15.3: DNA ricombinante
Panoramica
Gli scienziati creano DNA ricombinante combinando il DNA di fonti diverse, spesso altre specie, in laboratorio. La clonazione del DNA consente ai ricercatori di studiare geni specifici inserendoli in cellule facilmente manipolate, come i batteri. Gli organismi che contengono DNA ricombinante sono noti come organismi geneticamente modificati (OGM). La tecnologia del DNA ricombinante produce organismi con nuovi geni che possono beneficiare la scienza, la medicina e l'agricoltura.
Come fanno gli scienziati a creare DNA ricombinante?
La creazione di DNA ricombinante comporta l'inserimento di un gene di interesse in un vettore, un veicolo che trasporta il DNA estraneo nelle cellule ospiti per la replicazione del DNA e l'espressione proteica. I vettori di clonazione più comunemente utilizzati sono plasmidi, piccoli pezzi circolari di DNA che si replicano indipendentemente dal DNA cromosomico dell'ospite.
Per creare DNA ricombinante, sia il DNA del donatore, compreso il gene di interesse, sia il vettore vengono tagliati in specifiche sequenze di nucleotidi, chiamate siti di restrizione, utilizzando enzimi di restrizione. L'enzima DNA ligase sigilla la spina dorsale zucchero-fosfato dove si connettono il gene di interesse e il plasmide.
Il risultato è una molecola di DNA ricombinante costituita da un vettore con un pezzo integrato di DNA del donatore, chiamato inserto. Uno scienziato può quindi introdurre questa molecola di DNA ibrido in un organismo ospite, tipicamente batteri o lieviti, dove si replica facilmente e rapidamente. Questo crea molte copie del gene di interesse, che è necessario per la ricerca scientifica e altre applicazioni. Il gene può anche essere trascritto e tradotto nella proteina desiderata, come l'insulina umana, utilizzando il meccanismo cellulare dell'ospite.
La creazione di DNA ricombinante è un processo imperfetto e spesso si verificano errori. Ad esempio, il vettore potrebbe chiudersi senza l'inserto o l'inserto potrebbe non essere corretto (ad esempio, all'indietro). Prima di utilizzare il DNA ricombinante per ulteriori studi, i ricercatori devono verificare la presenza di errori. Il sequenziamento dei nucleotidi può aiutare a identificare le colonie di batteri che trasportano plasmidi con l'inserto corretto.
Gli scienziati utilizzano il DNA ricombinante per studiare geni e proteine
La tecnologia del DNA ricombinante è particolarmente vantaggiosa quando uno scienziato ha bisogno di molte copie di un gene di interesse o di un prodotto proteico. Tuttavia, la ricerca di uno scienziato può richiedere un ulteriore livello di complessità, come il rilevamento o la purificazione della proteina desiderata. Per raggiungere questo obiettivo, un ricercatore può allegare un tag o un reporter, proteine utilizzate per identificare un prodotto genetico, alla proteina desiderata per creare un gene di fusione, o gene chimerico.
Applicazioni in Medicina e Agricoltura
Gli scienziati hanno usato per la prima volta la tecnologia del DNA ricombinante per produrre insulina umana nei batteri, con conseguente trattamento per il diabete. Da quella scoperta iniziale, i ricercatori hanno generato altre DLL ricombinanti per uso terapeutico. I batteri ricombinanti rendono l'ormone della crescita umano, una proteina necessaria per la normale crescita e sviluppo, per trattare i pazienti con carenza di ormone della crescita. Le cellule di mammiferi ricombinanti, derivate da esseri umani e criceti, producono il fattore VIII, una proteina necessaria per la normale coagulazione del sangue, per il trattamento di pazienti con emofilia. Evidentemente, la tecnologia del DNA ricombinante è un potente strumento per la produzione su larga scala di proteine essenziali.
I progressi agricoli nella tecnologia del DNA ricombinante influenzano anche il benessere umano. Ad esempio, gli allevatori di mais hanno subito notevoli danni alle colture a causa del borer di mais europeo. In risposta, gli scienziati hanno isolato i geni da un batterio che abita il suolo (Bacillus thuringiensis (Bt) - per creare mais geneticamente modificato e resistente ai parassiti. Bacillus thuringiensis produce naturalmente proteine tossiche per alcuni insetti, ma non per gli esseri umani, le piante o altri animali. L'introduzione del mais Bt resistente ai parassiti ha migliorato le rese delle colture e ridotto l'uso di pesticidi chimici. Tali applicazioni agricole migliorano la qualità e la quantità dell'approvvigionamento alimentare globale.
