LE BIOTECNOLOGIE DI IERI…

LE BIOTECNOLOGIE DI
IERI…
• Da 10000 anni l’uomo modifica i caratteri di
animali e piante per ottenere varietà
desiderate o vantaggiose
• Sumeri e Babilonesi nel 6000 a.C.: birra
• Egizi nel 4000 a.C.: pane lievitato
• La produzione di formaggi ha origini
antichissime..
L’uomo attua una selezione
artificiale
• Le BIOTECNOLOGIE
sono quelle tecniche di
manipolazione degli
organismi viventi che
consentono di
migliorare le
caratteristiche di
piante, animali e
microrganismi per
scopi pratici,
soprattutto agrari,
alimentari, terapeutici.
…e le biotecnologie di oggi
• Villaggio africano:Neisseria
meningitidis
• Biotecnologie moderne, denominate
anche ingegneria genetica, hanno
messo a punto mezzi per attuare un
salto prodigioso: quello delle barriere
genetiche tra specie.
• Dal 1970 si scopre come isolare un
gene,farne copie ed inserirlo in un
altro essere vivente di specie diversa
• La cellula col gene estraneo nel suo
DNA produce proteine corrispondenti
e trasmette nuovo gene alla
discendenza
Campi di applicazione
dell’ingegneria genetica
• Campo
agroalimentare
• Nei tribunali:
attribuzione
paternità,
scagionare presunti
criminali..
• Produrre farmaci:
insulina per i
diabetici, fattore
VIII per gli
emofilici, ormone
HGH per nanismo..
• Produrre detersivi
potenti contro le
macchie
La tecnologia del DNA
ricombinante
• OGM sono organismi con caratteristiche
genetiche modificate in laboratorio: virus,
batteri, funghi, piante, animali.
• Per far ciò ci vuole una tecnica che
permette di tagliare e ricucire insieme
frammenti di DNA di specie
diverse,sfruttando proprietà di alcuni
enzimi
La metodica..
• Gli enzimi che si usano sono:
• gli enzimi di restrizione <<forbici
molecolari>>, tagliano la molecola di
DNA in punti specifici;
• Le DNA ligasi che uniscono le
molecole di DNA
Enzimi di restrizione
• Arma naturale dei
batteri contro attacco
dei batteriofagi
• Enzimi tagliano DNA
virus estraneo dove
trovano siti di
restrizione(seq di 6-8
coppie basi)
• Taglio è asimmetrico e
genera delle estremità
adesive o appicicose
• Le estremità si saldano
con segmenti tagliati
con stessi enzimi
grazie alle DNA ligasi
Col <<taglia e cuci >>offerto
dagli enzimi di restrizione e
dalle DNA ligasi si sono
aperte possibilità di
trasferimento di DNA da un
organismo all’altro
Il nuovo DNA,insieme di
frammenti di specie diverse, si
chiama DNA ricombinante e la
tecnica è detta del DNA
ricombinante
Come si trasferiscono i geni:
i vettori
• Si isola un gene, per trasferirlo in un
batterio lo si inserisce in un plasmide:
piccolo anello di DNA supplementare
contenuto in batteri.
• I plasmidi sono mobili, si duplicano
indipendentemente e si possono anche
trasferire da un batterio ad un altro, anche
di specie diversa(TRASFORMAZIONE)
La tecnica del DNA
ricombinante
• Si isolano i plasmidi, si
aprono con enzimi di
restrizione, si inserisce
gene estraneo tagliato
con stesso enzima; le
sticky ends
complementari si
uniscono con DNA ligasi
• Il plasmide con inserito
il gene selezionato è
diventato un vettore
• I batteri col gene estraneo si fanno
crescere su terreno adatto e si
riproducono
• In breve miliardi di discendenti che
produrranno quanto scritto nel gene
estraneo
• Il gene è stato clonato
LA PCR(Polymerase Chain
Reaction)
• Se la quantità di DNA
non è sufficiente per
un’analisi
adeguata(CSI!),si
ricorre alla
PCR,invntata nel 1984
da Kary Mullis.
• La PCR sfrutta la DNA
polimerasi di un
batterio termofilo:si
denatura col calore il
Dna.
Due problemi principali:
• Nuovo gene si deve
integrare bene per
potersi replicare
insieme al genoma
batterico e
ESPRIMERSI
• Il ricercatore deve
distinguere i batteri
“INGEGNERIZZATI”
dagli altri
• Il nuovo gene deve
essere trasferito
insieme al
PROMOTORE(zona del
DNA che serve per la
trascrizione del gene
in mRNA)
• Nel plasmide si
inserisce un altro gene
che serve da
segnale(per es. un
fattore di resistenza
ad un antibiotico)
Per introdurre geni negli
eucarioti si possono
utilizzare come vettori i
virus”disarmati”
Come isolare i geni
• Genoma umano 25 000 geni, Drosophila 13
000…come sapere dove “pescare”?
• Si può partire dal mRNA, ossia dal
trascritto del gene, presente in gran
quantità nelle cellule che esprimono quel
gene
• Si utilizza una TRASCRITTASI INVERSA
che produce cDNA( DNA
complementare)che ha anche il vantaggio di
essere fatto solo di ESONI
•
..grazie al cDNA si
producono molte proteine
utili
Insulina
umana(prima70 maiali o
14 mucche per un anno
di un diabetico)
• fattoreVIII ( prima
bisognava purificare,
per un anno di un
emofilico,4000 L
sangue umano, con
tutti i rischi)
• Son state create
librerie di cDNA
LE PIANTE
TRANSGENICHE: PGM
• Sono anche state cambiate in maniera
mirata le caratteristiche genetiche di
alcune piante ottenendo piante con
resistenza agli insetti nocivi, ai
pesticidi,al gelo o alla siccità, o con
una maggior resa produttiva…
Due sistemi per fare entrare
geni estranei nelle PGM
• IL FUCILE
GENICO: si
sparano contro le
cellule vegetali
delle microscopiche
particelle d’oro
rivestite di DNA
• Il metodo dello
AGROBACTERIUM:
alcuni agrobatteri
hanno la capacità di
trasferire alle piante
che infettano i loro
plasmidi
• Questi plasmidi
possono essere
modificati in
laboratorio per
veicolare geni utili(
Bacillus
thurigensis,tossina
nociva per insetti)
…alcune utili PGM
• IL MAIS Bt(resistente alla
•
•
•
•
•
•
Piralide)
La soia
La patata, il cotone
La colza( dalla quale si
estrae l’olio)
Il golden rice
I pomodori che non
marciscono
….
..e alcune preoccupazioni
riguardo alle PGM !
• La modificazione
genetica potrebbe
influenzare in modo
imprevedibile la
pianta,inducendola
a produrre
allergeni(…e uomo e
animali
mangiandole..)
• Piante transgeniche,
coltivate all’aperto,
possono venire in
contatto con le altre
specie, contaminandole
coi geni estranei
• Oppure PGM
potrebbero incrociarsi
con specie selvatiche
alterando equilibri
ambientali
Gli animali transgenici
• A differenza delle piante (da poche cells
ottieni un organismo adulto) occorre
introdurre il nuovo gene più precocemente
possibile:prime fasi embrione o meglio
nello zigote.
• Anni fa si inserì in uno zigote di topo il
gene HGH
• In tempi recenti prodotta nel latte delle pecore e di
maiali transgenici una proteina per cura emofilia,
era stato introdotto nei loro zigoti il gene che
presiede alla produzione della proteina.
• Gene controllato da un promotore che controlla
anche il gene per una proteina del latte quindi
espresso solo nella ghiandola mammaria
I topi ko
• E’ utile a volte per capire se una malattia è
dovuta all’interazione di un certo gene,
presente anche nel topo,alterare in uno
zigote il gene sospetto e vedere se il topo
manifesta o no la malattia.
• Zigote così manipolato introdotto nell’utero
di una topolina
La clonazione riproduttiva
• Film”Il dormiglione”per capire
fraintendimenti che suscita la clonazione
• Il termine Clone(dal greco klòn=
germoglio)si origina dalla pratica di
ottenere per talea da una pianta piantine
uguali a quella di partenza.
CLONAZIONE: processo che
consente di ottenere la “copia” di
un organismo(o un frammento di
DNA), geneticamente identica a
quello di partenza
Se è fatta per ottenere animali
identici: CLONAZIONE
RIPRODUTTIVA
• PER SCISSIONE
• PER TRASFERIMENTO
EMBRIONALE: le cellule
DI NUCLEO DA
CELLULE ADULTE: il
embrionali all’inizio tutte
nucleo delle cellule adulte
totipotenti, se separate
può “ringiovanire”e
ognuna può generare un
tornare a esprimere suoi
individuo adulto( gemelli
geni se inserito in una
monovulari)
cellula uovo(Dolly)
Le cellule staminali
• Si può donare sangue perché nel midollo osseo ci
sono cellule staminali progenitrici di tutti gli
elementi corpuscolati del sangue(cura leucemia:
trapianto midollo)
• Una cellula staminale è una c. indifferenziata che
quando si riproduce dà origine a due cellule : una
uguale alla c. madre(staminale); l’altra si
specializza, perde la “staminalità”
• Una c. staminale a contatto con determinati fattori
di crescita può originare un tessuto diverso da
quello di origine
Due principali gruppi di
staminali…
• STAMINALI ADULTE
• In passato si pensava
alcuni tessuti ne fossero
privi( muscolo scheletrico
e cardiaco,t. nervoso)
• Sono presenti in tutti i t.
ma in quantità minime,
difficili da far riprodurre
• In compenso se prelevate
da stesso paziente che le
riceverà(autotrapianto)
non danno rigetto
• STAMINALI
EMBRIONALI
• 1998 prime c. s.
embrionali umane isolate
e coltivate
• Prelevate da blastocisti:
bioetica
• Coltivate in opportune
condizioni originano
numero elevatissimo di c.
figlie ( pluripotenti)ma
non possono or. ind.intero
• Cura organi o tess.
danneggiati
Clonazione terapeutica
• Le s. embrionali possono dare problemi di
rigetto, per aggirare il problema si può
inserire il nucleo di una c. del paziente in
una cellula uovo privata del suo nucleo
• La blastocisti che si forma non viene
impiantata in utero,ma usata come banca di
staminali