Il DNA: Il DNA: dalla scoperta alla manipolazionedalla scoperta alla manipolazione

Presentazione di:

Enrica Rondolotto

Mario Lombardo

SCOPERTASCOPERTA

PROGETTO

GENOMA

PROGETTO

GENOMA

APPLICAZIONI

DELLE

BIOTECNOLOGIE

APPLICAZIONI

DELLE

BIOTECNOLOGIE

MANIPOLAZIONEMANIPOLAZIONE

STRUTTURASTRUTTURA

DNADNA

Scoperta DNA1928 ESPERIMENTO DI GRIFFITH CON PNEUMOCOCCHI SCOPERTA DEL “FATTORE TRASFORMANTE”RESPONSABILE DELLA VARIAZIONE EREDITARIA1944 IDENTIFICAZIONE DEL FATTORE TRASFORMANTE COME DNA1952 ESPERIMENTO CON BATTERIOFAGI FATTO DAI BIOLOGI HERSHEY E CHASE: IL DAN E’ RESPONSABILE DELLA TRASMISSIONE EREDITARIA1950 STUDI DI DIFFRAZIONE DEI RAGGI X SU MICROCRISTALLI DI DNA , IMPORTANTI INFORMAZIONI SULLA STRUTTURA A ELICA.1953 WATSON E CRICK FORNISCONO IL MODELLO SPAZIALE DI QUESTA IMPORTANTE MOLECOLA . NASCE LA BIOLOGIA MOLECOLARE

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Struttura del DNA

L’Acido DesossiriboNucleico è un polimero i cui monomeri sono detti nucleotidi.

Ogni nucleotide è formato da una base azotata legata ad uno zucchero a cinque atomi di carbonio a sua volta legato ad un gruppo fosforico.

Le basi azotate sono:adenina, guanina,

timina e citosina,

Il gruppo fosforico lega, attraverso un ponte

fosfato, il ribosio di un nucleotide con quello del

nucleotide adiacente.

La catena che ne deriva si fissa automaticamente, in modo complementare,

ad una seconda catena parallela, per mezzo delle

basi azotate

Si ottiene quindi una doppia elica avvolta a

spirale

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L’Art.3 del DL 92 del 3-3-93 definisce l’OGM come un “organismo il cui materiale genetico è stato modificato in modo diverso da quanto si verifica in natura mediante incrocio o con la ricombinazione naturale”.

Gli OGM sono organismi le cui caratteristiche genetiche sono state manipolate in laboratorio e possono essere virus, batteri, funghi, piante ed animali.

Il codice genetico è universale. Un gene può essere introdotto nel DNA di una cellula e si ottiene la sintesi della proteina da esso codificata.

Il segmento di DNA introdotto può provenire da organismi totalmente differenti (tecnologia del DNA ricombinante) e dona, all’organismo ricevente, le caratteristiche volute.

Tutta la discendenza dell’OGM erediterà le caratteristiche selezionate.

modificazioni genetiche più richieste dal mercato

qualità dei prodotti

20%

altro13%

tolleranza agli erbicidi

35%

resistenza ai funghi

3%

resistenza agli insetti

18%

resistenza ai virus

11%

OGM: CAMPI DI APPLICAZIONE• Settore biomedico

• Settore agroalimentare

• Altre applicazioni

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OGM – biodiversità: quali ipotizzabili ricadute

negative sugli ecosistemi ?

Piante modificate per la resistenza agli erbicidi

creazione di piante molto competitive;imprevedibili alterazioni delle comunità al suolo;ibridazione con specie della flora autoctona;

Piante modificate per la produzione di molecole insetticide

Influenza su organismi non bersaglio

Quali ipotizzabili ricadute ambientali positive ?

(fonte Monsanto) 1928 ESPERIMENTO DI GRIFFITH CON PNEUMOCOCCHI ,SCOPERTA DEL “FATTORE TRASFORMANTE”RESPONSABILE DELLA VARIAZIONE EREDITARIA 1944 IDENTIFICAZIONE DEL FATTORE TRASFORMANTE COME DNA 1952 ESPERIMENTO CON BATTERIOFAGI FATTO DAI BIOLOGI HERSHEY E CHASE: IL DAN E’ RESPONSABILE DELLA TRASMISSIONE EREDITARIA 1950 STUDI DI DIFFRAZIONE DEI RAGGI X SU MICROCRISTALLI DI DNA , IMPORTANTI INFORMAZIONI SULLA STRUTTURA A ELICA. 1953 WATSON E CRICK FORNISCONO IL MODELLO SPAZIALE DI QUESTA IMPORTANTE MOLECOLA . NASCE LA BIOLOGIA MOLECOLARE

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19701970 Si isola la prima endonucleasi di restrizione.

19781978 La Genentech produce insulina umana in E. coli.

19801980 La corte suprema americana sancisce il diritto di brevettare OGM.

19821982 L’Europa consente l’impiego del primo vaccino di origine animale prodotto l’uso del DNA ricombinante.

19961996 Le vendite negli USA dell’eritropoietina ricombinante superano i 1600 miliardi di lire.

19961996 Si determina la sequenza genetica completa di S. cervisiae.

19971997 Clonazione nucleare di un mammifero, pecora, a partire dal nucleo di una cellula differenziata.

Gene di interesse

Sito di attacco dell’enzima di restrizione a monte del gene

Sito di attacco dell’enzima di restrizione a valle del gene

terminatorepromotore

Identificazione ed isolamento del gene che codifica per un determinato carattere. Uso di endonucleasi di restrizione.

Tecnica dell’Agrobacterium tumefaciensTecnica dell’Agrobacterium tumefaciens

Gene d’interesse.

Le cellule morte vengono scartate.

Le cellule vive vengono prelevate.

Aggiunta dell’antibiotico

Il gene d’interesse viene inserito all’interno del plasmide vettore Ti di Agrobacterium tumefaciens. Selezione delle cellule di Agribacterium tumefaciens che hanno integrato il plasmide corretto sopravvivono dopo l’aggiunta di antibiotico di cui il gene marcatore conferisce resistenza.

Taglio con gli enzimi di restrizione nei siti preposti all’inserimento del gene d’interesse.

La popolazione mondiale è in continua crescita. Si prevede che nel 2030 ci saranno 10 miliardi di abitanti (Monsanto).

Diminuiscono le estensioni di terre coltivabili per soddisfare la continua domanda di derrate alimentari.

Strategie escogitata dalle multinazionali per risolvere questo problema:

Con le biotecnologie si può triplicare i raccolti senza ulteriori estensioni dei campi. Non si distruggerebbero più foreste ed habitat.

Si limiterebbe l’uso di biopesticidi ed erbicidi. Si potrebbero produrre colture geneticamente modificate che non necessitano di un elevato apporto di acqua.

Vaccini sintetizzati direttamente nei frutti che possono essere assunti senza alcuna cottura per evitarne il deterioramento, ciò può servire per immunizzare le popolazioni del Terzo mondo contro alcune malattie.

Cellule vive modificate Piante transgeniche

Selezione delle cellule vegetali che hanno integrato correttamente il gene d’interesse. Queste possono essere identificate in modo indiretto utilizzando l’espressione specifica di alcuni geni detti geni reporter.

Rigenerazione delle piante dalle cellule selezionate: le piante che crescono esprimono il carattere trasferito tramite il gene d’interesse.

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Decifrazione del codice genetico umano: migliore conoscenza delle malattie e migliore efficacia delle medicine.

Migliore conoscenza delle funzioni genetiche: diversi approcci nella terapia di alcune malattie (sostituzione di un gene che funziona male).

Trattamenti mirati dei tumori maligni (virus inattivato che reca un gene per una tossina letale per le cellule neoplastiche).

Studio più approfondito della rigenerazione di tessuti danneggiati, o di organi (cellule staminali manipolate fatte differenziare in vitro, utilizzate nei trapianti).

Accrescimento della resistenza verso agenti patogeni tramite lo sviluppo di nuovi anticorpi.

Animali transgenici

SSttrraatteeggiiaa ggeenneerraallee:: I niezione del gene selezionato nel nucleo di un uovo f ertilizzato. Le uova f ertilizzate inoculate si impiantano in una f emmina recettiva. Una parte della progenie che origina dalle uova impiantate reca il gene clonato

nelle proprie cellule. I ncrocio degli animali transgenici che recano il gene clonato nella propria

linea germinale, si stabiliscono nuove linee genetiche.

I topi transgenici: metodologia

Si può introdurre il DNA estraneo nei topi mediante diverse tecniche: Vettori retrovirali (inconvenienti: si possono trasf erire piccoli tratti di DNA

di circa 8 kb, contaminazione retrovirale). Microiniezione del DNA estraneo nel pronucleo maschile nell’ovulo f econdato,

prima che avvenga la cariogamia. I ntroduzione del DNA nelle cellule staminali.

MMeettooddoo ddeell ttrraassffeerriimmeennttoo nnuucclleeaarree ((ppeeccoorraa DDoollllyy)) Epitelio mammario

Ovulo

Prelievo del nucleo

Dispersione in coltura

Prelievo di una cellula

Fusione

Coltura in vitro dell’embrione

Impianto in una madre adottiva

Pecora clonata

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Fonti bibliograficheFonti bibliografiche

- Campbell, Michell, Reece

“Immagini della biologia” ed. Zanichelli

- Aldo Zullini – Francesca Sparvioli

“Biologia dalla molecole all’ecosistema”

Ed. Atlas

- Appunti al corso di aggiornamento sulle biotecnologie

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