Dalla replicazione del DNA alla tecnica del DNA ricombinante


Pubblicato da Raffo in Biologia, Microbiologia

La replicazione consiste nel duplicare copiando accuratamente una molecola stampo. Quando le cellule si dividono, prima di tutto c’è bisogno che la cellula madre replichi il proprio DNA in modo che ogni cellula figlio abbia il DNA. Il codice genetico è complicato e funziona tramite un preciso meccanismo necessario per evitare qualsiasi errore.
Come risultato dell’appaiamento delle basi, ogni filamento di DNA può fungere da modello di stampo per generare un nuovo filamento di DNA complementare.

Duplicazione del DNA. FONTE: Diamante di Gould

Duplicazione del DNA.
FONTE: Diamante di Gould

Tutto ciò viene effettuato mediante tre fasi:

  1. La rottura della molecola del DNA nei due filamenti attraverso l’enzima DNA elicasi che rompe i legami idrogeno instaurati tra le basi complementari;
  2. L’appaiamento dei nucleotidi liberi con le basi esposte dai filamenti di DNA stampo attraverso l’enzima DNA polimerasi;
  3. Vengono attaccati i due filamenti di DNA tramite l’enzima DNA ligasi che forma nuovamente i ponti idrogeno tra la basi azotate complementari.

Al termine di questo processo, le due nuove molecole di DNA formate contengono un filamento della molecola originale ed uno completamente nuovo. Tale meccanismo di replicazione avviene prima che inizi il meccanismo di divisione cellulare. Nella mitosi esso assicura che il codice genetico sia trasmesso fedelmente alla successiva generazione cellulare.

Oggi, gli scienziati dell’ingegneria genetica, usano la tecnologia del DNA ricombinante che consente di replicare (clonare) i geni artificialmente. E’ una sorta di DNA artificiale che viene creato combinando due o più sequenze che normalmente non si legano tra loro. Il DNA artificiale viene prodotto introducendo del DNA rilevante in un DNA esistente di un organismo, come i plasmidi dei batteri, per codificare o alterare le caratteristiche esistenti per uno scopo specifico.

genetica-biologiamolecolareQuesta tecnica differisce dalla ricombinazione genetica, in essa non serve che avvengano i normali processi all’interno della cellula, ma è tutta ingegnerizzata. La tecnica del DNA ricombinante è stata possibile grazie alla scoperta, isolamento e applicazione degli enzimi di restrizione che consentono di tagliare singolo o doppio filamento di DNA di una specifica sequenza nucleotidica. Questi enzimi sono stati trovati nei batteri e si pensa che servano come meccanismo di difesa contro i virus.
L’uso della clonazione è interconnesso con il DNA ricombinante nella biologia classica, il termine “clone” si riferisce a cellule oppure organismi derivati dallo stesso progenitore, nella biologia moderna il termine è usato per indicare un’insieme di cellule, derivate dalla stessa cellula, che sono identiche.
Con la clonazione genica è possibile produrre più copie di un singolo gene. L’amplificazione dei geni è utile in molte aree e applicazioni mediche come la terapia genica. L’amplificazione selettiva dei geni dipende dalle abilità dell’operatore nell’eseguire le procedure fondamentali.

Il primo passo del clonaggio genico è quello di isolare il DNA dell’organismo che contiene il gene desiderato. Una volta isolato il DNA, esso deve essere purificato e frammentato con l’enzima di restrizione, che produce un taglio sfalsato in specifiche sequenze del DNA, creando quindi frammenti con estremità coesive. La sequenza di nucleotidi alla fine del frammento è in grado di ibridarsi con il DNA che è stato frammentato dallo stesso enzima di restrizione. Questi frammenti sono incorporati con i plasmidi. Adesso questi plasmidi e i frammenti di DNA vengono legati insieme usando l’enzima DNA ligasi. Successivamente i plasmidi vengono incorporati nella cellula batterica ospite. In seguito queste cellule vengono inserite su un terreno agarizzato e le cellule contenenti i geni clonati sono identificate e isolate.

produzione di insulina umana grazie alla tecnica del DNA ricombinante. FONTE: Mateliber

Produzione di insulina umana grazie alla tecnica del DNA ricombinante.
FONTE: Mateliber

Questa tecnica è usata negli uomini, piante, animali e microrganismi. Negli umani è specialmente usata per produrre l’insulina e il fattore di coagulazione del sangue VIII per gli emofiliaci. In questo caso, questa tecnica, ha il vantaggio di essere completamente priva di contaminazione da HIV o virus epatitici. E’ anche utilizzata per la produzione dell’ormone della crescita e la sostituzione dei geni difettosi (per esempio nella terapia genica per riparare alterazioni al fegato e i geni con fibrosi cistica). Un altro importante uso è nella produzione di Interferone per curare il cancro e per la produzione di vaccini antivirali.

Il numero di piante transgeniche (pomodori, mele, patate), negli ultimi anni, è incrementato enormemente a causa delle loro caratteristiche migliori rispetto alle piante non-GM: crescita più veloce, miglior sapore, minori malattie e maggiore resistenza agli insetti. Anche negli animali da fattoria, la tecnica del DNA ricombinante, ha contribuito a migliorare la qualità del latte e della carte, o almeno così hanno dichiarato gli agricoltori.




Autore

Raffo

Raffo

Ciao a tutti, mi chiamo Raffaele Cocomazzi e sono il cofondatore di BMScience. Sono appassionato di Scienza, Medicina, Chimica e Tecnologia. Diplomato presso l'ISIS "Luigi Di Maggio" di San Giovanni Rotondo (FG) con opzione Biotecnologie Sanitarie e studente di medicina presso l'Università degli Studi di Foggia. Se ti piacciono i miei contenuti lascia un commento ed aiutaci a diffonderli. Per contattarmi o maggiori informazioni seguimi su: Twitter o Facebook.




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