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Tecnologia misteriosa di inserimento genico: in che modo gli scienziati modificano con precisione il DNA?
Lo sviluppo della tecnologia dell'ingegneria genetica ha reso possibile modificare i genomi di animali e piante. Gli scienziati possono inserire, eliminare e modificare i geni in vari modi. Dietro questa capacità ci sono anni di ricerca sulla funzione genetica e sulla sua manipolazione. Con il rapido progresso della tecnologia genetica, gli scienziati sono in grado di eseguire con precisione operazioni di modifica, il che porta un'immaginazione illimitata al futuro sviluppo scientifico e agricolo.
Creare un organismo transgenico o modificato richiede l'esecuzione rigorosa di più passaggi, dalla selezione del gene all'isolamento e all'incorporazione in un vettore appropriato, che viene quindi utilizzato per inserire il gene nel genoma ospite.
L'ingegneria genetica si basa su diverse scoperte scientifiche, tra cui gli enzimi di restrizione, le ligasi del DNA e lo sviluppo della reazione a catena della polimerasi (PCR) e delle tecnologie di sequenziamento. Questi strumenti consentono di manipolare i geni non solo in modo efficiente ma anche con precisione. Rispetto alla vecchia tecnologia di inserimento casuale, la tecnologia moderna può individuare con maggiore precisione la posizione di inserimento e ridurre gli effetti collaterali non necessari.
Tradizionalmente, gli scienziati si affidano a tecnologie come le meganonucleasi e le nucleasi a dita di zinco che hanno reso il processo di inserimento genetico complesso e difficile da controllare. Dal 2009, la precisione proposta da TALEN e dal sistema Cas9 basato su CRISPR ha notevolmente migliorato tutto questo, migliorando significativamente l’accuratezza e l’efficienza dell’editing genetico.
La storia dell'ingegneria genetica
La manipolazione dei geni da parte dell'uomo può essere fatta risalire alla selezione artificiale nell'antica agricoltura. Già nel 12.000 a.C. gli uomini avevano cominciato a provocare cambiamenti genetici nelle piante e negli animali attraverso la selezione artificiale. Nel corso del tempo, la nostra comprensione del funzionamento dei geni si è gradualmente approfondita, comprese le prime leggi mendeliane dell’ereditarietà e l’importante scoperta nel 1944 che il DNA era riconosciuto come materiale genetico.
Risalenti al 1865, i primi risultati sperimentali pubblicati da Mendel rivelarono le leggi dell'eredità genetica e aprirono l'era della genetica moderna.
Il progresso scientifico e tecnologico del 20° secolo ha ulteriormente promosso lo sviluppo della genetica, come la scoperta delle endonucleasi di restrizione e delle ligasi del DNA, che hanno aperto la strada alla tecnologia del DNA ricombinante, che può non solo unire i geni, ma anche formare nuovi geni quelli. Successivamente, Kary Mullis sviluppò la tecnologia PCR nel 1983, consentendo agli scienziati di amplificare in modo rapido ed efficiente specifici frammenti di DNA e di analizzarli e modificarli ulteriormente.
Seleziona i geni target
Prima di eseguire l'editing genetico, è necessario determinare il gene target da inserire. Il processo è spesso guidato dalle esigenze specifiche degli scienziati per l'organismo bersaglio. Ciò può coinvolgere solo uno o due geni o un percorso biosintetico più complesso. Dopo aver identificato i geni, gli scienziati possono inserire geni di diversi organismi nei batteri per conservarli e modificarli.
I ricercatori identificano i migliori geni candidati attraverso lo screening e il confronto dei geni, promuovendo così l'analisi e l'estrazione dei geni e fornendo supporto per gli esperimenti successivi.
Ad esempio, per gli organismi che in genere non sono soggetti a mutazioni, gli scienziati potrebbero scegliere individui con mutazioni naturali da esplorare più a fondo. Lo screening del gene bersaglio determinerà ulteriormente la sua somiglianza con geni noti in base alla sua funzione, selezionando così il gene da inserire. Con i progressi nel campo della genomica, i microarray e il sequenziamento del genoma hanno reso lo screening significativamente più efficiente e più semplice.
Tecnologia di manipolazione genetica
Ogni processo di ingegneria genetica comporta una precisa modifica del DNA. Innanzitutto, gli scienziati devono estrarre il DNA dalle cellule, un processo che in genere si basa su metodi chimici per rompere le cellule e utilizza metodi come la centrifugazione per separare il DNA da altri componenti cellulari. Dopo l'estrazione, il gene bersaglio deve essere separato, solitamente con l'aiuto di endonucleasi di restrizione per tagliarlo gradualmente in piccoli frammenti.
Nell'effettiva estrazione e modifica dei geni, i ricercatori utilizzano l'RNasi e altri enzimi per eseguire continuamente operazioni precise per garantire che i frammenti di DNA ottenuti siano completi e non danneggiati, seguiti da screening e clonazione multipli.
In questo processo, per consentire un'espressione efficace del gene inserito, è solitamente necessario aggiungere regioni promotore e terminatore al gene costruito. Questi elementi aggiuntivi aiutano a regolare l’espressione e la funzione dei geni. Una volta che il gene è stato costruito, deve essere inserito nel genoma ospite, un processo che utilizza tecniche diverse a seconda del tipo di organismo preso di mira.
Prospettive future
Lo sviluppo nel campo dell'ingegneria genetica ha aperto un nuovo capitolo nella biotecnologia. Dalle piante transgeniche alla creazione di modelli animali, la tecnologia di editing genetico è stata ampiamente utilizzata in agricoltura, medicina, scienze ambientali e altri campi. Con il miglioramento della tecnologia, possiamo aspettarci di vedere in futuro nuove scoperte nel campo dell’ingegneria genetica?
