LE BIOTECNOLOGIE DI IERI…
• Da 10000 anni l’uomo modifica i caratteri di animali e piante per ottenere varietà
desiderate o vantaggiose
• Sumeri e Babilonesi nel 6000 a.C.: birra
• Egizi nel 4000 a.C.: pane lievitato
• La produzione di formaggi ha origini
antichissime..
L’uomo attua una selezione artificiale
• Le BIOTECNOLOGIE sono quelle tecniche di manipolazione degli
organismi viventi che consentono di
migliorare le
caratteristiche di piante, animali e microrganismi per scopi pratici,
soprattutto agrari,
alimentari, terapeutici.
…e le biotecnologie di oggi
• Villaggio africano:Neisseria meningitidis
• Biotecnologie moderne, denominate anche ingegneria genetica, hanno
messo a punto mezzi per attuare un
salto prodigioso: quello delle barriere
genetiche tra specie.
• Dal 1970 si scopre come isolare un gene,farne copie ed inserirlo in un
altro essere vivente di specie diversa
• La cellula col gene estraneo nel suo
DNA produce proteine corrispondenti e trasmette nuovo gene alla
discendenza
Campi di applicazione dell’ingegneria genetica
• Campo
agroalimentare
• Nei tribunali:
attribuzione paternità,
scagionare presunti criminali..
• Produrre farmaci:
insulina per i
diabetici, fattore VIII per gli
emofilici, ormone HGH per nanismo..
• Produrre detersivi
potenti contro le
macchie
La tecnologia del DNA ricombinante
• OGM sono organismi con caratteristiche genetiche modificate in laboratorio: virus, batteri, funghi, piante, animali.
• Per far ciò ci vuole una tecnica che
permette di tagliare e ricucire insieme frammenti di DNA di specie
diverse,sfruttando proprietà di alcuni
enzimi
La metodica..
• Gli enzimi che si usano sono:
• gli enzimi di restrizione <<forbici molecolari>>, tagliano la molecola di DNA in punti specifici;
• Le DNA ligasi che uniscono le
molecole di DNA
Enzimi di restrizione
• Arma naturale dei
batteri contro attacco dei batteriofagi
• Enzimi tagliano DNA virus estraneo dove trovano siti di
restrizione(seq di 6-8 coppie basi)
• Taglio è asimmetrico e genera delle estremità adesive o appicicose
• Le estremità si saldano con segmenti tagliati con stessi enzimi
grazie alle DNA ligasi
Col <<taglia e cuci >>offerto dagli enzimi di restrizione e
dalle DNA ligasi si sono aperte possibilità di
trasferimento di DNA da un organismo all’altro
Il nuovo DNA,insieme di
frammenti di specie diverse, si chiama DNA ricombinante e la
tecnica è detta del DNA
ricombinante
Come si trasferiscono i geni:
i vettori
• Si isola un gene, per trasferirlo in un batterio lo si inserisce in un plasmide:
piccolo anello di DNA supplementare contenuto in batteri.
• I plasmidi sono mobili, si duplicano
indipendentemente e si possono anche
trasferire da un batterio ad un altro, anche
di specie diversa(TRASFORMAZIONE)
La tecnica del DNA ricombinante
• Si isolano i plasmidi, si aprono con enzimi di
restrizione, si inserisce gene estraneo tagliato con stesso enzima; le sticky ends
complementari si
uniscono con DNA ligasi
• Il plasmide con inserito il gene selezionato è
diventato un vettore
• I batteri col gene estraneo si fanno crescere su terreno adatto e si
riproducono
• In breve miliardi di discendenti che produrranno quanto scritto nel gene estraneo
• Il gene è stato clonato
LA PCR(Polymerase Chain Reaction)
• Se la quantità di DNA non è sufficiente per un’analisi
adeguata(CSI!),si ricorre alla
PCR,invntata nel 1984 da Kary Mullis.
• La PCR sfrutta la DNA polimerasi di un
batterio termofilo:si denatura col calore il Dna.
Due problemi principali:
• Nuovo gene si deve integrare bene per potersi replicare insieme al genoma batterico e
ESPRIMERSI
• Il ricercatore deve distinguere i batteri
“INGEGNERIZZATI”
dagli altri
• Il nuovo gene deve essere trasferito insieme al
PROMOTORE(zona del DNA che serve per la trascrizione del gene in mRNA)
• Nel plasmide si
inserisce un altro gene che serve da
segnale(per es. un
fattore di resistenza ad un antibiotico)
Per introdurre geni negli eucarioti si possono
utilizzare come vettori i
virus”disarmati”
Come isolare i geni
• Genoma umano 25 000 geni, Drosophila 13 000…come sapere dove “pescare”?
• Si può partire dal mRNA, ossia dal trascritto del gene, presente in gran
quantità nelle cellule che esprimono quel
• Si utilizza una TRASCRITTASI INVERSA gene che produce cDNA( DNA
complementare)che ha anche il vantaggio di
essere fatto solo di ESONI
..grazie al cDNA si
producono molte proteine utili
• Insulina
umana(prima70 maiali o 14 mucche per un anno di un diabetico)
• fattoreVIII ( prima bisognava purificare, per un anno di un
emofilico,4000 L sangue umano, con tutti i rischi)
• Son state create librerie di cDNA
LE PIANTE
TRANSGENICHE: PGM
• Sono anche state cambiate in maniera mirata le caratteristiche genetiche di alcune piante ottenendo piante con
resistenza agli insetti nocivi, ai
pesticidi,al gelo o alla siccità, o con
una maggior resa produttiva…
Due sistemi per fare entrare geni estranei nelle PGM
• IL FUCILE GENICO: si
sparano contro le cellule vegetali
delle microscopiche particelle d’oro
rivestite di DNA
• Il metodo dello
AGROBACTERIUM:
alcuni agrobatteri hanno la capacità di trasferire alle piante che infettano i loro plasmidi
• Questi plasmidi possono essere modificati in laboratorio per
veicolare geni utili(
Bacillus
thurigensis,tossina nociva per insetti)
…alcune utili PGM
• IL MAIS Bt(resistente alla Piralide)• La soia
• La patata, il cotone
• La colza( dalla quale si estrae l’olio)
• Il golden rice
• I pomodori che non marciscono
• ….
..e alcune preoccupazioni riguardo alle PGM !
• La modificazione genetica potrebbe influenzare in modo imprevedibile la
pianta,inducendola a produrre
allergeni(…e uomo e animali
mangiandole..)
• Piante transgeniche, coltivate all’aperto, possono venire in
contatto con le altre specie, contaminandole coi geni estranei
• Oppure PGM
potrebbero incrociarsi con specie selvatiche alterando equilibri ambientali
Gli animali transgenici
• A differenza delle piante (da poche cells ottieni un organismo adulto) occorre
introdurre il nuovo gene più precocemente possibile:prime fasi embrione o meglio
nello zigote.
• Anni fa si inserì in uno zigote di topo il
gene HGH
• In tempi recenti prodotta nel latte delle pecore e di maiali transgenici una proteina per cura emofilia, era stato introdotto nei loro zigoti il gene che
presiede alla produzione della proteina.
• Gene controllato da un promotore che controlla
anche il gene per una proteina del latte quindi
espresso solo nella ghiandola mammaria
I topi ko
• E’ utile a volte per capire se una malattia è dovuta all’interazione di un certo gene,
presente anche nel topo,alterare in uno zigote il gene sospetto e vedere se il topo manifesta o no la malattia.
• Zigote così manipolato introdotto nell’utero
di una topolina
La clonazione riproduttiva
• Film”Il dormiglione”per capire
fraintendimenti che suscita la clonazione
• Il termine Clone(dal greco klòn=
germoglio)si origina dalla pratica di
ottenere per talea da una pianta piantine
uguali a quella di partenza.
CLONAZIONE: processo che consente di ottenere la “copia” di
un organismo(o un frammento di DNA), geneticamente identica a
quello di partenza
Se è fatta per ottenere animali identici: CLONAZIONE
RIPRODUTTIVA
• PER SCISSIONE
EMBRIONALE: le cellule embrionali all’inizio tutte totipotenti, se separate
ognuna può generare un individuo adulto( gemelli monovulari)
• PER TRASFERIMENTO DI NUCLEO DA
CELLULE ADULTE: il nucleo delle cellule adulte può “ringiovanire”e
tornare a esprimere suoi geni se inserito in una cellula uovo(Dolly)
Le cellule staminali
• Si può donare sangue perché nel midollo osseo ci sono cellule staminali progenitrici di tutti gli
elementi corpuscolati del sangue(cura leucemia:
trapianto midollo)
• Una cellula staminale è una c. indifferenziata che quando si riproduce dà origine a due cellule : una uguale alla c. madre(staminale); l’altra si
specializza, perde la “staminalità”
• Una c. staminale a contatto con determinati fattori di crescita può originare un tessuto diverso da
quello di origine
Due principali gruppi di staminali…
• STAMINALI ADULTE
• In passato si pensava alcuni tessuti ne fossero privi( muscolo scheletrico e cardiaco,t. nervoso)
• Sono presenti in tutti i t.
ma in quantità minime, difficili da far riprodurre
• In compenso se prelevate da stesso paziente che le riceverà(autotrapianto) non danno rigetto
• STAMINALI EMBRIONALI
• 1998 prime c. s.
embrionali umane isolate e coltivate
• Prelevate da blastocisti:
bioetica
• Coltivate in opportune condizioni originano
numero elevatissimo di c.
figlie ( pluripotenti)ma non possono or. ind.intero
• Cura organi o tess.
danneggiati
