiche e moderne 

Le biotecnologie sono applicazioni tecnologiche che utilizzano organismi viventi o loro derivati per realizzare prodotti e processi per usi specifici.

L’uomo ha da sempre utilizzato gli organismi viventi a proprio vantaggio, spesso modificandone anche la struttura genetica. Un esempio è dato dalla produzione di pane, birra e vino. Tutti questi processi sfruttano la fermentazione operata dai lieviti, quindi sono a tutti gli effetti una forma di biotecnologia.

Anche la domesticazione delle piante e degli animali, iniziata nel Neolitico è una forma di biotecnologia che nel corso dei millenni ha modificato la struttura genetica degli organismi. Attraverso gli incroci tra specie diverse e la selezione della progenie che presentava i tratti più favorevoli, il frumento è passato dai 32000 geni della specie originaria ai 96000 geni dell’attuale grano tenero. 

Rispetto alle biotecnologie tradizionali, le biotecnologie moderne offrono numerosi vantaggi: 

  • le tecniche basate sull’ingegneria genetica sono più efficaci perché consentono di trasferire solo i geni desiderati;
  • i geni trasferiti possono provenire da specie anche molto distanti dal punto di vista evolutivo rispetto alla specie ricevente e si generano così varietà impossibili da ottenere con gli incroci tradizionali;
  • le moderne biotecnologie agiscono in modo mirato e permettono di ottenere le caratteristiche desiderate con un’alterazione genetica minima, spesso limitata a un singolo gene tra le migliaia che compongono il genoma.

La tecnica fondamentale alla base di tutte le applicazioni biotecnologiche moderne è il clonaggio genico.

2. Il clonaggio e le tecniche di base delle biotecnologie 

Grazie al clonaggio genico è possibile generare diversi cloni di cellule batteriche, ciascuno dei quali contiene milioni di copie del gene di interesse.

I tipici passaggi fondamentali di un esperimento di clonaggio genico sono i seguenti:

  • il gene di interesse viene separato dagli altri geni presenti nell’organismo di partenza;
  • il gene va poi inserito all’interno di una molecola di DNA plasmidico modificata, detta vettore diclonaggio. Il risultato di questo inserimento è un DNA ricombinante, ovvero una molecola di DNA costituita da porzioni provenienti da individui diversi;
  • il DNA ricombinante può essere inserito all’interno di una cellula ospite, di solito un batterio, attraverso il processo di trasformazione;
  • le cellule batteriche trasformate vengono poi depositate su piastre di terreno agar assicurandosi che i singoli batteri siano separati gli uni dagli altri e possano formare colonie distanziate. Il passaggio successivo è isolare le cellule batteriche che hanno incorporato il plasmide, e che quindi sono state trasformate con il DNA ricombinante, da quelle che non lo hanno ricevuto. Questo è possibile grazie a un marcatore di selezione, di solito un gene che conferisce resistenza a un antibiotico. Facendo crescere le cellule in un terreno di coltura arricchito con l’antibiotico, solo i batteri che contengono il plasmide ricombinante, e quindi il marcatore di selezione, riusciranno a sopravvivere;
  • all’interno della cellula trasformata, il vettore può replicarsi grazie alla presenza del sito di origine della replicazione del plasmide: in questo modo si formano molte copie del vettore e quindi anche del gene che abbiamo inserito, che può essere così isolato e studiato.

3. La clonazione 

Le biotecnologie offrono in teoria la possibilità di generare individui geneticamente identici. 

Nella clonazione si duplica l’identità genetica di un individuo con un procedimento completamente artificiale. Da un lato, la clonazione di viventi non umani è considerata lecita rientra nell’ambito dell’utilizzo di animali per scopi benefici per l’uomo. Tuttavia, la clonazione umana pone interrogativi più importanti.  

Il fondamentale principio dell’autodeterminazione, secondo cui nessuno può decidere a priori ciò che un altro individuo debba essere, si scontra con la clonazione dell’uomo. Proprio per questo, la comunità internazionale condanna la clonazione umana a scopo riproduttivo.

Esiste invece un ambito in cui la comunità è tutt’ora divisa, che è quella della clonazione a scopoterapeutico. Si tratta di una procedura volta a generare in vitro embrioni umani clonati per ottenere cellule staminali embrionali geneticamente identiche a quelle del donatore. Lo scopo è quello di usare queste cellule embrionali per sviluppare terapie più efficaci di quelle disponibili al momento con le terapie tradizionali.

4. Tecnologie innovative: endonucleasi di nuova generazione, PCR e sue applicazioni 

Il primo passaggio del clonaggio è l’isolamento di uno specifico frammento di DNA che ci interessa clonare . Per separare un frammento dalla molecola di DNA che lo contiene, si sfrutta l’azione di una particolare classe di enzimi: le endonucleasi di restrizione. Questi enzimi fanno parte dei distesi di difesa naturali dei batteri, che li producono per degradare il DNA dei virus che li infettano. Questi enzimi sono ideali per il clonaggio per la loro capacità di tagliare entrambi i filamenti di una molecola di DNA a doppia elica in corrispondenza di una specifica sequenza bersaglio.

La PCR è una tecnica di biologia molecolare per replicare ripetutamente, in modo estremamente selettivo, un tratto definito di DNA del quale si conoscano le sequenze nucleotidiche iniziali e terminali, partendo da una soluzione di DNA (nucleare, plasmidico, virale ecc.) in cui questo tratto di DNA è presente in singola copia o in un numero esiguo di copie. In questo modo è possibile isolare e studiare un qualsiasi tratto di DNA a partire da un campione biologico da cui è possibile recuperare tracce di DNA. Attraverso questa reazione, a partire da una singola molecola di DNA che fa da stampo, si possono generare miliardi di frammenti identici di uno stesso tratto di DNA in poco più di un’ora.

Le possibili applicazioni della PCR sono le seguenti :

  • caso di malattie genetiche o tumorali mediante la PCR è possibile amplificare il gene responsabile di tali stati patologici;
  • dal momento che molte sequenze geniche presentano una elevata conservazione di sequenza in specie differenti, sintetizzando gli oligonucleotidi in modo che questi si possano appaiare a due regioni conservate del gene, è possibile isolare un gene omologo in una specie in cui quel gene non è stato ancora caratterizzato;
  • è possibile amplificare porzioni di DNA “antico” (isolato da reperti fossili, mummie ecc…) in modo da effettuare confronti con campioni contemporanei di DNA per studi evoluzionistici;
  • è possibile amplificare numerose porzioni del DNA genomico di un genotipo  per mettere a confronto genotipi diversi, ottenendo per ciascuno una “impronta digitale molecolare”;
  • il bersaglio da amplificare può anche essere una molecola di RNA, ciò consente di stabilire se un determinato gene è trascritto, ovvero è espresso, e in che misura, nonché di conoscerne la sequenza codificante.

5. Significato di OGM e campi di applicazione

Uno dei vantaggi offerti dalle moderne biotecnologie è la possibilità, una volta clonato un gene, di farlo esprimere in un organismo differente da quello da cui deriva. 

Si parla in questo caso di organismo geneticamente modificato o OGM.

Per raggiungere questo scopo si usano dei vettori plasmidici particolari: i vettori di espressioneconsentono di fare esprimere il gene clonato al loro interno in una qualsiasi cellula ricevente.

Nei vettori di espressione, il sito multiplo di clonaggio è posizionato tra il promotore e il terminatore, in modo che qualsiasi gene clonato possa essere espresso. Esistono plasmidi contenenti i segnali per l’espressione di geni clonati in cellule batteriche, animali o vegetali. Inserendo i segnali opportuni, è possibile anche far esprimere il gene solo in un determinato tipo cellulare o tessuto di un organismo.

La possibilità di trasferire in maniera selettiva e far esprimere geni in ogni organismo vivente ha aperto la strada a numerose applicazioni delle moderne biotecnologie in molti ambiti, come l’agricoltura, l’industria e la medicina. 

Accedi

[mepr-login-form use_redirect="true"]

Registrati

Accedi o Registrati

Il Manuale di Sopravvivenza alla Maturità 2024

Sta per arrivare il manuale che ha aiutato decine di migliaia di maturandi.

Iscriviti alla lista d’attesa per sapere quando sarà disponibile.