ingegneria genetica

ingegneria genetica

Manipolare il DNA per costruire nuova informazione genetica

Il DNA, la molecola di cui sono costituiti i singoli geni e gli interi genomi, può essere oggi rimodellato nei laboratori di ingegneria genetica. Attraverso manipolazioni ormai di uso comune si possono costruire nuovi geni e addirittura interi organismi fino a oggi inesistenti. Le tecniche d'ingegneria genetica consistono essenzialmente nell'isolamento del gene, nella sua identificazione e nella sua riproduzione in copie identiche (clonazione). Inoltre è possibile inserire nuovi geni nei genomi o eliminarli, creando così nuovi organismi detti transgenici. L'ingegneria genetica consente anche di fare diagnosi prenatali su embrioni e di rivelare eventuali malattie genetiche

I primi passi

Abbiamo notato vicino a casa un nuovo cantiere. Incuriositi diamo un'occhiata all'entrata e leggiamo il cartello "Progettista: ing. tal dei tali". Quella scritta ci informa che alcuni mesi prima un ingegnere edile è stato incaricato di realizzare un fabbricato con determinate caratteristiche: numero di piani, di appartamenti, ascensore, terrazzi, impianti elettrici e idraulici, gas e così via. Da allora è stato preparato un progetto e sono poi iniziati i lavori. Allo stesso modo in un laboratorio scientifico di biotecnologie un ricercatore che viene incaricato di realizzare un nuovo genoma elabora il progetto, cerca l'informazione genetica necessaria, stabilisce la sequenza sperimentale utile a raggiungere lo scopo e inizia poi a lavorare con i suoi collaboratori smontando e rimontando sequenze geniche.

I progetti dell'ingegneria genetica si realizzano modificando le molecole di DNA, di geni e di genomi. Questa nuova tecnologia è nata nel 1969 con i primi esperimenti con cui è stato possibile tagliare un determinato pezzo di DNA da un genoma batterico e poi attaccarlo al genoma di un altro batterio. Pochi anni dopo, nel 1972, un intero gene è stato rimosso dal cromosoma di un batterio (clonazione) e poi inserito nel DNA di un altro batterio, allo scopo di modificarne le caratteristiche genetiche e le funzioni. Era nata la tecnologia del DNA ricombinante, capace di realizzare un organismo transgenico, in cui un gene viene trasferito dal cromosoma di un organismo a quello di un altro, rimodellando le molecole di DNA.

Gli strumenti

Dal gene alla genoteca. Gli strumenti principali di queste tecnologie sono le endonucleasi di restrizione, le sonde molecolari, i vettori e le genoteche. Con le endonucleasi di restrizione si può prelevare un singolo gene dall'intera informazione genica, identificarlo con certezza con le sonde molecolari, farne tante copie uguali tramite un vettore, ripetere questo procedimento per tutti i geni dell'intero genoma e costituire così una genoteca. Vediamo i singoli passi di questo complesso procedimento con più dettaglio.

La endonucleasi di restrizione. Una endonucleasi di restrizione è un enzima che taglia una lunga molecola di DNA in una ristretta zona (ecco perché è detto di restrizione). È questo il primo strumento dell'ingegneria genetica, la 'forbice' che permette di tagliare l'informazione genetica in punti precisi uguali per tutti i DNA degli individui della stessa specie e che quindi consente di isolare un determinato gene o una sua porzione. Tuttavia il gene così isolato non è stato ancora identificato.

Qualcosa di simile succederebbe se un professore chiedesse agli studenti di copiare dei versi da alcune poesie, con il vincolo che devono essere compresi tra una stessa parola di inizio (diciamo "amore") e una stessa parola finale (diciamo "cuore"). Ciascuno studente copierà un determinato segmento di una poesia, ma naturalmente non tutti copieranno versi dalla stessa poesia. I versi sarebbero isolati dal contesto ma non sarebbe ancora possibile identificarli, cioè attribuirli a una determinata poesia. Per identificare una determinata poesia, e solo quella, bisognerebbe leggerne il testo per intero.

La sonda molecolare. Per riconoscere il tratto di DNA isolato serve una sonda molecolare, che è un frammento di un DNA tipico per ogni specifico gene (per esempio, il gene per la globina β normale umana) in grado di riconoscere chimicamente il tratto di DNA in esame. Se il riconoscimento avviene, quella molecola sconosciuta viene identificata come il gene per la globina β normale, in caso contrario si proverà con altre sonde. Tornando all'esempio della poesia e degli studenti, la sonda in questo caso è rappresentata da alcuni versi completi, anche pochi, che, confrontati con quelli trovati, servono a identificare la poesia stessa.

Il vettore. Una volta che il gene è stato isolato con gli enzimi di restrizione e identificato con la sonda molecolare, serve riprodurlo in tante copie identiche, cioè clonarlo, per essere in grado di disporne in quantità adeguate a poterlo studiare meglio. Tuttavia solo le molecole di DNA con le caratteristiche dei cromosomi possono replicarsi, mentre i geni isolati ne sono incapaci. Viene usato quindi un vettore, cioè un piccolo cromosoma batterico o virale capace di replicarsi autonomamente entro un batterio. Se ricavato da un piccolo cromosoma batterico, il vettore si chiama plasmide, mentre il più comune vettore virale viene ottenuto dal virus lambda.

La genoteca. Il DNA del vettore (termine che significa "trasportatore") viene tagliato in provetta con lo stesso enzima di restrizione con cui si è tagliato il gene e si inserisce così il gene da riprodurre nel vettore capace di replicarsi. Il vettore è divenuto ricombinante perché ora è costituito da DNA batterico (o virale) combinato con il DNA del gene umano, per esempio quello della globina β. Il vettore a sua volta entra nel batterio e inizia a duplicarsi durante la riproduzione batterica, e nel corso di una nottata si possono produrre fino a miliardi di copie di quel gene. Ancora una volta gli strumenti della vita sono in grado di battere le macchine più veloci!

Se ora applichiamo questa intera procedura utilizzando il DNA intero di un essere vivente, non cloniamo un solo gene, ma tutti i geni del genoma. Questa tecnologia permette di ottenere un clone per ogni gene e quindi una genoteca. Il progetto Genoma umano è iniziato appunto da una genoteca di DNA umano in cui erano presenti tutti i geni dell'uomo e si è posto il problema di trovare la sequenza corretta, cioè il modo in cui tutti questi geni sono ordinati nel DNA umano.

A cosa serve

Gli scopi dell'ingegneria genetica possono essere di ricerca, per usi medici e di produzione industriale. Nel 1972 è iniziata una rivoluzione scientifica che ha progressivamente coinvolto i laboratori di ricerca di tutto il mondo e oggi quasi tutti gli esperimenti che ampliano le nostre conoscenze biologiche e mediche utilizzano le metodologie dell'ingegneria genetica.

I geni umani clonati servono oggi come sonde per identificare con certezza i genitori portatori di gravi malattie genetiche (genetica) e anche a fare la diagnosi prenatale di queste stesse malattie sugli embrioni. I geni clonati possono essere inseriti a loro volta nei cromosomi di un animale o di una pianta, formando un organismo transgenico capace di produrre la proteina corrispondente a quel gene. In alternativa, si può togliere un intero gene dal genoma di un organismo, producendo quindi un organismo detto knock out, dove il gene selezionato è stato rimosso.

I successi della ricerca vengono trasferiti poi alla produzione industriale, formando in laboratorio nuovi organismi, soprattutto piante, capaci di dare a buon prezzo prodotti alimentari con caratteristiche vantaggiose, come, per esempio, pomodori che non marciscono. Questi nuovi organismi, chiamati OGM od organismi geneticamente modificati, sono oggetto di molte polemiche e proteste perché le finalità di guadagno di queste iniziative potrebbero non essere compatibili con la certezza che tali prodotti non siano nocivi.