7.1 - Le biotecnologie

I fondamentali in sintesiLe biotecnologie

Biologia

INIZIA

L'ingegneria geneticaLe biotecnologie Gli OGM e gli ambiti di utilizzo

Che cosa devo sapere prima

Fenotipo e genotipoGli acidi nucleiciLa divisione cellulare

Che cosa imparerò

INDICE

La divisione cellulare è in processo grazie al quale una cellula si divide in due cellule figlie. Affinché una cellula possa dividersi devono verificarsi quattro eventi in successione:

1. Deve essere innescato un segnale riproduttivo, ovvero un segnale che dà inizio alla divisione cellulare che può essere originato sia all'interno che all'esterno della cellula;
2. Deve avvenire la duplicazione del materiale genetico (il DNA) in modo che due nuove cellule possiedano ciascuna un corredo genetico completo e identico;
3. La cellula deve distribuire equamente il DNA duplicato fra le due cellule figlie con un processo chiamato segregazione;
4. Devono essere sintetizzati enzimi e organuli per le nuove cellule e si deve aggiungere nuovo materiale alla membrana plasmatica (e alla parete cellulare quando presente) in modo che tutte le cellule si possano separare attraverso un processo detto citodieresi.

In genetica il modo in cui un gene si esprime in un organismo determina il suo fenotipo, ovvero l'insieme delle caratteristiche che si manifestano. L'assetto genetico di un organismo per un particolare carattere, invece, è chiamato genotipo. Il genotipo viene solitamente indicato dalla combinazione allelica. Il genotipo di un individuo per un dato carattere contiene due alleli: se sono uguali l’individuo è omozigote (dominante o recessivo), se sono diversi è eterozigote. Ogni carattere ereditario che rispetta la seconda legge di Mendel è associato a un genotipo che può essere omozigote dominante, omozigote recessivo, o eterozigote; dal genotipo dipende il fenotipo che può essere dominante o recessivo.

Gli acidi nucleici (DNA e RNA) sono polimeri di nucleotidi: un nucleotide è composto da uno zucchero pentoso, una base azotata e un gruppo fosfato. Esistono quattro nucelotidi che differiscono per base azotata. Il DNA è una molecola informazionale: contiene infatti le informazioni per costruire correttamente tutte le catene polipeptidiche da cui derivano le proteine di un organismo. L'informazione del DNA è codificata nella sequenza delle basi azotate che formano i suoi filamenti. Il DNA è formato da due filamenti che corrono in direzione opposta. L'RNA ha un ruolo diverso: interviene nella traduzione delle informazioni contenute nella molecola di DNA, cioè permette l'effettiva costruzione delle proteine. L'RNA di solito è a singolo filamento.

Indice

L'INGEGNERIA GENETICA

Clonaggio e clonazione

La PCR

LE TECNICHE

LE BIOTECNOLOGIE

L'ingegneria genetica

Il clonaggio genico

Le biotecnologie

Gli OGM

Ambiti di utilizzo

La cassettadegli attrezzi

Tagliare, separare, cucire il DNA

L'ingegneria genetica

La tecnologia del DNA ricombinante o ingegneria genetica è l’insieme delle tecniche di laboratorio che consentono di isolare e tagliare brevi sequenze di DNA per trasferirle nel genoma di altre cellule, in modo da modificarne uno o più geni.L’ingegneria genetica si basa sull’idea che modificando in laboratorio il genotipo degli organismi sia possibile alterare il loro fenotipo in maniera mirata, e non casuale come avviene in natura.

La cassetta degli attrezzi

La «cassetta degli attrezzi» per clonare un gene comprende alcuni strumenti e materiali fondamentali:

• il gene che si intende clonare, isolato dall’organismo di origine o ricavato da un archivio di DNA;

• gli enzimi che permettono di «tagliare» e «cucire» il DNA per ottenere il frammento genico di interesse;

• un vettore di clonaggio per inserire il DNA ricombinante in una cellula.

Il clonaggio genico

Le biotecnologie possono essere usate per le applicazioni più svariate ma nella maggior parte dei casi la prima operazione da compiere è la stessa: ottenere un gran numero di copie identiche del gene che vogliamo studiare. Questa operazione è detta clonaggio genico.

Tim UR/Shutterstock

La flavr savr è una varietà di pomodoro geneticamente modificata per ritardarne la marcescenza. Si tratta del primo alimento modificato con l'ingegneria genetica a entrare in commercio nel 1994. Ad essere stati disattivati erano i geni della maturazione per cui il pomodoro poteva essere conservato più a lungo senza che marcisse. Il pomodoro flavr savr non era però molto saporito ed ebbe scarso successo tra i consumatori.

Tagliare il DNA

Gli enzimi di restrizione servono a tagliare il DNA in punti precisi e ottenere così frammenti che, uniti tra di loro, generano molecole di DNA ricombinante. Questi enzimi sono stati scoperti nei batteri che li usano per frammentare e inattivare il DNA dei fagi che li infettano.

Il taglio dell’enzima di restrizione HpaI (A) genera estremità piatte, mentre gli enzimi EcoRI (B) e HindIII (C) producono estremità coesive.

Separare il DNA

Negli esperimenti di clonaggio genico è importante verificare che gli enzimi abbiano tagliato nel punto giusto, per evitare di proseguire l’esperimento con il frammento sbagliato.Uno dei metodi più usati per separare e controllare la dimensione di una molecola di DNA è l’elettroforesi su gel d’agarosio, una tecnica analitica che permette di separare i frammenti di DNA in base alle loro dimensioni.

Cucire il DNA

Dopo il taglio, per «cucire» il frammento di DNA all’interno del vettore è necessario ricorrere ad altri enzimi, le DNA ligasi.Questi enzimi catalizzano la formazione del legame fosfodiestere tra due nucleotidi adiacenti.

Le estremità coesive facilitano la ricombinazione del DNA, ma solo le ligasi possono saldare tra loro i nucleotidi.

La PCR

Un altro modo per produrre in laboratorio copie multiple di un dato frammento di DNA è il processo noto come Reazione a Catena della Polimerasi, o PCR. La PCR è un sistema automatizzato per isolare e amplificare il DNA in provetta, basato sulla capacità dell’enzima DNA polimerasi di sintetizzare un nuovo filamento di DNA a partire da un filamento stampo.

... le DNA ligasi permettono di...

... gli enzimi di restrinzione servono per...

... l’elettroforesi su gel d’agarosio permette di...

Stop! Completa le frasi...

CUCIRE IL DNA ALL'INTERNO DI UN VETTORE

TAGLIARE IL DNA IN PUNTI PRECISI

SEPARARE E CONTROLLARE LE DIMENSIONI DI UNA MOLECOLA DI DNA

Il clonaggio

Il clonaggio è la produzione in molte copie di un gene allo scopo di analizzarlo o per ottenere grosse quantità del prodotto che codifica.Il gene può entrare nella cellula ospite come parte integrante di un vettore, ovvero una sequenza che possiede anche un’origine di duplicazione (ori), unoo più siti di restrizione e almeno un gene reporter. I vettori usati sono i plasmidi batterici e i virus.

La clonazione

La clonazione è la creazione di copie geneticamente identiche di un intero organismo.Il primo esperimento di clonazione di mammiferi è stato quello condotto nel 1996 dallo scienziato scozzese Ian Wilmut e che ha portato alla nascita della pecora Dolly.

Jeff Whyte/Shutterstock

Dolly è stato il primo mammifero clonato a partire da una cellula adulta già differenziata. Nata il 5 luglio 1996 presso il Rosling Institute dell’Università di Edimburgo, è il frutto degli studi del gruppo di ricerca di Ian Wilmut che adattò alle cellule somatiche già differenziate la tecnica di trasferimento nucleare messa a punto nei decenni precedenti. Dopo la sua morte, avvenuta nel 2003, Dolly fu sottoposta a tassidermia ed è oggi esposta al Museo nazionale di Scozia, ad Edimburgo.

In questo video scoprirai la storia degli esperimenti di clonazione animale.

La clonazione

Che differenza c'è tra clonaggio e clonazione?

La clonazione riguarda un intero individuo, il clonaggio i geni

Il clonaggio riguarda un intero individuo, la clonazione i geni

Sono sinonimi

Stop! Scegli la risposta corretta:

SBAGLIATO

SBAGLIATO

ESATTO!

Le biotecnologie

Le biotecnologie sono tutte quelle tecniche che, basandosi sull’utilizzo di organismi viventi o di loro derivati, producono specifiche sostanze.Le biotecnologie moderne permettono di generare organismi geneticamente modificati o OGM, ovvero organismi viventi il cui genotipo è stato modificato con le tecniche del DNA ricombinante.

Gli OGM

Tramite le tecniche del DNA ricombinante è possibile ottenere organismi transgenici inserendo in un corredo cromosomico geni provenienti da un organismo di una specie o perfino di un regno differente. Le biotecnologie permettono di conoscere anche l’esatta sequenza e funzione del gene o dei geni trasferiti, garantendo un maggiore controllo delle caratteristiche che si vogliono ottenere.

Gli ambiti di utilizzo degli OGM

Produzione di farmaci e vaccini ricombinanti (insulina, antibiotici, vaccino per l'epatite B) ma anche farmacogenomica e nuovi sistemi diagnostici e forensi.

Biomedicina

Le green biotech modificano il genoma delle piante per creare nuove varietà vegetali in grado di rispondere ai cambiamenti climatici e alla diffusione, sempre più ricorrente, di nuovi patogeni e parassiti.

Agricoltura

La produzione di microrganismi ricombinanti sicuri per l’ambiente che possano aiutare nella degradazione delle sostanze chimiche tossiche o inquinanti. Questo utilizzo è detto biorimedio (o biorisanamento).

Ambiente

L’insulina prodotta con la tecnologia del DNA ricombinante è usata ogni giorno da milioni di persone affette da diabete mellito di tipo 1. Credit:TunedIn by Westend61/Shutterstock

Le biotecnologie ambientali forniscono strumenti innovativi per limitare i danni causati dagli sversamenti di petrolio in mare. Credit: Narongsak Nagadhana/Shutterstock

Un campo di colza geneticamente modificata i cui semi sono utilizzati per produrre un olio combustibile. Credit: Daniel Prudek/Shutterstock

Le tecniche del DNA ricombinanteChe cosa sono le biotecnologieGli OGM e quali sono i loro ambiti di utilizzo

Che cosa ho imparato

METTITI ALLA PROVA

RIGUARDA LE PARTI CHE NON HAI CAPITO

Mettiti alla prova

Esercizi del libro