Inginerie genetică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Un specimen de Caenorhabditis elegans , un vierme nematod , modificat cu o proteină bioluminiscentă pentru a evidenția nucleele tuturor celulelor

Termenul generic de inginerie genetică ( tehnologia ADN-ului recombinant mai adecvat) se referă la o ramură a biotehnologiei care constă dintr-un set foarte eterogen de tehnici care permit izolarea genelor , clonarea lor , introducerea lor într-un organism exolog (diferit de cel original gazdă) . [1] Aceste tehnici permit să ofere noi caracteristici celulelor destinatarilor. Celulele astfel produse se numesc recombinante. Ingineria genetică face posibilă, de asemenea, modificarea secvenței ADN a genei originale și producerea uneia mai potrivite pentru a satisface nevoile specifice, așa cum este cazul de exemplu în ceea ce privește OMG-urile .

Descriere

Primul pas în astfel de tehnici de manipulare a genelor a fost cu siguranță descoperirea enzimelor de restricție , pentru care Werner Arber , Daniel Nathans și Hamilton Smith au primit Premiul Nobel pentru medicină în 1978 . Procesul are loc în mai multe etape:

  • Extracția ADN din celulele eucariote și procariote;
  • fragmentarea moleculelor de ADN în segmente mai scurte;
  • identificarea și separarea diferitelor fragmente izolate în celulele gazdă, adesea diferite de celulele din care provine ADN-ul izolat.

Celulele gazdă cu genomuri manipulate pot exprima gene străine, se pot reproduce și pot acționa ca sisteme de amplificare a genelor.

Pentru a extrage ADN-ul, celulele trebuie descompuse prin tratarea lor cu substanțe litice și detergenți. Moleculele ADN, separate de amestecul de celule prin tehnici de purificare, sunt tăiate în fragmente mai mici. Pentru a face acest lucru, sunt utilizate enzime de restricție sau endonucleaze de restricție. Ele nu taie dubla helix la întâmplare, ci acționează în secvențe de nucleotide țintă prin crearea de capete lipicioase / coezive (care conțin secvențe de palindrom). Tăierea are loc prin hidroliză. Se obține un număr variabil de fire ADN de lungime variabilă, legate de prezența secvențelor țintă găsite în plasmide. Fragmentele de ADN plasmidic și fragmentele de ADN eucariot sunt legate între ele datorită secvențelor coezive cu intervenția ADN ligazei. Enzimele de restricție menționate anterior asociate cu o clasă de molecule cunoscute sub numele de ligase constituie primul kit adevărat de tehnologii de ADN recombinant . Această expresie este adesea utilizată pentru a însemna diferitele tehnici utilizate de ingineria genetică.

Cel mai corect termen pentru identificarea unui organism cu informații genetice de origine externă este organism transgenic . Organismele modificate genetic sau modificate genetic sunt, de asemenea, utilizate în limbajul comun.

Aplicații

Dacă dintr-un punct de vedere pur al cercetării, aceste tehnici sunt foarte importante pentru a înțelege pe deplin funcția unei proteine ​​date, scopul final este de a oferi anumitor organisme caracteristici importante pentru a îndeplini anumite scopuri. Aceste scopuri pot fi aplicate în cele mai variate domenii, precum cel agricol (de exemplu producția de linii de cereale rezistente la erbicide) sau cel biomedical (producția de insulină prin bacterii).

Inginerie genetică și cercetare

Deși încheierea Proiectului Genomului Uman a adus o adevărată revoluție în lumea științelor biologice, punând efectiv capăt erei genomicii , există încă numeroase provocări care așteaptă cercetarea în acest domeniu. Secvențierea întregului genom uman, pe lângă cel al multor alte specii vii, a făcut de fapt extrem de simplu, dacă nu chiar banal, obținerea de informații despre compoziția unei gene sau a unui segment de ADN: miliarde de nucleotide secvențiate până acum, de fapt, acestea sunt disponibile pe scară largă în baze de date pe internet .

Provocările post-genomice

Cea mai mare provocare cu care se confruntă cercetarea în acești ani de post-genomică constă în identificarea și caracterizarea produselor proteice ale fiecărei gene. Așa-numita proteomică , prin urmare, este o sarcină mult mai complexă, fiind mai puțin mecanică decât simpla secvențiere a ADN-ului. Reinterpretarea pe care a suferit-o dogma centrală a biologiei moleculare în ultimii ani complică lucrurile în continuare. De fapt, astăzi este clar că definiția clasică „o genă, un transcript, o proteină” pare cel puțin insuficientă, dacă nu greșită. De fapt, există numeroase gene care, atunci când sunt transcrise, suferă o îmbinare alternativă . Există numeroase transcrieri de ARN care nu sunt traduse singure. Nu există nici măcar un anumit număr de gene prezente în genomul uman: estimările propuse la sfârșitul secvențierii genomului (aproximativ 30-40.000 de gene) au fost reduse la aproximativ 25.000.

Din toate aceste motive, era post-genomică se specializează foarte mult. În plus față de proteomica menționată mai sus (care studiază proteomul , numărul incredibil de proteine ​​și interacțiunile lor), răspândesc transcriptomul , metabolomica și o mulțime de -omics (din originalul englezesc de terminare -omics ).

Rolul ingineriei genetice în post-genomică

Ingineria genetică este standardul de aur în cercetarea proteinelor de astăzi. Instrumentele de bază pe care le pune la dispoziție includ următoarele.

  • Studii privind pierderea funcției (din engleză, pierderea funcției ). Acestea sunt experimente, denumite generic knock-out , care permit proiectarea unui organism în așa fel încât să elimine activitatea unei anumite gene. Acest lucru ne permite să studiem defectul cauzat de această mutație și poate fi util ca screening inițial pentru funcția unei gene. Este adesea folosit în biologia dezvoltării . Un experiment knock-out este creat prin manipularea in vitro a unui construct ADN care, în versiunile de bază ale unui experiment knock-out, constă din gena de interes suficient de modificată pentru a-și pierde funcția originală. Această construcție poate fi apoi inserată într-o celulă cultivată , în cadrul căreia va putea înlocui versiunea originală (numită tip sălbatic ) a genei. Dacă celulele care primesc acest construct sunt celule stem , acestea pot fi inserate într-un blastocist , care la rândul său este introdus în uterul mamelor surogat. Cu această tehnică, numită Transfer de celule stem embrionare (din engleză, transfer de celule stem embrionare ), este posibil să se creeze un organism transgenic . O metodă mai simplă de screening knock-out, care totuși poate fi aplicată doar animalelor mai puțin complexe, constă în inducerea mutațiilor aleatorii la o populație foarte mare (de exemplu, Drosophila melanogaster , musca fructelor). Descendenții vor fi analizați îndeaproape în căutarea mutației care urmează să fie studiată. Această metodă este utilizată în prezent pentru organismele unicelulare, în special procariote și, uneori, pentru plante .
  • Câștig de studii funcționale (din engleză, achiziție funcție ). Acesta este omologul logic al producției knock-out. Acestea sunt adesea efectuate împreună cu knock-out-uri pentru a evalua mai fin funcția genelor luate în considerare. Procedurile care sunt efectuate pentru a introduce un câștig de mutație funcțională sunt foarte similare cu cele utilizate pentru a produce knock-out-uri. În acest caz, construcția va aduce cu sine câteva trucuri pentru a crește expresia proteinei (cum ar fi un promotor puternic).
  • Studii cu trasoare . Acestea permit identificarea exactă a localizării și interacțiunii proteinei examinate. O metodă de realizare a acestui lucru este prin înlocuirea genei de tip sălbatic cu o genă de fuziune, care conține gena fuzionată original cu o terminație vizibilă de operator. Un exemplu de astfel de terminații vizibile este GFP (Green Fluorescent Protein English, protein fluorescent verde). Această proteină este foarte utilă deoarece permite în majoritatea cazurilor o funcționare corectă a proteinei originale cu care este fuzionată: una dintre principalele probleme asociate cu acest tip de tehnică constă în instabilitatea majorității proteinelor de fuziune. Dorința operatorului în acest tip de test, de fapt, este de a urmări proteina, nu de a-i modifica parametrii structurali și funcționali. O strategie în curs de dezvoltare pentru a îmbunătăți stabilitatea produselor de fuziune este posibilitatea de a produce cozi ușor de recunoscut prin administrarea de anticorpi .

Aplicații industriale

Primul medicament obținut prin proiectarea unui sistem viu (bacterian) a fost insulina , aprobat de Food and Drug Administration (FDA) în 1982 . Hormonul de creștere uman , extras anterior din cadavre, a fost, de asemenea, rapid conceput. În 1986, FDA a aprobat primul vaccin uman recombinant împotriva hepatitei B. Producția industrială de medicamente folosind sisteme de viață ca bioreactoare sa răspândit pe scară largă, devenind în prezent modalitatea preferată de sinteză a numeroase medicamente, în special datorită costului de producție relativ scăzut.

Producția de molecule prin sisteme biologice este acum exploatată pe scară largă și în industria alimentară: pentru producția de alimente nutraceutice , care este îmbogățită cu unele molecule, este posibil să se utilizeze sisteme biologice modificate ale speciilor de plante și animale.

Notă

Bibliografie

  • Lewin B., Gena . (Ediție compactă), Bologna, Zanichelli, 2006
  • Griffiths A., Wessler S., Lewontin R., Gelbart W., Suzki D., Miller J., Genetică. Principiile analizei formale , Bologna, Zanichelli, 2006
  • Brown T., Genomi , Napoli, Edises, 2003
  • Dale J., Von Schantz M., De la gene la genomi , Napoli, Edises, 2004
  • Ceccarelli M., Colantuoni V., Graziano G., Rampone S., Bioinformatics. Provocări și perspective , Franco Angeli, Milano, 2006
  • Prantera G., Genetică. De la analiza formală la genomică , McGraw-Hill Companies, 2008

Diseminare de texte despre genomică și postgenomică

  • Keller EF, The century of the gene , Milano, Garzanti, 2000
  • Boncinelli E., Genomul: marea carte a omului , Milano, Mondadori, 2001
  • Buiatti S., The living state of matter , Turin, UTET, 2000
  • De Bernardo M., Dialegesthai. Seria de cercetări filosofice , Aracne, 2007 (Pentru o revizuire a doctrinei monodiene a morfogenezei autonome în lumina noilor scenarii deschise de post-genomică)
  • Polsinelli M., De Carli L., Fani R., De la genetica clasică la genomică , Carocci, 2008

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 39858 · LCCN (EN) sh85053855 · GND (DE) 4071722-7 · BNF (FR) cb119581948 (dată) · BNE (ES) XX528379 (dată) · NDL (EN, JA) 00.575.253