Modificazione genetica: definizione, tipi, processo, esempi

UN gene, da un punto di vista biochimico di base, è un segmento di acido desossiribonucleico (DNA) all'interno di ogni cellula di un organismo che porta il codice genetico per assemblare un particolare prodotto proteico. A un livello più funzionale e dinamico, i geni determinano cosa sono gli organismi – animali, piante, funghi e persino batteri – e in cosa sono destinati a svilupparsi.

Mentre il comportamento dei geni è influenzato da fattori ambientali (ad es. nutrizione) e persino da altri geni, la composizione del tuo materiale genetico detta in modo schiacciante quasi tutto su di te, visibile e invisibile, dalle dimensioni del tuo corpo alla tua risposta agli invasori microbici, agli allergeni e ad altri agenti esterni.

La capacità di cambiare, modificare o ingegnerizzare i geni in modi specifici introdurrebbe quindi l'opzione di essere in grado di creare organismi squisitamente su misura, inclusi gli esseri umani, utilizzando determinate combinazioni di DNA note per contenere determinate geni.

Il processo di alterazione di un organismo genotipo (in parole povere, la somma dei suoi geni individuali) e quindi il suo "progetto" genetico è noto come modificazione genetica. Chiamato anche Ingegneria genetica, questo tipo di manovra biochimica si è spostata dal regno della fantascienza alla realtà negli ultimi decenni.

Gli sviluppi associati hanno suscitato entusiasmo sia per la prospettiva di migliorare la salute umana e la qualità della vita sia una serie di questioni etiche spinose e inevitabili su vari fronti.

Modificazione genetica è qualsiasi processo mediante il quale i geni vengono manipolati, modificati, cancellati o adattati al fine di amplificare, modificare o regolare una certa caratteristica di un organismo. È la manipolazione dei tratti a livello assoluto della radice – o cellulare.

Considera la differenza tra acconciare regolarmente i capelli in un certo modo ed essere effettivamente in grado di controllare il colore, la lunghezza e il disposizione generale (ad esempio, liscio o riccio) senza utilizzare prodotti per la cura dei capelli, affidandosi invece a dare componenti invisibili del tuo istruzioni del corpo su come ottenere e garantire un risultato estetico desiderato, e si acquisisce un'idea di cosa sia la modificazione genetica di.

Poiché tutti gli organismi viventi contengono DNA, l'ingegneria genetica può essere eseguita su qualsiasi organismo, dai batteri alle piante agli esseri umani.

Mentre leggi questo, il campo dell'ingegneria genetica sta fiorendo con nuove possibilità e pratiche nei settori dell'agricoltura, della medicina, della produzione e di altri regni.

È importante comprendere la differenza tra il cambiamento letterale dei geni e il comportamento che sfrutta un gene esistente.

Molti geni non operano indipendentemente dall'ambiente in cui vive l'organismo genitore. Abitudini alimentari, stress di vario genere (es. malattie croniche, che possono avere o meno una propria base genetica) e altro gli organismi con cui si confrontano abitualmente possono influenzare l'espressione genica o il livello al quale i geni vengono utilizzati per produrre i prodotti proteici per i quali codice.

Se provieni da una famiglia di persone geneticamente predisposte ad essere più alte e più pesanti della media, e aspiri a una carriera atletica in uno sport che favorisce forza e dimensioni come il basket o l'hockey, puoi sollevare pesi e mangiare una quantità consistente di cibo per massimizzare le tue possibilità di essere grande e forte come possibile.

Ma questo è diverso dal poter inserire nel proprio DNA nuovi geni che garantiscono virtualmente un livello prevedibile di crescita muscolare e ossea e, in definitiva, un essere umano con tutti i tratti tipici di a star dello sport.

Esistono molti tipi di tecniche di ingegneria genetica e non tutte richiedono la manipolazione del materiale genetico mediante sofisticate apparecchiature di laboratorio.

Infatti, qualsiasi processo che implichi la manipolazione attiva e sistematica dell'attività di un organismo pool genico, o la somma dei geni in qualsiasi popolazione che si riproduce per allevamento (cioè sessualmente), si qualifica come ingegneria genetica. Alcuni di questi processi, ovviamente, sono davvero all'avanguardia della tecnologia.

Selezione artificiale: Chiamata anche selezione semplice o allevamento selettivo, la selezione artificiale è la scelta di organismi genitori con un genotipo noto a produrre prole in quantità che non si verificherebbero se la natura da sola fosse l'ingegnere, o come minimo si verificherebbe solo in un tempo molto più lungo bilancia.

Quando gli agricoltori o gli allevatori di cani selezionano quali piante o animali allevare per assicurare alla prole una certa sicurezza caratteristiche che gli esseri umani trovano desiderabili per qualche motivo, praticano una forma quotidiana di genetica modifica.

Mutagenesi indotta: Questo è l'uso di raggi X o sostanze chimiche per indurre mutazioni (cambiamenti non pianificati, spesso spontanei del DNA) in geni specifici o sequenze di DNA di batteri. Può portare alla scoperta di varianti geniche che hanno prestazioni migliori (o, se necessario, peggiori) rispetto al gene "normale". Questo processo può aiutare a creare nuove "linee" di organismi.

Le mutazioni, sebbene spesso dannose, sono anche la fonte fondamentale della variabilità genetica nella vita sulla Terra. Di conseguenza, inducendoli in gran numero, pur certi di creare popolazioni di organismi meno adatti, anche aumenta la probabilità di una mutazione benefica, che può quindi essere sfruttata per scopi umani utilizzando ulteriori tecniche.

Vettori virali o plasmidici: Gli scienziati possono introdurre un gene in un fago (un virus che infetta i batteri o i loro parenti procarioti, gli Archaea) o un plasmide vettore, quindi posizionare il plasmide o il fago modificato in altre cellule per introdurre il nuovo gene in quelle cellule.

Le applicazioni di questi processi includono l'aumento della resistenza alle malattie, il superamento della resistenza agli antibiotici e migliorare la capacità di un organismo di resistere a fattori di stress ambientali come temperature estreme e tossine. In alternativa, l'uso di tali vettori può amplificare una caratteristica esistente invece di crearne una nuova.

Utilizzando la tecnologia di coltivazione delle piante, è possibile "ordinare" a una pianta di fiorire più spesso, oppure è possibile indurre i batteri a produrre una proteina o una sostanza chimica che normalmente non farebbero.

Vettori retrovirali: Qui, porzioni di DNA contenenti determinati geni vengono inserite in questi tipi speciali di virus, che poi trasportano il materiale genetico nelle cellule di un altro organismo. Questo materiale è incorporato nel genoma ospite in modo che possano essere espressi insieme al resto del DNA in quell'organismo.

In parole povere, ciò comporta il taglio di un filamento di DNA ospite utilizzando enzimi speciali, inserendo il nuovo gene nello spazio creato dallo snipping e attaccando il DNA ad entrambe le estremità del gene all'ospite DNA.

Tecnologia "Knock in, knock out": Come suggerisce il nome, questo tipo di tecnologia consente l'eliminazione completa o parziale di alcune sezioni di DNA o di determinati geni ("knock out"). In modo simile, gli ingegneri umani dietro questa forma di modificazione genetica possono scegliere quando e come attivare ("knock in") una nuova sezione di DNA o un nuovo gene.

Iniezione di geni in organismi nascenti: L'iniezione di geni o vettori che contengono geni nelle uova (ovociti) può incorporare i nuovi geni in gene il genoma dell'embrione in via di sviluppo, che sono quindi espressi nell'organismo che alla fine risultati.

Clonazione genica è un esempio dell'uso di vettori plasmidici. I plasmidi, che sono pezzi circolari di DNA, vengono estratti da una cellula batterica o di lievito. Enzimi di restrizione, che sono proteine ​​che "tagliano" il DNA in punti specifici lungo la molecola, vengono utilizzate per tagliare il DNA, creando un filamento lineare dalla molecola circolare. Quindi, il DNA per il gene desiderato viene "incollato" nel plasmide, che viene introdotto in altre cellule.

Infine, quelle cellule iniziano a leggere e codificare il gene che è stato aggiunto artificialmente al plasmide.

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La clonazione genica comprende quattro passaggi fondamentali. Nell'esempio seguente, il tuo obiettivo è produrre un ceppo di e. coli batteri che si illuminano al buio. (Di solito, ovviamente, questi batteri non possiedono questa proprietà; se lo facessero, luoghi come i sistemi fognari del mondo e molti dei suoi corsi d'acqua naturali assumerebbero un carattere nettamente diverso, poiché e. coli sono prevalenti nel tratto gastrointestinale umano.)

1. Isolare il DNA desiderato. Innanzitutto, devi trovare o creare un gene che codifica per una proteina con la proprietà richiesta, in questo caso, brillare al buio. Alcune meduse producono tali proteine ​​e il gene responsabile è stato identificato. Questo gene è chiamato DNA bersaglio. Allo stesso tempo, devi determinare quale plasmide utilizzerai; questo è il vettore DNA.

2. Scindere il DNA utilizzando enzimi di restrizione. Queste proteine ​​sopra menzionate, chiamate anche endonucleasi di restrizione, sono abbondanti nel mondo batterico. In questo passaggio, usi la stessa endonucleasi per tagliare sia il DNA bersaglio che il DNA vettore.

Alcuni di questi enzimi tagliano direttamente entrambi i filamenti della molecola di DNA, mentre in altri casi effettuano un taglio "sfalsato", lasciando esposti piccoli tratti di DNA a singolo filamento. Questi ultimi sono chiamati estremità appiccicose.

3. Combina il DNA bersaglio e il DNA vettore. Ora metti insieme i due tipi di DNA insieme a un enzima chiamato DNA ligasi, che funziona come un elaborato tipo di colla. Questo enzima inverte il lavoro delle endonucleasi unendo insieme le estremità delle molecole. Il risultato è un chimera, o un filo di DNA ricombinante.

• L'insulina umana, tra molte altre sostanze chimiche vitali, può essere prodotta utilizzando la tecnologia ricombinante.

4. Introdurre il DNA ricombinante nella cellula ospite. Ora hai il gene di cui hai bisogno e un mezzo per portarlo al suo posto. Ci sono diversi modi per farlo, tra questi trasformazione, in cui le cosiddette cellule competenti spazzano via il nuovo DNA, e elettroporazione, in cui viene utilizzato un impulso di elettricità per interrompere brevemente la membrana cellulare per consentire alla molecola di DNA di entrare nella cellula.

Selezione artificiale: Gli allevatori di cani possono selezionare diversi tratti, in particolare il colore del mantello. Se un determinato allevatore di Labrador retriever vede un aumento della domanda per un determinato colore della razza, può allevare sistematicamente per il colore in questione.

Terapia genetica: In qualcuno con un gene difettoso, una copia del gene funzionante può essere introdotta nelle cellule di quella persona in modo che la proteina richiesta possa essere prodotta usando DNA estraneo.

colture geneticamente modificate: I metodi di agricoltura di modificazione genetica possono essere utilizzati per creare colture geneticamente modificate (GM) come piante resistenti agli erbicidi, colture che producono più frutti rispetto all'allevamento convenzionale, piante geneticamente modificate resistenti al freddo, colture con una migliore resa complessiva del raccolto, alimenti con un valore nutritivo più elevato e così sopra.

Più in generale, nel 21° secolo, gli organismi geneticamente modificati (OGM) sono sbocciati in un problema scottante in Mercati europei e americani a causa sia della sicurezza alimentare che delle preoccupazioni di etica aziendale che circondano la modificazione genetica di colture.

Animali geneticamente modificati: Un esempio di alimenti geneticamente modificati nel mondo dell'allevamento è l'allevamento di polli che crescono più grandi e più rapidamente per produrre più carne di petto. Pratiche della tecnologia del DNA ricombinante come queste sollevano preoccupazioni etiche a causa del dolore e del disagio che possono causare agli animali.

Modifica genetica: Un esempio di modifica genetica, o modifica del genoma, è CRISPR, o brevi ripetizioni palindromiche raggruppate regolarmente interspaziate. Questo processo è "preso in prestito" da un metodo utilizzato dai batteri per difendersi dai virus. Implica una modifica genetica altamente mirata di diverse porzioni del genoma bersaglio.

In CRISPR, guida acido ribonucleico (gRNA), una molecola con la stessa sequenza del sito bersaglio nel genoma, è combinata nella cellula ospite con un'endonucleasi chiamata Cas9. Il gRNA si legherà al sito del DNA bersaglio, trascinando con sé Cas9. Questa modifica del genoma può portare alla "eliminazione" di un gene cattivo (come una variante implicata nel causare il cancro) e in alcuni casi permette di sostituire il gene cattivo con una variante desiderabile.