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Dalla duplicazione genetica al cancro: come influiscono le amplificazioni sulla nostra salute?
In biologia molecolare, un frammento amplificato (amplicone) si riferisce a un segmento di DNA o RNA. Questo segmento genetico è la fonte o il prodotto di un evento di amplificazione o replicazione. La formazione di frammenti amplificati può essere artificiale, ad esempio utilizzando la reazione a catena della polimerasi (PCR) o la reazione a catena della ligasi (LCR), oppure può essere causata dalla duplicazione naturale del gene. In questo contesto, l'amplificazione si riferisce al processo di produzione di una o più copie, in particolare di frammenti amplificati.
La presenza di frammenti amplificati ha importanti applicazioni nella ricerca, nella medicina legale e nella medicina, tra cui il rilevamento e la quantificazione di malattie infettive, l'identificazione di resti umani e l'estrazione di genotipi dai capelli umani.
Le duplicazioni dei geni naturali svolgono un ruolo chiave nell'evoluzione e sono associate allo sviluppo di numerosi tumori umani, tra cui il linfoma primario a cellule B del mediastino e il linfoma di Hodgkin. In questo contesto, i frammenti amplificati possono riferirsi sia a frammenti di DNA cromosomico che sono stati tagliati, amplificati e reinseriti nel genoma, sia a frammenti di DNA extracromosomico noti come doppi minuti, ciascuno dei quali può essere composto da uno o più geni .
L'amplificazione dei geni codificati in questi frammenti amplificati solitamente aumenta la trascrizione di questi geni, portando infine ad un aumento della produzione delle proteine associate.
Struttura del frammento amplificato
In generale, la struttura dei frammenti amplificati può essere una sequenza genetica ripetuta direttamente (testa-coda) o ripetuta invertita (testa-testa o coda-coda) e può essere una struttura lineare o circolare. I frammenti amplificati circolari sono composti da ripetizioni invertite imperfette, un fenomeno che si ritiene abbia origine da frammenti amplificati lineari precursori. La lunghezza dei frammenti amplificati durante l'amplificazione artificiale è determinata dallo scopo dell'esperimento.
Tecniche per amplificare i frammenti
Grazie allo sviluppo di metodi di amplificazione, come la reazione a catena della polimerasi (PCR), l'analisi dei frammenti amplificati è diventata possibile. Inoltre, con l’avvento di tecnologie di sequenziamento genetico più economiche e ad alto rendimento, come il famoso sequenziamento dei semiconduttori Ion Torrent, queste tecnologie consentono uno studio più approfondito dei frammenti amplificati nella biologia del genoma e nella ricerca genetica.
Utilizzando il gene rRNA 16S, gli scienziati possono classificare i batteri confrontando la sequenza del frammento amplificato con sequenze note, e questo vale anche per il gene rRNA 18S e la regione non codificante ITS1 nel dominio fungino.
Qualunque sia il metodo scelto per amplificare il frammento amplificato, è necessario utilizzare una tecnica per quantificare il prodotto amplificato. Queste tecniche includono tipicamente una fase di acquisizione e una fase di rilevamento, sebbene l'implementazione specifica di queste fasi dipenda dal singolo metodo di rilevamento. Ad esempio, l’Amplicor HIV-1 Monitor Assay (RT-PCR) identifica l’HIV nel plasma e l’HIV-1 QT (NASBA) viene utilizzato per misurare la carica virale nel plasma amplificando frammenti di HIV RNA.
Applicazione di frammenti amplificati
La tecnologia PCR può essere utilizzata per rilevare il genere da campioni di DNA umano. I siti di inserimento degli elementi in alluminio vengono selezionati per l'amplificazione e la valutazione delle dimensioni, mentre la determinazione del sesso utilizza AluSTXa e AluSTYa sui cromosomi X e Y per ridurre la possibilità di errore. Il cromosoma inserito produce frammenti più grandi quando amplificato. I maschi mostreranno due frammenti di amplificazione del DNA, mentre le femmine ne avranno solo uno.
Nella diagnosi della tubercolosi, la tecnologia LCR prenderà di mira la sequenza contenente l'antigene proteico B, utilizzando quattro primer oligonucleotidici, due per il filamento senso e due per il filamento antisenso. Questi primer si legano in stretta prossimità tra loro per formare porzioni di DNA a doppio filamento che, una volta isolate, possono essere bersaglio di future replicazioni e il prodotto può essere rilevato mediante un test immunoenzimatico a microparticelle (MEIA).
Man mano che lo studio dei frammenti amplificati progredisce, la nostra comprensione dei geni continua ad aumentare. In futuro, quali nuovi cambiamenti ci saranno nell'applicazione dei frammenti amplificati nel trattamento delle malattie e nella comprensione dei processi evolutivi? Ci aiuterà a trovare più risposte ai misteri della salute?
