David Sadava, H. Craig Heller, Gordon H. Orians, William K. Purves,
David M. Hillis
Biologia.blu
B - Le basi molecolari della vita
e dell’evoluzione
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Le biotecnologie
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Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012
Cosa sono le biotecnologie?
Le biotecnologie sono tutte
quelle tecniche utilizzate (fin
dall’antichità) per produrre
sostanze specifiche a
partire da organismi viventi
o da loro derivati.
A metà del Novecento la
biologia molecolare offre gli
strumenti per lo sviluppo
dell’ingegneria genetica.
Ceppo di batteri E. coli che produce insulina
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La tecnologia del DNA ricombinante
Questa tecnica permette di
tagliare piccole sequenze di
DNA per trasferirle in genomi
di altre cellule.
Gli enzimi di restrizione
tagliano il DNA a livello di
specifiche sequenze chiamate
siti di restrizione.
Le DNA ligasi cuciono i
frammenti formando DNA
ricombinante.
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L’esperimento
di Cohen e Boyer
Nel 1973 Cohen e Boyer
combinano due
sequenze diverse di
DNA per produrre una
nuova molecola di DNA
ricombinante.
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L’elettroforesi su gel
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L’impronta genetica
Ogni individuo possiede la
sua impronta genetica:
frammentando il DNA e
analizzandolo su gel di
elettroforesi, ognuno di noi
può essere identificato da
una specifica combinazione
di polimorfismi della
lunghezza dei frammenti di
DNA (RFLP).
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La reazione a catena della polimerasi
Nel 1983 Kary Mullis vince il premio Nobel
per aver sviluppato la tecnica della PCR.
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La clonazione
La clonazione consiste nella produzione in molte copie di
una molecola di DNA ricombinante.
Per fare questo il DNA ricombinante deve essere inserito
in cellule ospiti che vengono chiamate transgeniche.
Per riconoscere le cellule contenenti DNA ricombinante si
possono usare geni reporter di cui si conosce il fenotipo,
che servono dunque da marcatori genetici.
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Il famoso caso
della pecora Dolly
Nel 1997 per la prima volta
si riuscì a clonare con
successo un mammifero
partendo da una cellula
somatica adulta.
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I vettori che trasportano il DNA
Per trasportare il DNA ricombinante all’interno di una
cellula ospite si usano vettori che possono essere
plasmidi, virus o cromosomi artificiali di lievito.
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Le genoteche
di frammenti di DNA
Dopo aver clonato il DNA
ricombinante nelle cellule
transgeniche, queste
colture cellulari diventano
degli archivi (genoteche)
di informazioni genetiche.
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Le biblioteche di cDNA
Gli mRNA trascritti da una cellula in un determinato
momento (trascrittoma) si possono copiare in sequenze
complementari di DNA (cDNA). Il cDNA è più stabile
dell’mRNA e perciò viene utilizzato per creare biblioteche
contenenti l’informazione sull’attività genica della cellula.
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I microarray a DNA
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Il sequenziamento del DNA
Sequenziare il DNA
significa determinare
l’ordine dei nucleotidi
nella molecola
d’interesse.
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Il Progetto Genoma Umano
Il Progetto Genoma Umano,
portato a termine nel 2003,
ha sequenziato il corredo
cromosomico aploide di un
essere umano, che
comprende oltre 3 miliardi di
nucleotidi.
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Come si fa a sequenziare il DNA?
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La genomica
La genomica studia
la struttura del genoma,
le informazioni in esso
contenute, il modo in cui
le sue parti interagiscono
e la sua evoluzione.
Si parla di genomica
funzionale e comparata.
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Le nuove frontiere
delle biotecnologie - 1
Vettori di espressione per fare esprimere un gene
estraneo (transgene) nella cellula ospite.
Pharming, ovvero la produzione di farmaci proteici
mediante animali transgenici.
Organismi Geneticamente Modificati, soprattutto
piante GM usate in agricoltura.
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Le nuove frontiere
delle biotecnologie - 2
La bioinformatica (informatica applicata alla biologia
molecolare) ha permesso di passare dallo studio di
singoli geni a quello dell’intero trascrittoma e
proteoma.
Interferenza dell’RNA (o RNAi) e microRNA,
quest’ultimo permette di silenziare la traduzione di
mRNA complementari, rendendo possibile l’intervento
sull’attività metabolica dell’organismo di interesse.
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I vettori di espressione
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I farmaci biotecnologici usati
in medicina
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Le biotecnologie in agricoltura
Il golden rice è un esempio
di specie vegetale
geneticamente modificata
per arricchire di β-carotene
i chicchi di riso, che
normalmente non lo
contengono.
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