La terapia genetica umana, che fino a pochi anni fa sembrava un'utopia, è diventata una realtà. In questi ultimi anni ci sono state moltissime scoperte, che sono state rese possibili dalla tecnologia detta del DNA ricombinante. Nelle ricerche sul DNA ricombinante (dette anche di ingegneria genetica o biotecnologia) segmenti di molecole di DNA prelevati da fonti diverse vengono modificati, ricombinati e poi inseriti in altre cellule dove avviene l'espressione dei geni portati dal DNA modificato.
TECNOLOGIA DEL DNA RICOMBINANTE APPLICAZIONI DEL DNA RICOMBINANTE

TECNOLOGIA DEL DNA RICOMBINANTE

TAPPE NECESSARIE:

  • Come avere segmenti piccoli

    • Nei batteri sono presenti degli enzimi che tagliano le molecole estranee di DNA in piccoli segmenti prima che vengano duplicati o trascritti (in tal modo dei batteri risultano immuni a particolari virus). Questi enzimi vennero chiamati enzimi di restrizione.
    Brevi segmenti di DNA possono essere ottenuti per trascrizione dell'mRNA in DNA mediante l'enzima trascrittasi inversa (enzima che permette di passare dall'mRNA in DNA), oppure spezzando le molecole di DNA con l'impiego degli enzimi di restrizione.
    Differenti enzimi di restrizione tagliano il DNA in differenti sequenze nucleotidiche specifiche. Invece di tagliare le molecole in maniera netta, alcuni enzimi di restrizione lasciano delle estremità coesive. Un qualsiasi DNA tagliato con questi enzimi può essere facilmente attaccato a un'altra molecola di DNA tagliata dallo stesso enzima.  La scoperta degli enzimi di restrizione ha reso possibile lo sviluppo della tecnologia del DNA ricombinante.

    Come avere tanti piccoli segmenti
    Per produrre grosse quantità di segmenti di DNA identici vengono utilizzate due tecniche: la clonazione del DNA e la reazione a catena della polimerasi (PCR).
    Nella clonazione i segmenti da copiare sono introdotti nelle cellule batteriche per mezzo di plasmidi, cioè frammenti di DNA autoduplicante che può anche essere trasportato da batterio a batterio, e di batteriofagi, i quali funzionano da vettori, portando il frammento di DNA dentro il batterio.  Una volta dentro la cellula batterica, il plasmide ed il DNA estraneo, che esso porta con sé, si duplicano.
    Questo metodo risultò essere un ottimo modo per produrre grandi quantità di sostanze in poco tempo.
    La reazione a catena della polimerasi, scoperto da Mullis nel 1983, è un processo molto più rapido, ma richiede una maggiore conoscenza del segmento che deve essere copiato.

  • Come conoscere la sequenza nucleotidica

    • La disponibilità di copie multiple rende possibile, a sua volta, determinare l'esatto ordine con cui sono collegati i nucleotidi di un segmento di DNA.  Combinando le sequenze di gruppi di brevi segmenti prodotti dai vari enzimi di restrizione, che tagliano la stessa molecola di DNA in diversi modi, i biologi molecolari possono determinare la sequenza completa di un lungo segmento di DNA (quale un intero gene).

  • Come identificare i segmenti

    • Segmenti di DNA da studiare possono essere individuati tramite l'ibridazione dell'acido nucleico, o usando sonde a filamento unico marcate con isotopi radioattivi oppure mediante coloranti fluorescenti. La tecnica dell'ibridazione è basata sulla capacità presentata da un singolo filamento di RNA o di DNA di combinarsi (o ibridarsi) con un altro filamento che ha una sequenza nucleotidica complementare.

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    ALCUNE APPLICAZIONI DEL DNA RICOMBINANTE

    Sono sempre più vaste le applicazioni biotecnologiche: dalla produzione di enzimi e anticorpi monoclonali, alla commercializzazione di tecnologie di ingegneria genetica applicata a cellule, piante ed animali.
    Si possono, in generale, distinguere alcuni importanti settori di applicazione delle biotecnologie:


    FARMACI
    Con la tecnica del DNA ricombinante si possono ottenere ormoni, proteine e anticorpi monoclonali. Tra le più note sostanze prodotte ci sono l'insulina, l'ormone della crescita e l'interferone. Proprio l'insulina fu la prima ad essere prodotta con il metodo della clonazione del DNA. Negli Stati Uniti si incominciò appunto la produzione di questo ormone nel 1982 utilizzando come batterio produttore l'Escherichia coli.
    Queste scoperte hanno consentito all'industria la produzione di sostanze su larga scala a costi ridotti, la possibilità di migliorare l'efficacia di farmaci già in uso e l'ottenimento di prodotti altamente purificati e privi di contaminanti allergenici o biologici. Attualmente sono circa 500 i farmaci ottenuti con le biotecnologia e quasi altrettanti in fase di avanzata sperimentazione.


    SETTORE AGRO-ALIMENTARE
    Già da diversi anni, inserendo geni estranei nel patrimonio genetico di alcune piante, si sono ottenute varietà di prodotti della terra che maturano più in fretta o più lentamente e che sono resistenti a freddo, siccità, pesticidi e insetti. Anche per gli animali si sono ottenuti risultati simili con produzione, ad esempio, di carne o latte di migliore qualità per mezzo di animali "transgenici", cioè contenenti nelle cellule della linea germinale un patrimonio genetico modificato.


    TERAPIA GENICA
    Si basa sulla possibilità di trasferire geni per correggere, attivare, disattivare un gene difettoso ovvero di inserirne uno mancante. Il potenziale appare enorme ma i benefici concreti sembrano ancora lontani. Queste applicazioni rappresentano quasi certamente il futuro della ricerca biotecnologica nel mondo.


    VACCINI
    Si possono ottenere vaccini più sicuri ed efficaci eliminando quelle parti del batterio o del virus responsabili di eventi collaterali indesiderati; si evita di manipolare batteri o virus patogeni; si aggira l'ostacolo rappresentato da quegli organismi che è difficile o impossibile far crescere in culture cellulari (è il caso del virus dell'epatite B). Una volta individuato il segmento della proteina batterica o virale che agisce da antigene, viene isolato il frammento di DNA che lo codifica lo si clona all'interno di un microrganismo non patogeno per ottenere quantità ragguardevoli.
    Il primo vaccino ricombinante è stato quello della rabbia, ottenuto negli Stati Uniti nel 1986.


    ALTRE APPLICAZIONI
    Altri settori di applicazione delle biotecnologie sono i test genetici, la creazione di animali transgenici per trapianti e clonazione nonché le applicazioni nel settore energetico-ecologico.

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