Come ha modificato artificialmente il DNA di un organismo in un sistema di laboratorio?

Tutti gli esseri viventi hanno una serie di geni nel loro DNA che determinano le caratteristiche di ogni individuo. Dal colore dei capelli di uno Yorkshire Terrier al colore degli occhi di un pappagallo, l'altezza di una giraffa o il gusto di un mandarino, tutto è determinato dai geni.

L'insieme di geni che ogni essere vivente ha è noto come il suo genotipo e le caratteristiche osservabili che questi geni producono nell'individuo sono conosciute come loro Fenotipo.

Molte volte, gli scienziati sono interessati a modificare i geni nel DNA per ottenere un particolare fenotipo. In alcuni casi, questo fenotipo può essere la resistenza di una pianta a una peste o le dimensioni e il gusto di un frutto. Tuttavia, in altri casi questa modifica può cercare di curare una malattia ereditaria o persino il cancro.

Ma come fanno gli scienziati, i genetisti e i biologi molecolari per modificare artificialmente il DNA per raggiungere questi scopi? Lo fanno attraverso diverse tecniche di ingegneria genetica. Queste tecniche gli consentono di modificare il codice genetico o di inserire geni e altri pezzi di materiale genetico da un individuo a un altro.

Le tecniche più utilizzate sono:

• Mutazioni indotte mediante radiazione e da mutani chimici.
• Trasformazione.
• Trasfezione.
• Trasduzione.

Mutazioni indotte

Una mutazione è qualsiasi cambiamento nella normale sequenza di DNA. Questi possono verificarsi e, in effetti, si verificano naturalmente con meccanismi diversi quando le cellule sono divise o riprodotte, che è una delle forze che guida l'evoluzione negli esseri viventi.

Oltre ad accadere naturalmente, gli scienziati hanno scoperto anni fa che le mutazioni potrebbero essere indotte in laboratorio. Questo viene fatto attraverso agenti mutageni (generatori di mutazioni) fisico e chimico.

Le mutazioni indotte, come gli indigeni, si verificano completamente casualmente. Ciò significa che non possiamo controllare quale gene o quale particolare cellula subirà una mutazione, né quale particolare mutazione soffrirà.

Di conseguenza, quando i biologi vogliono sviluppare una pianta di siccità più resistente per combattere la fame nel mondo, ad esempio, ciò che di solito fanno è indurre mutazioni in milioni e milioni di cellule di quella pianta, con la speranza che una di queste cellule contenga i desideri desiderati mutazione. Quindi, quando lo ottengono, riproducono quella cella fino a ottenere una pianta completa.

Come accennato in precedenza, ci sono due principali classi di mutageni, fisici e chimici.

Mutazioni indotte da mutani fisici

Il mutagen fisico più usato in laboratorio per indurre mutazioni è la radiazione ionizzante. Questo ha la capacità di generare grandi cambiamenti nel DNA come:

• Delezioni o eliminazione di pezzi completi di DNA o pezzi di cromosomi.
• Investimenti dalla sequenza.
• Traslocazioni in cui un pezzo di cromosoma si sposta in un altro luogo diverso dalla sua posizione originale.

Mutazioni indotte per mezzo di mutani chimici

I mutani chimici sono sostanze chimiche che reagiscono con il DNA o che interferiscono nella loro replicazione generalmente producono cambiamenti specifici nella sequenza. Molte sostanze cancerogene come alcuni conservanti o coloranti artificiali sono mutageni chimici.

Trasformazione

Oltre alle mutazioni indotte, i biotecnologi e gli ingegneri genetici usano anche altre tecniche per modificare il DNA. Una di queste tecniche è la trasformazione, che consiste nel processo in cui un batterio assorbe il DNA di un altro batterio attraverso la sua parete cellulare.

La trasformazione non è utilizzata solo dagli scienziati per produrre batteri con caratteristiche genetiche speciali, ma è anche uno dei modi come batteri innocui o addirittura benefici come quelli che abbiamo nell'intestino vengono trasformati in batteri patogeni in grado di ammalarsi.

Trasfezione

Quando il processo di trasformazione sopra descritto viene effettuato negli animali, allora si chiama trasfezione. In altre parole, la trasfezione è il modo in cui i biotecnologi introducono il DNA estraneo alle cellule animali come le cellule umane.

Poiché le cellule animali non hanno la naturale capacità di assorbire il DNA dell'ambiente esterno, viene normalmente eseguito un processo chiamato elettroporazione, che genera grandi pori nella membrana cellulare attraverso il quale il DNA può entrare.

Trasduzione

La trasformazione e la trasfezione non sono modi molto efficienti per introdurre i geni in una cellula poiché il DNA è facilmente rotto quando è al di fuori della cellula. Per questo motivo, quando si desidera modificare il codice di un organismo, un sistema creato dalla natura viene solitamente usato per questo scopo: il virus.

I virus sono grandi complessi molecolari formati da proteine ​​e DNA o RNA. Esistono molti tipi diversi di virus che agiscono in modi diversi, ma il principio è sempre lo stesso: infettando una cellula, il virus introduce il suo DNA per costringere il macchinario cellulare a riprodurlo e tradurlo in particelle più virali.

La trasduzione è un processo di modifica genetica che sfrutta questa peculiarità dei virus, ma per introdurre il DNA che gli scienziati desiderano, anziché il DNA del virus.

Usando diverse tecniche di biologia molecolare, gli scienziati ottengono il guscio di un virus e introducono il DNA che vogliono includere nella cellula. Quindi, infettano la cellula con questo "virus" modificato.

Vaccini contro il coronavirus: un esempio di modifica genetica mediante trasduzione

Può sembrare strano pensare che milioni di persone abbiano ricevuto recentemente la terapia genetica, ma questo è vero in qualche modo. Questo perché alcuni dei vaccini che sono stati applicati e che continuano ad essere applicati per combattere la malattia prodotta dal coronavirus SARS-COV-2, il Covid-19, usano il principio di trasduzione per modificare geneticamente le cellule del paziente.

Esempi di questo sono i vaccini vettoriali virali come il vaccino Janssen, di Johnson e Johnson e il Chadox1 sviluppato tra l'Università di Oxford e la Compagnia di Astrazeneca del Regno Unito. Questo vaccino è stato prodotto usando il guscio di un virus scimpanzé in cui sono stati introdotti i geni prodotti dalle puya della corona del coronavirus.

Riferimenti

1. Associazione pediatrica spagnola. (2020, 14 dicembre). VACCINI VIRALE VECTOR: Chadox1 dell'Università di Oxford e Astrazeneca. Recuperato da https: // vaccunasaep.Org/Professionals/Notizie/Covid-Vacunas-Victor-Viral-Chadox1-Oxford-Astrazeneca
2. International Atomic Energy Association, IAEA. (S. F.). Induzione delle mutazioni nelle piante | Oiea. Recuperato da https: // www.IAEA.org/es/argomenti/induzione delle mutazioni
3. Medlineplus. (2021, 15 luglio). COVID-19 VACCINE, VIRAL VECTOR (JANSSEN [Johnson e Johnson]): Medlineplus Medicines. Recuperato da https: // medlineplus.Gov/spagnolo/druginfo/meds/a621007-es.Html
4. Novak, f. J., & Brunner, H. (1992). Phytotechnics: tecnologia di mutazione indotta per il miglioramento delle colture. Bollettino Oiea, 25-33. Recuperato da https: // www.IAEA.Org/Siti/Default/Files/34405682533_ES.PDF