DNA ricombinante e biotecnologie

DNA ricombinante e biotecnologie

Introduzione

Il DNA è una lunga molecola elicoidale che contiene l'informazione genetica sotto forma di una sequenza di nucleotidi che determinano diversi geni. L'attivazione di un gene consente l'utilizzo delle informazioni in esso contenute per esprimere la proteina per la quale è codificato. Molte malattie sono causate dall'attivazione o disattivazione errata dei geni.

Biotecnologie

Le biotecnologie sono tecnologie che controllano e modificano le attività biologiche degli esseri viventi per ottenere prodotti a livello industriale e scientifico. In campo biomedico, un'applicazione delle biotecnologie riguarda le tecnologie del DNA ricombinante.

Tecnologie del DNA ricombinante

Le tecnologie del DNA ricombinante permettono di analizzare la struttura e la funzione dei geni, di manipolarli e di reintrodurli all'interno della cellula originaria o di una nuova cellula.

Taglio e ricucitura del DNA

I meccanismi della replicazione, trascrizione e traduzione del DNA si basano sull'appaiamento complementare delle basi (A-T/U; C-G), e come queste, anche le tecniche chiave della tecnologia del DNA ricombinante ­la manipolazione e combinazione di molecole di DNA di origini diverse­ sfruttano questa proprietà.

Taglio

Per il taglio del DNA vengono utilizzati alcuni enzimi chiamati enzimi di restrizione e prodotti da alcuni batteri, che catalizzano la rottura della catena nucleotidica in numerosi piccoli frammenti. I legami che vengono rotti sono quelli tra il gruppo ossidrile in 3' di un nucleotide e il gruppo fosfato legato alla posizione 5' del nucleotide successivo.

Esistono molti tipi di enzimi di restrizione, ognuno dei quali rompe il DNA a livello di una specifica sequenza di riconoscimento. Inoltre, in provetta, enzimi diversi tagliano la stessa catena di DNA in punti diversi in modo da generare frammenti differenti.

Separazione e riconoscimento

Una volta tagliata la catena di DNA, i ricercatori devono separare i vari frammenti ottenuti. La tecnica usata per questo passaggio si chiama elettroforesi su gel, e sfrutta le cariche negative presenti sui nucleotidi a causa dei gruppi fosfato. Questa consiste nel disporre una miscela di frammenti in un gel poroso, alle due estremità del quale viene applicato un campo elettrico: in questo modo il DNA si sposta verso l'estremità carica positivamente, mentre il gel funge da "setaccio" per i frammenti. I diversi frammenti di DNA possono ora essere riconosciuti per dimensione e per la presenza di specifiche sequenze di basi, separati l'uno dall'altro ed estratti.

Ricucitura

Non tutti gli enzimi di restrizione tagliano i due filamenti di DNA in punti esattamente opposti. Dopo che è stato effettuato il taglio quindi, i due filamenti opposti che costituiscono il DNA sono tenuti assieme solo da legami a idrogeno, troppo deboli per tenere insieme la molecola. Si vengono così a formare delle "code" a singolo filamento, chiamate estremità appiccicose, dotate della proprietà di legare estremità appiccicose con sequenze di basi complementari. Abbassando la temperatura, i frammenti si riassociano e possono restare legati permanentemente tramite un altro enzima, la DNA ligasi, che catalizza la formazione di un legame covalente tra due filamenti di DNA.

Nuovi geni possono essere inseriti nelle cellule

Lo scopo della tecnologia del DNA ricombinante è quello di sfruttare cellule ospiti per produrre cloni di un particolare gene. Per farlo occorre trasfettare, ossia inserire la molecola di DNA ricombinante all'interno della cellula ospite, la quale prende il nome di organismo transgenico. Dopo aver selezionato la cellula ospite, il DNA viene mescolato nella sospensione delle cellule e, in presenza di particolari condizioni, può penetrare in alcune di queste. I geni possono essere clonati sia in cellule procariotiche che in cellule eucariotiche.

Cellule procariotiche

• Vantaggi: Sono semplici da manipolare e studiare in laboratorio; presenza di plasmidi all'interno delle cellule stesse; rapidità della divisione cellulare; facilità della coltivazione in laboratorio; genoma di dimensioni modeste.
• Svantaggi: Mancano del complesso di taglio e ricucitura dell'RNA che porta all'eliminazione degli introni; le proteine eucariotiche subiscono modifiche indispensabili per la loro funzione; spesso lo scopo è quello di creare organismi eucarioti transgenici.

Cellule eucariotiche

Lieviti

• Vantaggi: Totipotenza.

Vettori

I vettori rappresentano i "veicoli" tramite cui il DNA ricombinante viene trasportato nella cellula. Un vettore deve possedere quattro caratteristiche:

• L'abilità di replicarsi in modo indipendente nella cellula ospite;
• Una sequenza di riconoscimento.