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Diversità e miglioramento genetico

Enzimi di restrizione
Le desossiribonucleasi II (sito-specifiche, solitamente note con il nome di enzimi di restrizione) sono enzimi appartenenti alla classe delle idrolasi che catalizzano il taglio del DNA per dare frammenti specifici a doppia elica con fosfati terminali al 5'.
Questi complessi proteici sono in grado di rompere i legami fosfodiesterici del DNA a doppio filamento. Il ruolo biologico di questi enzimi è di protezione e salvaguardia della cellula: nei procarioti questi enzimi sono essenziali per il taglio e la degradazione di filamenti estranei al genoma (come ad esempio quelli derivanti da una infezione fagica). 
Gli enzimi di restrizione sono in grado di distinguere i filamenti estranei perché il DNA batterico, in corrispondenza delle sequenze riconosciute dagli enzimi di restrizione, viene metilato.
La scoperta degli enzimi di restrizione è dovuta a Werner Arber, microbiologo svizzero, insieme a Daniel Nathans e Hamilton Smith. Nel 1978 i tre ricevettero il premio Nobel in medicina "per la scoperta degli enzimi di restrizione e la loro applicazione a problemi di genetica molecolare".

Clonaggio del DNA
Il Clonaggio è un  metodo sperimentale di amplificazione del DNA utilizzato nella biologia molecolare con il quale è possibile ottenere più copie di una determinata sequenza nucleotidica.
Il clonaggio risale agli anni settanta e utilizza gli enzimi di restrizione e i vettori di clonaggio. Il frammento di DNA di interesse (solitamente un gene) deve essere isolato con enzimi di restrizione e quindi inserito in un vettore (tipicamente un plasmide) mediante l'uso di ligasi. Il vettore così ottenuto viene inserito nella cellula ospite, che viene coltivata in terreni selettivi. La cellula ospite si moltiplica, generando miliardi di copie del plasmide e del gene di interesse in esso inserito.

Reazione a catena delle polimerasi 
Un secondo tipo di amplificazione del DNA, oggi ampiamente più usato e che ha rivoluzionato la biologia molecolare, è divenuto possibile nel 1985 con la messa a punto della reazione a catena della polimerasi o PCR. In breve, questa tecnica sfrutta la reazione catalizzata in vivo dall'enzima DNA polimerasi, durante la duplicazione semiconservativa del DNA, per realizzare amplificazioni in vitro di qualsiasi frammento di opportuna lunghezza, localizzato tra due brevi sequenze nucleotidiche dette primers.

Elettroforesi su gel
L'elettroforesi su gel di agarosio è una tecnica classicamente utilizzata per analizzare e separare acidi nucleici. Questa tecnica sfrutta le cariche presenti nelle molecole di DNA o RNA (caricate negativamente) per farle migrare, in un campo elettrico, attraverso un gel di agarosio. Il gel funge da setaccio molecolare, essendo costituito da una rete di pori, i quali consentono di separare le molecole in base alla loro grandezza: quelle più piccole attraversano più velocemente i pori rispetto a quelle più grandi quindi si avrà una separazione in funzione della velocità.

Sequenziamento del DNA
Il sequenziamento del DNA è la determinazione dell'ordine dei diversi nucleotidi (quindi delle quattro basi azotate che li differenziano, cioè adenina, citosina, guanina e timina) che costituiscono l'acido nucleico.

CRISPR gene editing
CRISPR è il nome attribuito a una famiglia di segmenti di DNA contenenti brevi sequenze ripetute (di origine fagica o plasmidica) rinvenibili in batteri e archei. In particolare, le CRISPR sono presenti nel locus CRISPR insieme ad altri elementi genici sia nei batteri che negli archea. CRISPR è l'acronimo di clustered regularly interspaced short palindromic repeats, lett. "sequenze ripetute palindrome brevi raggruppate a intervalli regolari". In passato le sequenze erano denominate SRSR da short regularly spaced repeats, lett. "sequenze ripetute brevi a intervalli regolari".
Queste brevi ripetizioni sono sfruttate dal batterio per riconoscere e distruggere il genoma proveniente da virus simili a quelli che hanno originato le CRISPR: costituiscono dunque una forma di immunità acquisita dei procarioti.
Le CRISPR costituiscono uno degli elementi di base del sistema CRISPR/Cas, anch'esso coinvolto nell'immunità acquisita dei procarioti. Una versione semplificata di questo sistema (detta CRISPR/Cas9) è stata modificata per fornire un potentissimo e precisissimo strumento di modificazione genetica che risulta di impiego molto più facile, e al contempo più economico, rispetto alle tecnologie preesistenti. Grazie al sistema CRISPR/Cas9 è stato possibile modificare permanentemente i geni di molteplici organismi.

Applicazioni





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