DNA e Introduzione alle tecniche di Ingegneria Genetica

Prima parte molto breve e assai poco interessante sul codice genetico

(potrei mettere solo quest'immagine priva di copyright e saltare tutto il pippone. Ma non lo farò)

Come moltissimi di voi che state leggendo già saprete per via della scuola, il DNA (acido desossiribonucleico) è una macromolecola aperiodica contenuta nel nucleo di ogni cellula di ogni organismo eucariote, dal batterio alla forma di vita più complessa che vi viene in mente.

Esso possiede tutte le istruzioni necessarie alla sintesi delle proteine, che sono alla base della vita cellulare, in quanto svolgono compiti molteplici, come il trasporto di sostanze, la trasmissione di messaggi, la difesa e il supporto meccanico.

La sintesi proteica è il processo alla base della sintesi di proteine, consiste nella trascrizione di informazione dal DNA verso un RNA (altro acido nucleico), ed in seguito la traduzione di quest'ultimo nel reticolo endoplasmatico ruvido, dove avviene la formazione di catene polipeptidiche.

Struttura

Il DNA (e l'RNA) sono costituiti da basi azotate complementari accoppiate rette da un supporto formato da uno zucchero ( desossiribosio o ribosio) e un gruppo fosfato.

Le basi azotate sono A(denina), C(itosina), G(uanina) e T(imina), che nell'RNA viene sostituita dall'U(racile).

Queste basi si accoppiano tra di loro tramite la formazioni di legami a idrogeno sempre secondo la regola A-T C-G, e vanno a formare un dimero a due filamenti.

Ogni coppia è discostata da quella successiva tramite un gruppo fosfato.

La base e lo zucchero assieme viene chiamato nucleoside, mentre se si comprende anche il gruppo fosfato allora lo si può chiamare nucleotide.

Una sequenza di basi che rende possibile la codifica di una proteina e prende il nome di gene.

(immagine riassuntiva priva di copyright link)

Macrostrutturalmente, la doppia elica si avvolge attorno a delle proteine chiamate istoni, che si organizzano in una struttura chiamata cromatina, per poi organizzarsi in cromosomi durante la fase di divisione cellulare.

Tecniche di Ingegneria Genetica

(definizione)

L'ingegneria genetica è l'insieme delle tecniche che consente di modificare in modo stabile e mirato, parzialmente o totalmente, il patrimonio genetico di un organismo.

Metodi di immissione di DNA ricombinante 

Classe di metodi figli delle moderne tecniche di manipolazione genetica tramite enzimi di restrizione e ligasi, che permettono di poter scindere e riattaccare quasi a piacere diversi frammenti di DNA.

Così facendo risulta possibile isolare il gene e includerlo dentro un plasmide.

Il plasmide è un anello di DNA che può essere usato per contenere uno o più geni, e viene regolarmente usato dai batteri nelle colonie per trasmettere nuova informazione genetica, tra cui la resistenza agli antibiotici.

Modificando un plasmide per includere almeno due geni ( generalmente quello di interesse ed uno per la resistenza agli antibiotici) è possibile in seguito inserirlo in cellule bersaglio, dove il plasmide andrà incontro agli stessi processi di trascrizione e duplicazione del DNA senza mai essere integrato in esso.

(Piccola immagine esplicativa priva di copyright. link)

Può essere inserito all'interno della cellula tramite microiniezioni o con il metodo balistico.

Quest'ultimo prevede l'immissione di  microsfere d'oro ricoperte da dna e plasmidi tramite una pistola caricata ad elio.

Di fatto, sparano dei proiettili d'oro nel nucleo della cellula.Per dire..

 

Purtroppo questi metodi, nonostante siano poco costosi, hanno un tasso di successo poco incoraggiante.

Vettori Virali

In questo caso è prevista l'immissione di materiale genetico all'interno dei capsidi di virus come batteriofagi, retrovirus o adenovirus a seconda di quali siano le cellule bersaglio, ed in seguito la loro immissione nell'organismo.

Per chi non lo sapesse, il virus è un entità biologica molto semplice in grado di riprodursi esclusivamente all'interno di organismo terzo.

Nel caso degli adenovirus e dei batteriofagi, il virus aderisce alla membrana cellulare e inietta all'interno  del citoplasma il suo codice genetico.

Nel caso di un batteriofago, si può andare incontro ad un processo lisogeno, vale a dire il mantenimento latente dei geni virali, che si replicheranno assieme alla cellula, oppure un ciclo litico, vale a dire l'utilizzo forzato delle proprietà di trascrizione della cellula bersaglio per produrre ulteriori unità virali, prima di venirne distrutta.

(Immagine esplicativa del ciclo litico. Nessun copyright link)

Utilizzare virus come vettori per unità di genoma ricombinante ha portato dei risultati più consistenti rispetto ai metodi elencati sopra, tuttavia, vi sono ad oggi alcuni problemi.

Tra questi, oltre al costo elevato del processo e al quantitativo limitato di materiale genetico inseribile nel capside, vi è ad oggi una grande incertezza in merito ad un possibile evoluzione incontrollata del vettore virale.

Vettori non virali

Invece dei virus, in questo caso vengono utilizzati dei gusci polimerici o liposomi, vesciole formate da un doppio strato fosfolipidico.

Purtroppo, ad oggi, non si possono ancora utilizzare vettori non virali a scopo clinico, in quanto si ha molta difficoltà a far passare i vettori stessi attraverso le membrane intra ed extracellulari.

Grazie a tutti per l'attenzione.

Fonti:

Appunti personali dei corsi di Biologia e Fisiologia e di Bioingegneria Chimica del Politecnico di Milano

Libro di testo   M.C.Tanzi: Fondamenti di Bioingegneria: non solo Biomateriali