traccia per lo studio della tecnologia del dna

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TRACCIA PER LO STUDIO DELLA TECNOLOGIA DEL DNA
(INGEGNERIA GENETICA)
Riproduzione di Virus e Batteri
Nello studio della biologia, i virus e i batteri sono stati molto utili soprattutto per capire i
meccanismi dell’ereditarietà.
DEFINIZIONE DI VIRUS (dal latino = veleno)
Oggi agente infettivo non cellulare con 2 caratteristiche fondamentali:
- presenza di DNA o RNA (retrovirus) circondato da un rivestimento proteico (capside)
che può essere a sua volta racchiuso da lipidi
- capacità di riprodursi solo dopo che il suo acido nucleico è penetrato in una cellula
ospite
Es: Virus a DNA Herpes labialis e Rotavirus (Morbillo)
Virus a RNA (retrovirus) virus dell’influenza
HIV (virus agente dell’AIDS)
(costituiscono una categoria particolare di agenti infettanti i Prioni proteine modificate capaci
di causare degenerazione del sistema nervoso es Scrapie (pecore), Morbodi Jakobs
(encefalopatia spongiforme o morbo della Mucca pazza)
Un virus per riprodursi ha bisogno di essere ospitato in una cellula, spesso si tratta di un
batterio.
Riproduzione di un virus
Nel ciclo litico, quando il DNA fagico entra in un batterio, è duplicato, trascritto e tradotto.
Il nuovo DNA virale e le nuove proteine sintetizzate vengono poi usate per assemblare
nuovi fagi che si liberano dalla cellula ospite quando questa si rompe.
Nel ciclo lisogeno la duplicazione del DNA virale avviene senza la produzione di nuovi fagi e
senza la morte della cellula ospite.
Il DNA fagico si integra in quello della cellula ospite (profago) e viene trasferito alle cellule
figlie con la riproduzione della cellula ospite che duplica il DNA profagico insieme al proprio.
I profagi possono rimanere nelle cellule batteriche per sempre ma, in particolari condizioni
ambientali, un profago può staccarsi dal suo cromosoma ospite e iniziare un ciclo litico.
Molti virus sono causa di malattie negli animali
• Molti virus che infettano gli animali e le piante causano malattie.
• Molti, come il virus dell’influenza, hanno come materiale genetico l’RNA al posto del DNA.
Il virus dell’AIDS assembla il DNA utilizzando l’RNA come stampo
Il virus dell’AIDS (HIV) è un retrovirus.
All’interno di una cellula, l’HIV usa il proprio RNA come stampo per produrre DNA da inserire
nel DNA cromosomico dell’ospite.
I trasposomi sono segmenti di DNA che si spostano da una zona all’altra del cromosoma.
Una volta che il nuovo DNA entra in una cellula batterica, una parte di esso può essere
integrata nel cromosoma della cellule ricevente.
I plasmidi batterici possono essere utilizzati per trasferire i geni (pag 243 –244 245)
• I plasmidi sono piccole molecole circolari di DNA separate dal più grande cromosoma
batterico.
• Alcuni plasmidi possono favorire la coniugazione e passare in un’altra cellula.
I plasmidi possono servire come trasportatori per trasferire i geni.
Mediante l’introduzione dei plasmidi si possono modificare i batteri e indurli a svolgere
funzioni utili
• La maggior parte dei metodi utilizzati per studiare e manipolare il DNA utilizza i batteri e in
particolare Escherichia coli.
• Per manipolare i geni in laboratorio i biologi usano spesso i plasmidi batterici, che possono
portare a duplicare all’interno di un batterio qualsiasi gene.
• I plasmidi sono gli strumenti chiave della clonazione genica, ossia la produzione di molte
copie identiche di tratti di DNA.
I ricercatori possono inserire in un plasmide un pezzo di DNA contenente un gene dando
origine a DNA ricombinante.
• Il plasmide viene poi introdotto nella cellula batterica.
• Il batterio geneticamente modificato è messo in coltura e si riproduce per formare un clone
di cellule (un gruppo di cellule identiche alla cellula madre da cui derivano).
• Ogni cellula possiede una copia del gene.
Per «tagliare e incollare» il DNA si utilizzano particolari enzimi
Gli strumenti per ottenere DNA ricombinante sono:
• enzimi batterici chiamati enzimi di restrizione che riconoscono brevi sequenze di nucleotidi
del DNA e le tagliano in punti precisi;
• l’enzima DNA-ligasi che incolla le estremità dei filamenti di DNA catalizzando la formazione
di legami covalenti.
Per ottenere molte copie di una specifica sequenza di DNA si utilizza comunemente la
tecnica PCR
Quando il campione di DNA è scarso o impuro, la reazione a catena della polimerasi
(Polymerase Chain Reaction, o PCR) è un metodo più appropriato per ottenere un grande
quantitativo di un particolare gene.
Si può produrre DNA da clonare anche mediante l’enzima trascrittasi inversa
L’enzima trascrittasi inversa può essere usato per ottenere librerie di DNA complementare
(cDNA) contenenti solo i geni espressi da un particolare tipo di cellula.
Cellule e organismi ricombinanti sono utilizzati per ottenere prodotti genici su larga
scala
• Le applicazioni della clonazione genica includono la produzione di prodotti genici su larga
scala per usi medici e altri usi.
• I batteri si sono spesso dimostrati gli organismi migliori per sintetizzare un prodotto proteico.
• Alcune volte è preferibile o necessario utilizzare le cellule eucariotiche di lieviti e mammiferi.
La tecnologia del DNA sta cambiando l’industria farmaceutica e la ricerca biomedica
• La tecnologia del DNA ha avuto un enorme impatto sull’industria farmaceutica e sulla
medicina umana.
• Le sue tecniche sono ampiamente utilizzate per produrre farmaci e per la diagnosi delle
malattie.
Terapie ormonali
• L’insulina e l’ormone della crescita umani sono stati i primi prodotti farmaceutici ottenuti con
l’uso della tecnologia del DNA ricombinante.
• Prima del 1982, le principali fonti di insulina erano i tessuti di suini e bovini prelevati nelle
macellerie.
Diagnosi e cura delle malattie
• In campo medico la tecnologia del DNA sarà, probabilmente, sempre più usata per
diagnosticare le malattie.
• Oltre alla sua evidente importanza nell’identificazione degli alleli associati alle malattie
genetiche, si rivela infatti utile nel localizzare le infezioni.
Vaccini
• Grazie alla tecnologia del DNA i ricercatori sono in grado si sintetizzare anche nuovi vaccini.
• Un vaccino è una variante o un derivato innocuo di un agente patogeno (di solito un
batterio o un virus) ed è utilizzato per prevenire una malattia infettiva.
Impieghi della tecnologia del DNA in campo legale
• La tecnologia del DNA viene ampiamente utilizzata in medicina legale per analizzare le
prove rinvenute sulla scena di un crimine.
• Il test del DNA può consentire di individuare il responsabile con una certa sicurezza poiché
la sequenza di basi azotate del DNA di ogni persona è unica (tranne nel caso dei gemelli
identici).
Un giorno la terapia genica potrebbe fornire la cura per molte malattie
La terapia genica può correggere le malattie imputabili a un singolo gene difettoso,
sostituendolo o integrandolo con un allele normale.
La terapia genica potrebbe un giorno essere usata per curare sia le malattie genetiche, sia le
malattie non genetiche.
• Anche se è uno strumento molto promettente, esistono ancora poche prove scientifiche
evidenti della sua efficacia.
• La ricerca continua seguendo linee guida nuove e più sicure.
• La terapia genica sull’uomo solleva problemi sia tecnici sia etici.
Il Progetto Genoma Umano
• Lo scopo primario del Progetto Genoma Umano (PGU) è mappare l’intero genoma
dell’uomo e determinare la sequenza nucleotidica completa del
DNA umano.
• Iniziato nel 1990, è oggi largamente completato: nel 2001 sono stati pubblicati i risultati del
sequenziamento di oltre il 90% del genoma umano. I dati ottenuti stanno fornendo
informazioni su sviluppo, evoluzione e molte malattie.
• I benefici che possono derivare dalla conoscenza del genoma umano riguardano
essenzialmente la ricerca di base.
La maggior parte del genoma umano non è costituito da geni
• Il genoma umano comprende circa 35 000 geni che codificano per varie proteine, nonché
per i tRNA e gli rRNA.
• Oltre a questi geni, come quello della maggior parte degli eucarioti complessi, il genoma
umano include un’enorme quantità di DNA non codificante (circa il 97% del totale).
Nella porzione di DNA non codificante sono comprese le sequenze regolatrici, come i
promotori e gli enhancer.
• Il restante DNA, che comprende gli introni, e il DNA non codificante localizzato tra i geni, è
stato chiamato junk DNA, ossia «DNA spazzatura».
OGM
Gli organismi geneticamente modificati stanno trasformando l’agricoltura
• Gli scienziati che si occupano del fabbisogno alimentare mondiale hanno cominciato a usare
la tecnologia del DNA per produrre organismi geneticamente modificati (OGM), piante e
animali, da utilizzare in agricoltura.
• Un organismo geneticamente modificato è un organismo ottenuto grazie alla modificazione
o all’aggiunta di uno o più geni.
• Un OGM si può ottenere anche con i normali metodi di incrocio.
Utilizzo del plasmide Ti (un plasmide che proviene dal batterio del suolo Agrobacterium
tumefaciens) come vettore per modificare geneticamente le piante:
I genetisti molecolari sono in grado di produrre animali transgenici che hanno, inseriti nel
proprio genoma, geni provenienti da altri organismi.
• Anche molte colture e piante sono geneticamente modificate.
Gli organismi GM possono danneggiare l’ambiente o la salute umana?
Lo sviluppo di organismi GM richiede severe misure di sicurezza.
Gli organismi GM possono rappresentare un rischio per l’ambiente o la salute.
• Il maggior pericolo per l’ambiente potrebbe essere rappresentato dal trasferimento di geni
modificati dalle colture GM alle colture vicine.
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