Concetti Chiave
- Le biotecnologie utilizzano organismi viventi per sviluppare processi e prodotti utili, spesso con l'ausilio della tecnologia del DNA ricombinante.
- La tecnologia del DNA ricombinante consente di isolare e combinare segmenti di DNA provenienti da diverse fonti e inserirli in altre cellule.
- Gli enzimi di restrizione tagliano il DNA in sequenze specifiche, permettendo di ottenere frammenti distinti che possono essere analizzati tramite elettroforesi su gel.
- La PCR amplifica il DNA attraverso cicli di denaturazione e duplicazione, utilizzando polimerasi e primers specifici per ottenere molte copie del segmento desiderato.
- Le cellule trasformate, che incorporano DNA estraneo, sono identificate tramite un gene marcatore e sono fondamentali per il clonaggio e l'ingegneria genetica.
Biotecnologie = insieme delle tecniche che utilizzano organismi viventi per lo sviluppo di processi o prodotti utili; attualmente prevedono spesso l'uso della tecnologia del DNA ricombinante
Che cos'è la tecnologia del DNA ricombinante?
Attraverso la tecnologia del DNA ricombinante è possibile ottenere segmenti di molecole di DNA prelevati da fonti diverse, ricombinarli tra loro e inserirli in altre cellule.
1. Spiega come si isola un segmento di DNA specifico dal resto del cromosoma e che cosa sono e come agiscono gli enzimi di restrizione
Isolamento del DNA e enzimi di restrizione
Il DNA è tagliato da enzimi di restrizione che agiscono sempre e solo su sequenza specifiche, producendo una serie di frammenti di lunghezza e composizione variabile. I frammenti di restrizione che si ottengono hanno lunghezze diverse e, di conseguenza, si possono separare e distinguere grazie all'elettroforesi su gel: i frammenti di DNA più piccoli migrano verso il polo positivo più velocemente rispetto ai frammenti più piccoli.
Differenti enzimi di restrizione tagliano il DNA in differenti sequenze nucleotidiche specifiche. Invece di tagliare le molecole in maniera netta, alcuni enzimi di restrizione lasciano delle estremità coesive. Un qualsiasi DNA tagliato con questi enzimi può essere facilmente attaccato ad un’altra molecola di DNA tagliata dallo stesso enzima. La scoperta degli enzimi di restrizione ha reso possibile lo sviluppo della tecnologia del DNA ricombinante.
3. Modalità di esecuzione e scopo della PCR
Funzionamento della PCR
la reazione a catena delle polimerasi prevede l'impegno della denaturazione termica per dividere i due filamenti della molecola, di DNApolimerasi di batteri termofili per la duplicazione di ciascun filamento e di oligonuceotidi sintetici (tratti brevi di DNA a singolo filamento ottenuti in vitro) complementari alle sequenze stampo come molecole di innesco (primers) per le reazioni della DNApolimerasi. Il processo di sintesi è ripetuto molte volte in modo da utilizzare come filamenti stampo le molecole di DNA ottenute dal ciclo precedente e ottenere l'amplificazione del DNA.
5. Con quali modalità è possibile introdurre un segmento di DNA in una cellula?
La molecola di trasporto (vettore) più comunemente utilizzato per introdurre segmenti di DNA in una cellula batterica è il plasmide. I frammenti di DNA sono introdotti in plasmidi batterici tagliando entrambi con lo stesso enzima di restrizione e unendo i componenti con una specifica DNAligasi. L'inserimento del plasmide modificato nella cellula avviene comunemente utilizzando la loro capacità natura di inglobare DNA estraneo se stimolati in modo opportuno. Il plasmide può essere trasferito da alcuni batteri ai vegetali che questi infettano. Un vettore molto usato per introdurre DNA estraneo sono i virus privati del loro materiale genetico. Altre modalità sono la microiniezione utilizzando un sottile ago di vetro, o l'uso di un'apparecchiatura definita in gergo "pistola per geni"che introduce il materiale genetico con speciali pallottole di tungsteno.
7. Che cosa sono, come si individuano e per quali scopi si ottengono le cellule trasformate?
Identificazione delle cellule trasformate
Le cellule che hanno incorporato il DNA estraneo, le cellule trasformate, si identificano inserendo in tale materiale un gene marcatore che conferisca un fenotipo riconoscibile alle cellule trasformate (p.es. resistenza ad un antibiotico, particolari colorazioni se coltivate su specifici terreni di cultura). Si ottengono cellule di questo tipo per ottenere molte copie del frammento utilizzando i normali processi di replicazione delle cellule (clonaggio di DNA) e per tutti gli scopi perseguiti dall'ingegneria genetica.
Domande da interrogazione
- Che cos'è la tecnologia del DNA ricombinante e come funziona?
- Come avviene l'isolamento del DNA e quale ruolo hanno gli enzimi di restrizione?
- Qual è il principio di funzionamento della PCR?
- Quali sono i metodi per introdurre un segmento di DNA in una cellula?
- Come si identificano le cellule trasformate e quali scopi hanno?
La tecnologia del DNA ricombinante consente di ottenere segmenti di DNA da fonti diverse, ricombinarli e inserirli in altre cellule, facilitando lo sviluppo di processi e prodotti utili.
Il DNA viene isolato mediante enzimi di restrizione che tagliano il DNA in sequenze specifiche, producendo frammenti di diverse lunghezze che possono essere separati tramite elettroforesi su gel.
La PCR utilizza la denaturazione termica per separare i filamenti di DNA, seguita dalla duplicazione tramite DNA polimerasi e l'uso di primers, ripetendo il processo per amplificare il DNA.
I segmenti di DNA possono essere introdotti in cellule batteriche tramite plasmidi, virus, microiniezione o "pistole per geni", che utilizzano pallottole di tungsteno per trasferire il materiale genetico.
Le cellule trasformate, che incorporano DNA estraneo, si identificano tramite geni marcatore che conferiscono fenotipi riconoscibili, e sono ottenute per clonaggio di DNA per scopi di ingegneria genetica.
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