LA GENTICA
Il
cromosoma procariote è formato da una sola catena continua e circolare di DNA a
doppio filamento, un esempio ci è offerto dal cromosoma dell’ E. Coli. Il
principale mezzo di regolazione genica dei procarioti è l’operone. L’operone
è formato da un promotore, che è il sito di legame per
l’RNA-polimerasi, da uno o più geni strutturali e dall’operatore
, che è una sequenza di DNA. La trascrizione dei geni strutturali è spesso
controllata dall’attività di un altro gene, il regolatore. La
trascrizione dell’mRNA, e quindi la sintesi proteica, è regolata da una
iterazione tra repressore ed induttore, infatti quando il repressore è legato
all’operatore ostacola il promotore perciò l’RNA-polimerasi non può legarsi
alla molecola di DNA e di conseguenza non avviene la trascrizione dell’mRNA.
Se, invece, viene rimosso la trascrizione può iniziare. La capacità del
repressore di legarsi all’operatore dipende da un’altra molecola: quella che lo
rende attivo è detta corepressore, mentre quella che lo disattiva è
detta induttore. Quando iniziarono gli studi di genetica molecolare si
pensava che il cromosoma eucariote fosse una versione ampliatadel cromosoma E.
Coli. Poi ci si rese conto che vi erano
delle importanti differenze:
-una
maggior quantità di DNA nei cromosomi eucarioti.
-un
gran numero di segmenti ripetuti nel DNA, alcuni apparentemente privi di ogni
funzione, perciò detti silenti.
-una
stretta associazione tra DNA e proteine, le quali svolgono un importante ruolo
strutturale nel cromosoma.
-una
complessità maggiore nell’organizzazione delle sequenze di DNA che codificano
per le proteine.
Nelle
cellule eucariote il DNA si trova sempre combinato con le proteine. Questa
combinazione è detta cromatina. Le proteine presenti nella cromatina
sono gli istoni, che sono carichi positivamente e per questo sono
attratti dal DNA che è carico negativamente. Il DNA, nel periodo di interfase,
si presenta avvolto attorno agli istoni. L’unità fondamentale di cui è
costituita la cromatina è il nucleosoma, che assomiglia ad una collana.
Ogni nucleosoma è formato da una parte centrale costituita da otto molecole di
istoni, intorno al quale si avvolge due volte il filamento di DNA. Un altro
istone si trova lungo il DNA esternamente al nucleosoma. Nei cromosomi
eucarioti vi sono altre proteine: gli enzimi, impegnati nella sintesi di DNA e
RNA, le proteine di regolazione e molte altre che non sono state ancora
identificate.
I
plasmidi sono dei frammenti di DNA circolari estranei al cromosoma batterico.
Negli apoli sono presenti due diversi tipi di plasmidi, il plasmide F e il
plasmide R.
Il plasmide F è responsabile del processo
di coniugazione tra due cellule batteriche, tale processo non è dannoso per la
cellula. Queste contengono dei geni che
controllano la produzione di particolari proteine a cui viene dato il nome di
Pili. Se una cellula che contiene tale plasmide, e perciò detta F+ ,
vien a contatto con una che non lo possiede, perciò detta F-, grazie
a tali strutture riesce a formare dei ponti citoplasmadici; il plasmide si
autoreplica e attraverso questo ponte arriva nell’altra cellula, quest’ultima
acquista la capacità di formare i pili. Il plasmide R è stato scoperto nel 1959
da alcuni ricercatori giapponesi. Esso contiene dei geni che conferiscono ai
batteri la resistenza verso alcuni farmaci, in particolare gli antibiotici. I
geni permettono la sintesi di enzimi che distruggono i farmaci o che ne
riducono gli effetti. Questi plasmidi R vengono passati dalle cellule madri
alle cellule figlie durante la divisione cellulare. Possono essere trasferite
da una cellula batterica all’altra attraverso un processo di coniugazione o attraverso le membrane cellulari. Questi
geni possono essere trasferiti dai plasmidi al cromosoma batterico, ai virus e
ai batteri di un’altra specie. Tali plasmidi R dopo la coniugazione vengono
trasferiti alla shigella, un batterio che può provocare forme di dissenteria a
volte letali. La scoperta ceh i plasmidi possono essere usati come vettori di
DNA estraneo aprì la strada alla produzione di parecchi segmenti di DNA
identici detti cloni. Nel corso degli studi si scoprì che i virus che
infettano un ceppo di E. Coli, talvolta, non riescono ad infettarne altri.
Questa limitazione dell’infezione virale è dovuta alla presenza, nei batteri,di
particolari enzimi che tagliano le molecole estranee di DNA in piccoli
segmenti.Tali enzimi vennero chiamati enzimi di restrizione. Questi
tagliano le molecole estranee di DNA presso delle sequenze nucleotidiche
specifiche. Le sequenze sono dette sequenze di riconoscimento.
Oggi è possibile determinare queste
sequenze nucleotidiche, infatti dei brevi frammenti di DNA di differenti gruppi
possono essere separati tra di loro tramite elettroforesi su gel e poi
immagazzinati nelle banche dati. Poiché i gruppi di frammenti prodotti dai
diversi enzimi di restrizione si sovrappongono l’informazione ottenuta può
esser ricomposta come un puzzle per poi individuare l’intera sequenza di DNA.
Quando gli enzimi di restrizione tagliano i due filamenti con lo scarto di
alcuni nucleotidi alle estremità vi è una breve sequenza di nucleotidi spaiati.
Queste estremità sono dette coesive in quanto possono unirsi con altri
segmenti di DNA tagliati dallo stesso enzima; ciò avvine quando si formano dei
legami a idrogeno tra le basi complementari. Nel processo di ricucita è
necessario un enzima detto DNA-ligasi che unisce le estremità tagliate
di ciascun filamento. Poco dopo la scoperta dell’enzima di restrizione EcoRI, i
ricercatori isolarono un piccolo plasmide che rende i batteri resistenti ad uno
specifico antibiotico. Questo plasmide può essere tagliato dall’enzima EcoRI in
un unico sito perciò se viene tagliato un piccolo segmento di DNA estraneo
anch’esso tagliato dall’EcoRI può essere inserito nel plasmide . Ecco come
avviene la clonazione del DNA con enzima EcoRI. Questo enzima taglia il
plasmide lungo la sua sequenza di riconoscimento, lasciando così libere le due
estremità coesive. Un altro enzima EcoRI taglia una sequenza da un gene
estraneo. La sequenza si unisce al plasmide precedentemente tagliato, grazie
alle estremità coesive e all’intervento del DNA- ligasi che facilita l’unione
delle due estremità. Questi plasmidi vengono poi liberati in un ambiente in cui
stanno crescendo dei batteri e vengono incorporati in alcuni di essi. Quando le
cellule si moltiplicano anche i plasmidi si duplicano producendo enormi
quantità di copie. Poi i plasmidi vengono isolati all’interno della cellula e
trattati con l’enzima EcoRI per liberare le copie multiple del gene clonato.
Prima di poter manipolare un segmento di DNA, questo deve essere prima
localizzato. Oggi si hanno a disposizione diverse tecniche: l’ibridazione
dell’acido nucleico, ossia: molecole di DNA provenienti da fonti diverse
vengono riscaldate, i legami a idrogeno tra le basi si rompono e i filamenti si
separano. Se, mentre la soluzione si raffredda, si incontrano due filamenti con
sequenze complementari, essi formeranno una doppia elica ibrida. Si può anche
preparare una sonda incorporando un isotopo radioattivo in un breve segmento di
DNA o RNA a filamento singolo, oppure la sonda si può marcare attraverso
colorante fluorescente. La tecnologia del DNA ricombinante oggi viene applicata
in differenti tipi di ricerche. Un esempio ci è offerto dalla sintesi batterica
di proteine come la somatostatina. Questo ormone è costituito da 14
amminoacidi. Conoscendo gli amminoacidi si può conoscere la sequenza
nucleotidica del DNA che codifica per essa. Grazie a ciò sintetizza un gene
artificiale. Copie di questo gene vengono inserite nei plasmidi che portano i
geni per la resistenza ai farmaci, inoltre viene inserito, sempre nei plasmidi
una parte dell’operone lac. I plasmidi iniziano a moltiplicarsi, viene attivato
lìoperone lac con l’aggiunta di lattosio nel terreno di cultura. Infine tramite
un trattamento chimico di queste proteine si ottiene somatostatina pura.
Un’altra applicazione del DNA ricombiante è la diagnosi delle malattie
genetiche umane. Sono oggi a disposizione dei test attendibili, essi si basano
sull’utilizzo degli enzimi di restrizione o sonde di acidi nucleici. Ad
esempio, nella ricerca di un test per la diagnosi dell’anemia falciforme
vennero preparate delle copie radioattive di alcuni segmenti di DNA che
codifica per la catena b. Poi con l’enzima di
restrizione HpaI venne estratto del DNA sia da persone con emoglobina normale
sia da persone che avevano l’anemia falciforme. Vennero poi esposti alla sonda
radioattiva. Nelle persone con emoglobina sana la sonda si ibridava con un
frammento di DNA che aveva una lunghezza di 7000-7600 nucleotidi, mentre nella
maggior parte delle persone affette da anemia falciforme la sonda si ibridava
con un frammento molto più lungo. I RFLP( polimorfismi della lunghezza dei
frammenti di restrizione) sono il risultato di mutazioni che eliminano o modificano la sequenza di
riconoscimento per un enzima di restrizione. Sono essenziali perché le
variazioni ereditarie che avvengono nelle sequenze nucleotidiche del DNA di
individui diversi portano a differenti lunghezze dei frammenti prodotti dagli
enzimi di restrizione. Quando una tale mutazione è associata a un allele che
causa una malattia genetica, essa fornice un marcatore diagnostico per
quell’allele. Una grande varietà di tecniche è oggi usata per localizzare e
identificare i geni responsabili di varie malattie genetiche; recentemente sono
stai individuati i geni responsabili della corea di Huntington, quando saranno
determinate tutte le sequenze nucleotidiche, sarà possibile identificare e
caratterizzare la proteina codificata dal gene. Tutte queste ricerche, si
spera, ci forniranno risposte soddisfacenti sul normale sviluppo ed
invecchiamento del sistema nervoso. Sempre più successo ha il trasferimento di
geni tra cellule eucariote. Questi trasferimenti sono stati effettuati sia
nelle piante, sia negli animali. Per esempio, il gene per la beta-globina di
coniglio venne trasferito, usando come vettore un plasmide, in uova fecondate
di topi. I globuli rossi dei topi che si svilupparono da queste uova
contenevano la beta-globina di coniglio. Il fatto che il gene venisse espresso
solo nei globuli rossi dimostrava che era stato incorporato al posto giuto. Il
gene veniva inoltre trasferito alle generazioni seguenti secondo le leggi di
Mendel. Importanti traguardi sono stati raggiunti nelle piante e negli animali.
Nel caso della terapia genica umana invece subentrano questioni morali ed
etiche sulla possibilità di modificare il corso della storia dei geni. Molti
sforzi sono indirizzati verso la mappatura e la sequenziazione di tutto il DNA
delle cellule umane. Si sta lavorando su due fronti. Uno concentrato sulla
mappatura dei cromosomi umani. I lati per ottenere queste mappature possono
essere differenti: un metodo è quello di trovare geni con alleli numerosi ed
individuabili e documentare il loro tasso di ricombinazione negli incroci di
popolazione. E’ stata usata anche la tecnica del DNA ricombinate: sia con
l’analisi delle forme di RFLP per localizzare i marcatori, sia individuando i
siti presso cui gli specifici enzimi di restrizione tagliano il DNA di
particolari cromosomi. Il secondo metodo è interessato alla sequenziazione
dell’intero menoma. Inizialmente venne ritenuto un progetto dispendioso e
ripetitivo. Ma una svolta fondamentale venne dallo sviluppo della reazione a
catena della polimerasi. La data finale per la realizzazione del progetto è
stata fissata per il 2004. Sicuramente questo esperimento fornirà le risposte a
molti problemi, ma probabilmente ne farà nascer di nuovi. Tutte queste scoperte
sul DNA , e non solo, aprono un acceso dibattito, infatti no è semplice
stabilire fino a che punto è giusto effettuare esperimenti, e invece quando la
mente dello scienziato deve lasciare il posto a quella dell’uomo; cioè quando
si va contro la cultura della vita. A
mio parere tutte queste tecniche messe a punto dall’ingegneria genetica
dovrebbero essere usate solo per capire, e quindi curare, le malattie.
Dovrebbero invece esser interrotti tali studi quando ci si rende conto che si
va contro la vita. Quando non è più la voglia di conoscere per curare che
spinge gli scienziati, ma il desiderio di voler andare oltre, per vedere fino a
che punto riescono a superare se stessi e l’armonia della natura. Ad esempio,
la mappatura del DNA può essere molto importante per individuare dei geni che
determinano varie malattie, così da curare, allo stesso tempo però può esser
dannoso perché qualcuno potrebbe pensare di farsi “confezionare” un figlio su
misura con determinate caratteristiche fenotipiche.
TESTA MARIA IDA
CLASSE III SEZ.
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