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L'ingegneria Genetica
L’'Ingegneria Genetica
Tecnologia del DNA ricombinante
OGM
DNA ricombinante
Negli anni 70 gli scienziati svilupparono delle tecniche per manipolare i geni degli organismi, da qui nacque l’ingegneria genetica. Questa tecnologia si fonda sul DNA ricombinante, il quale consente di isolare e prelevare un gene da una cellula, e introdurlo in altre cellule, che di organismi diversi.
Le cellule riceventi sono chiamate «ricombinanti», le quali possono presentare anche nuove caratteristiche.
In qusto modo gli scienziati hanno prodotto numerosi organismi geneticamente modificati (OGM), chiamati anche: «transgenici». Molti studi ed esperimenti vengono svolti con il batterio Escherichia coli ( E. coli).
Batterio E. coli
OGM
Batterio E. coli
In questa capra GM, è stato inserito un gene umano , che codifica per l'antitrombina
Una proteina del sangue che permette la coagulazione del sangue
Animali farmaucetici
L'antitrombina viene messa direttamente nel latte, dal quale puo essere isolata per essere usata come anticoagulante per curare alcune malattie.
L'antitrombina
Le cellule di E. col, contengono delle piccole molecole di DNA chiamate plasmidi, che si duplicano e si spostano da una cellula all’altra. Per questo motivo i plasmidi sono detti vettori
Come nasce un OGM?
1. Il primo passo consiste nell’isolare il plasmide e tagliarlo con un enzima di restrizione, una proteina. Sempre con questo enzima si taglia il DNA, in modo da ottenere un segmento che contiene il gene di interesse, per esempio il gene umano per l’ormone insulina.
Svolgimento:
Successivamente, questo frammento di DNA viene inserito nel plasmide, trasformandolo in un plasmide di DNA ricombinante. Una volta introdotto nella cellula di E.coli, il plasmide ricombinante va nelle cellule batteriche, così si forma il nuovo gene per l’insulina.
Infine, i batteri ricombinanti formano tanti individui identici, chiamati cloni.
L’ormone infine può essere purificato e somministrato ai diabetici.
L’ingegneria genetica non si occupa soltanto degli uomini, ma anche delle piante e degli animali.
Infatti sono state ottenute molte piante GM, in grado di resistere agli attacchi dei parassiti e quindi hanno bisogno di meno utilizzo degli insetticidi. Grazie ai geni che vengono inseriti le piante possono crescere anche in zone semifredde e resistere alla siccità.
Un buon aspetto è quello nutritivo. C’è infatti un particolare tipo di riso chiamato: «riso golden», riso che contiene geni di narciso.
Piante GM
Riso golden
I suoi chicchi dorati contengono beta-carotene, una sostanza che il nostro corpo utilizza per la vitamina A.
Mentre molte piante vengono modificate attraverso il plasmide Ti, proveniente da un batterio.
Plasmide Ti
Principalmente vengono usati per produrre medicinali. Come per esempio le capre producono l’antitrombina.
Animali GM
Come possiamo vedere il maialino a destra ha le estremità fluorescenti, questo perché il gene che è stato inserito nelle sue cellule era un gene proveniente dalla medusa.
Problematiche?
Ci sono alcuni dubbi sull’OGM. Per esempio si teme che i nuovi geni, inseriti nei vegetali, possano produrre allergeni, cioè molecole in grado di scatenare allergie. Altri temono il rischio ambientale, dovuto alla contaminazione di piante, da parte del polline ricombinante, che viene trasportano dal vento o dagli insetti.
Terapia a base di geni
Curarsi con le staminali
L'ingegneria genetica, tramite gli OGM,produce proteine da usare come biofarmaci, tra cui l'insulina. L'obbiettivo della terapia è: usare lo stesso DNA come un farmaco, per curare dei geni difettosi.
A partire dagli anni 90 del secolo scorso, sono inizate le sperimentazioni cioè: inserire l'allele sano di un gene difettoso all'interno di una cellula malata, questa tecnica prende il nome di: trasferizione.
Il trasferimento dell'allele normale, viene effettuato in cellule staminali del midollo osseo, ovvero cellule che continuano a moltiplicarsi per tutta la vita e danno origini alle cellule del sangue e del sistema immunnitario.
Tra i vari tipi di malattie troviamo....
Le malattie ereditarie: distrofia muscolare, emofilia o diabete di tipo 1.
Malattie per fattori ambientali: quelle cardiovascolari, Alzheimer o Parkinson.
Malattie acquisite: fratture o ustioni .
Malattie
Infine ci sono terapie contro l'invecchiamento: infatti è stata allungata di un quarto, la vita di topi adulti, indirizzando le loro cellule a esprimere la telomerasi, un enzima capace di riallungare i telomeri
regioni terminali dei cromosomi che si accorciano ad ogni duplicazione.
Il segreto della longevità
- Dipende da fattori ereditari e ambientali.
- Una dieta ricca di frutta e verdura
- Attività fisica
- Eliminare fumo, alcol e sostanze stupefacenti
La regolazione genetica
I geni si attivano solo quando sono necessarie le proteine codificate da essi: in questo modo la cellula può risparmiare energia evitando la sintesi di proteine inutili.
La parte codificante nella sequenza di geni è molto piccola. Il resto contiene delle parti inutili chiamate "DNA spazzatura". Molte sequenze non codificate sono responsabili della regolazione genica, cioè contribuiscono a creare proteine.
Regolazione genica
Negli eucarioti
E' simile a quella dei procarioti, con qualche differenza.
La maggior parte dei geni è controllata in modo individuale e NoN da operoni.
Le sequenze, con funzione regolatrice, sono molto più complesse di quelle dei procarioti; questo avviene negli organismi pluricellulari
Regolazione genica negli eucarioti
I tessuti di un organismo vengono formati attraverso il processo di differenziamento.
Negli embrioni degli animali pluricellulari, il differenziamento è controllato dai geni omeotici, chiamati: geni hox.
Geni hox
Trascrizione :
Proteine chiamate fattori di trascrizione si legano a delle sequenze dette enhancer, che facilitano il posizionamento dell'RNA polimerasi.
Il trascritto subisce un processo di revisione chiamato maturazione.
Le regioni che non codificano per le proteine si chiamano introni e vengono tagliate; mentre quelle che codificano si chiamano esoni e vengono riassemblate.
Controlli
Questo processo viene chiamato: SPILICING ALTERNATIVO
Nei procarioti
Importante è il batterio di E.coli. Esso ha 4288 geni codificanti per proteine. Tre di questi vengono chiamati: geni lac. i quali codificano per le proteine necessarie del lattosio e sono raggruppati insieme in modo coordinato.
Un raggruppamento di geni viene chiamato operone. Troviamo poi l'RNA polimerasi che si lega al promotore, una regione particolare del DNA, da dove si muove lungo il cromosoma batterico fino a trovare il primo gene lac.
I 3 geni vengono trascritti nella molecola di mRNA,la quale dopo viene tradotta nelle proteine che metabolizzano il lattosio. Se il lattosio è assente i tre geni rimangono "spenti", grazie alla proteina: repressore-lac.
Regolazione genica nei procarioti
Il repressore-lac si lega ad un'altra regione del DNA: operatore, la quale si trova tra il promotore e i geni lac, in modo da non poter far muovere l'RNA e i geni non possono essere trascritti.
La reazione a catena della polimerasi.
Analisi DNA
E' stata ideata da Mullis. E' una tecnica che consente di ottenere, in tempi molto brevi, molte copie dello stesso DNA.
Il procedimento ha bisogno di 4 elementi:
1. Un campione di DNA
2. Nucleoditi di DNA
3. Molecole di DNA polimerasi
4. Primer, brevi segmeni di DNA
Il miscuglio viene riscaldato per separare i due filamenti di DNA e mentre si raffredda vengono aggiunti i primer, indicando al DNA i punti di inizio della duplicazione.
E' una tecnica per separare le macromolecole in base alla loro dimensione.
Elettroforesi
Miscugli con frammenti di DNA vengono caricati insieme a gocce coloranti all'estremità di una lastra di gel. Alla stessa estremità viene messo un elettrodo negativo e dalla parte opposta uno positivo. I frammenti di DNA negativi, si spostano verso la parte positiva. Alla fine si ottengono varie bande colorate. I frammenti vengono analizzati attraverso sonde genetiche, molecole di DNA a 1 solo filamento con una sostanza fluorescente; si tratta del DNA complementare. Dopo essere state mescolate con i filamenti del DNA da analizzare, le sonde fluorescenti si uniscono alle sequenze complementari.
Per questa tecnica si è creato il microarray, formato da tantissime sonde di DNA.
Elettroforesi su gel
Sonde genetiche
Microarray
E' lo studio dei genomi e delle interazioni che coinvolgono i diversi geni.
Genomica
Nel 1990 è stato avviato il: Progetto Genoma Umano, dove si adottava una tecnica di sequenziamento (metodo Sanger), in cui il DNA è suddiviso in molti frammenti che vengono riordinati.
Scienze omiche
Si distinguono tra la trascrittomica, lipidomica,metabolomica e proteomica.
L'aggettico "omico" indica lo studio dei processi vitali per comprendere le interazioni tra geni,proteine etc...
Scienze omiche
In questo metodo, il genoma viene suddiviso in frammenti che vengono sequenziati e poi riassemblati da calcolatori.