ingegneria genetica
Acido desossiribonucleico, DNA

Che cos’è l’ingegneria genetica?

L’ingegneria genetica consiste nella manipolazione del materiale genetico sulla base delle conoscenze del DNA.
L’ingegneria genetica rientra nelle biotecnologie.

Cosa sono le biotecnologie e come nasce l’ingegneria genetica?

Le biotecnologie sono l’applicazione delle conoscenze biologiche per ottenere nuove tecniche, materiali e composti di uso farmaceutico, medico, agrario, industriale e scientifico: le biotecnologie utilizzano microrganismi per la realizzazione di prodotti utili all’uomo. Fu Louis Pasteur a individuare il ruolo dei microrganismi nella produzione di alcuni alimenti: lo yogurt, ad esempio, è latte fermentato, reso acido da microrganismi che trasformano il lattosio, zucchero del latte, in acido lattico; il pane lievita grazie alla produzione di anidride carbonica da parte dei lieviti. Da qui si svilupparono biotecnologie per la produzione di sostanze organiche come l’acetone, la glicerina, il butanolo; per la depurazione delle acque fognarie; per la produzione di farmaci come gli antibiotici.

I progressi nel campo delle biotecnologie sono stati resi possibili dalla scoperta di Watson e Crick sulla struttura del DNA, identificando in questa molecola la sede dell’informazione genetica per la produzione delle proteine. Nasce in questo contesto l’ingegneria genetica in grado di manipolare artificialmente i geni.

Principali tecniche dell’ingegneria genetica

Le principali tecniche dell’ingegneria genetica sono:

  • la tecnologia del DNA ricombinante;
  • la tecnologia dei trapianti di nucleo (clonazione);
  • la tecnologia dell’amplificazione del DNA.

Ingegneria genetica e DNA ricombinante

La tecnologia del DNA ricombinante è usata per produrre organismi transgenici come i batteri mutanti che producono l’insulina. Il DNA ricombinante è così ottenuto: si estrae un frammento di DNA in cui è compreso il gene richiesto a partire da una cellula di un organismo donatore, lo si lega ad un vettore (un segmento di DNA, di dimensioni ridotte, in grado di trasportare le informazioni di interesse), formando un DNA ibrido, il DNA ricombinante che si inserisce in una cellula ospite di un altro organismo. Questa cellula ospite ha ora la capacità di produrre la proteina codificata da quel gene e diventa, così, cellula ricombinante. Integrato nel DNA della cellula, il gene si riproduce assieme ad esse, perciò le cellule figlie manterranno tutte le capacità di produrre la nuova cellula.

Le cellule ospiti oltre a dover essere in grado di ospitare il DNA ricombinante e a doversi riprodurre rapidamente, devono essere innocue: non possono essere usate cellule di microbi patogeni.
Le cellule ospiti più frequentemente utilizzate sono batteri e microrganismi unicellulari eucarioti, ma possono essere impiegate anche cellule provenienti da piante o animali.

Fungono, invece, da vettori, generalmente, i batteriofagi per i batteri; plasmidi per i batteri e altri organismi unicellulari; virus vegetali e virus animali rispettivamente per cellule di piante e di animali.

Una delle prime proteine ottenute mediante la tecnologia del DNA ricombinante è l’insulina umana, un ormone prodotto dalle cellule del pancreas, carente nei diabetici e utilizzato per curare il diabete mellito.

Ingegneria genetica e clonazione

La clonazione consiste nella creazione di un organismo geneticamente identico ad un altro tramite l’ingegneria genetica. La base della clonazione è la tecnologia dei trapianti di nucleo: un nucleo è estratto da una cellula, generalmente da una cellula embrionale, ed è inserito in una cellula riproduttiva precedentemente enucleata.
L’uovo viene poi impiantato nell’organo di un individuo dove avverrà lo sviluppo embrionale. Se lo sviluppo embrionale del nuovo organismo avverrà, allora esso avrà lo stesso identico patrimonio genetico dell’individuo donatore del nucleo trapiantato (per un approfondimento leggi Cos’è la clonazione, come avviene, pro e contro).

Ingegneria genetica e PCR

La PCR  è un metodo dell’ingegneria genetica per sintetizzare molte copie di specifiche regioni di una molecola di DNA.
Prima di tutto, il DNA che deve essere testato viene riscaldato causando in questo modo la rottura della doppia elica così le catene di nucleotide sono esposte. Poi si aggiungono brevi sequenze sintetiche di DNA note come primers che contengono sequenze nucleotidiche simili alle sequenze delle estremità della regione del DNA che deve essere testata. I primers si appaiono con il DNA originale alle estremità del gene da amplificare. Quindi sono aggiunti le DNA polimerasi e nucleotidi. In presenza di molti primers e molti nucleotidi sono così generati milioni di copie della regione specifica prescelta.