Tecnologia del DNA ricombinante
Tecnologia del DNA ricombinante
Tutti gli organismi della Terra si sono evoluti da un antenato comune, quindi tutti gli organismi usano il DNA come molecola dell’eredità. A livello chimico, il DNA è lo stesso sia che sia preso da un batterio microscopico o da una balena blu. Di conseguenza, il DNA di diversi organismi può essere “tagliato e incollato” insieme, dando origine al “DNA ricombinante”. La prima molecola di DNA ricombinante fu prodotta nel 1972 dal ricercatore di Stanford Paul Berg. Berg unì frammenti di DNA di due diversi virus con l’aiuto di particolari enzimi: enzimi di restrizione e ligasi. Gli enzimi di restrizione (come EcoR1 nella figura qui sotto) sono come “forbici molecolari” che tagliano il DNA in sequenze specifiche. Se il DNA proveniente da fonti diverse viene tagliato con lo stesso enzima di restrizione, le estremità tagliate possono essere unite e poi sigillate in un filo di DNA continuo dall’enzima ligasi. Nel 1973, il primo organismo a contenere DNA ricombinante fu ingegnerizzato da Herb Boyer (UCSF) e Stanley Cohen (Stanford University). Insieme introdussero un gene di resistenza agli antibiotici nei batteri E.coli. In particolare, hanno anche prodotto batteri che contenevano geni del rospo Xenopus laevis, dimostrando che il DNA di specie molto diverse poteva essere giuntato insieme. Paul Berg ha ricevuto il premio Nobel per la chimica nel 1980 “per i suoi studi fondamentali sulla biochimica degli acidi nucleici, con particolare riguardo al DNA ricombinante”.
La capacità di tagliare, incollare e copiare molecole di DNA non è stata solo un momento di svolta per la ricerca scientifica, ma ha generato un’intera industria costruita sull’ingegneria genetica. Genetech, la prima azienda di biotecnologia, fu fondata da Herb Boyer nel 1976. Nel 1982, la FDA approvò il primo prodotto di successo di Genetech, una forma sintetica di insulina umana prodotta da batteri ingegnerizzati per contenere il gene dell’insulina.
Oggi la tecnologia del DNA ricombinante è ampiamente utilizzata nei laboratori di ricerca di tutto il mondo per esplorare una miriade di domande sulla struttura del gene, la funzione, il modello di espressione, la regolazione e molto altro. Un’applicazione ampiamente utilizzata coinvolge l’ingegneria genetica di animali “knock-out” (in genere topi) per contenere una forma non funzionale di un particolare gene di interesse. L’obiettivo di tali esperimenti è quello di determinare la funzione del gene analizzando le conseguenze del gene mancante. Mentre i topi knockout sono generati per rispondere a domande in molti campi diversi, sono particolarmente utili in biologia dello sviluppo e hanno portato alla comprensione di alcuni dei geni essenziali coinvolti nello sviluppo di un organismo da un singolo uovo fecondato.
Le tecniche del DNA ricombinante sono anche una pietra miliare dell’industria biotecnologica. Un esempio è la generazione di piante geneticamente modificate per produrre una tossina per insetti chiamata tossina Bt. Il gene Bt deriva da un batterio chiamato Bacillus thuringiensis e produce una tossina che interrompe la funzione intestinale nelle larve (bruchi) di alcuni insetti che sono parassiti delle colture. Il gene che produce la tossina Bt viene introdotto in tali piante tramite la tecnologia del DNA ricombinante, e risulta nell’uccisione selettiva degli insetti che si nutrono di colture. Questo sviluppo ha avuto un grande impatto economico e ha ridotto le spese di pesticidi usati all’anno e ha aumentato la longevità e il successo di diverse colture.
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