Il DNA:
dalla scoperta alla manipolazione
Presentazione di:
Enrica Rondolotto
Mario Lombardo
STRUTTURA
SCOPERTA
MANIPOLAZIONE
DNA
PROGETTO
GENOMA
APPLICAZIONI
DELLE
BIOTECNOLOGIE
Scoperta DNA
1928 ESPERIMENTO DI GRIFFITH CON PNEUMOCOCCHI
SCOPERTA DEL “FATTORE TRASFORMANTE”RESPONSABILE
DELLA VARIAZIONE EREDITARIA
1944 IDENTIFICAZIONE DEL FATTORE TRASFORMANTE COME
DNA
1952 ESPERIMENTO CON BATTERIOFAGI FATTO DAI BIOLOGI
HERSHEY E CHASE: IL DAN E’ RESPONSABILE DELLA
TRASMISSIONE EREDITARIA
1950 STUDI DI DIFFRAZIONE DEI RAGGI X SU MICROCRISTALLI
DI DNA , IMPORTANTI INFORMAZIONI SULLA STRUTTURA A
ELICA.
1953 WATSON E CRICK FORNISCONO IL MODELLO SPAZIALE
DI QUESTA IMPORTANTE MOLECOLA . NASCE LA BIOLOGIA
MOLECOLARE
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Struttura del DNA
L’Acido DesossiriboNucleico è un polimero i
cui monomeri sono detti nucleotidi.
Ogni nucleotide è formato da una base
azotata legata ad uno zucchero a cinque
atomi di carbonio a sua volta legato ad un
gruppo fosforico.
Le basi azotate
sono:adenina, guanina,
timina e citosina,
Il gruppo fosforico lega,
attraverso un ponte
fosfato, il ribosio di un
nucleotide con quello del
nucleotide adiacente.
La catena che ne deriva
si fissa automaticamente,
in modo complementare,
ad una seconda catena
parallela, per mezzo delle
basi azotate
Si ottiene quindi una
doppia elica avvolta a
spirale
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L’Art.3 del DL 92 del 3-3-93 definisce l’OGM come un
“organismo il cui materiale genetico è stato modificato in
modo diverso da quanto si verifica in natura mediante
incrocio o con la ricombinazione naturale”.
Gli OGM sono organismi le cui caratteristiche genetiche
sono state manipolate in laboratorio e possono essere
virus, batteri, funghi, piante ed animali.
 Il codice genetico è universale. Un gene può essere
introdotto nel DNA di una cellula e si ottiene la
sintesi della proteina da esso codificata.
 Il segmento di DNA introdotto può provenire da
organismi totalmente differenti (tecnologia del DNA
ricombinante) e dona, all’organismo ricevente, le
caratteristiche volute.
Tutta la discendenza dell’OGM erediterà le
caratteristiche selezionate.
m odificazioni genetiche più richieste
dal m ercato
re s is te n z a
a ltro
a g li in s e tti
13%
18%
q u a lità d e i
re s is te n z a
p ro d o tti
a i v iru s
20%
11%
re s is te n z a
a i fu n g h i
3%
to lle ra n z a
a g li e rb ic id i
35%
OGM: CAMPI DI
APPLICAZIONE
• Settore biomedico
• Settore
agroalimentare
• Altre applicazioni
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OGM – biodiversità:
quali ipotizzabili ricadute
negative sugli ecosistemi ?
Piante modificate per la resistenza agli
erbicidi
creazione di piante molto competitive;
imprevedibili alterazioni delle comunità al
suolo;
ibridazione con specie della flora
autoctona;
Piante modificate per la produzione di
molecole insetticide
Influenza su organismi non bersaglio
Quali ipotizzabili ricadute ambientali
positive ?
(fonte Monsanto)
 1928 ESPERIMENTO DI GRIFFITH CON
PNEUMOCOCCHI ,SCOPERTA DEL “FATTORE
TRASFORMANTE”RESPONSABILE DELLA
Torna allo
VARIAZIONE EREDITARIA
schema
 1944 IDENTIFICAZIONE DEL FATTORE
TRASFORMANTE COME DNA
 1952 ESPERIMENTO CON BATTERIOFAGI FATTO
DAI BIOLOGI HERSHEY E CHASE: IL DAN E’
RESPONSABILE DELLA TRASMISSIONE
EREDITARIA
 1950 STUDI DI DIFFRAZIONE DEI RAGGI X SU
MICROCRISTALLI DI DNA , IMPORTANTI
INFORMAZIONI SULLA STRUTTURA A ELICA.
 1953 WATSON E CRICK FORNISCONO IL
MODELLO SPAZIALE DI QUESTA IMPORTANTE
MOLECOLA . NASCE LA BIOLOGIA MOLECOLARE
1970
Si isola la prima endonucleasi di restrizione.
1978
La Genentech produce insulina umana in E. coli.
1980
La corte suprema americana sancisce il diritto di
brevettare OGM.
1982
L’Europa consente l’impiego del primo vaccino di
origine animale prodotto l’uso del DNA
ricombinante.
1996
Le vendite negli USA dell’eritropoietina
ricombinante superano i 1600 miliardi di lire.
1996
Si determina la sequenza genetica completa di S.
cervisiae.
1997
Clonazione nucleare di un mammifero, pecora, a
partire dal nucleo di una cellula differenziata.
Tecnica dell’Agrobacterium tumefaciens
Identificazione ed isolamento
del gene che
codifica per un
determinato carattere. Uso di
endonucleasi di restrizione.
promotore
Gene di interesse
Sito di attacco dell’enzima di
restrizione a monte del gene
terminatore
Sito di attacco dell’enzima di
restrizione a valle del gene
Il gene d’interesse viene inserito all’interno del plasmide vettore Ti
di Agrobacterium tumefaciens. Selezione delle cellule di
Agribacterium tumefaciens che hanno integrato il plasmide corretto
sopravvivono dopo l’aggiunta di antibiotico di cui il gene marcatore
conferisce resistenza.
Taglio con gli enzimi di restrizione nei siti
preposti all’inserimento del gene d’interesse.
Gene d’interesse.
Aggiunta
dell’antibiotico
Le cellule morte
vengono scartate.
Le cellule vive
vengono prelevate.
La popolazione mondiale è in continua crescita. Si prevede che
nel 2030 ci saranno 10 miliardi di abitanti (Monsanto).
Diminuiscono le estensioni di terre coltivabili per soddisfare la
continua domanda di derrate alimentari.
Strategie escogitata dalle multinazionali per risolvere questo
problema:
 Con le biotecnologie si può triplicare i raccolti senza
ulteriori estensioni dei campi. Non si distruggerebbero
più foreste ed habitat.
 Si limiterebbe l’uso di biopesticidi ed erbicidi. Si
potrebbero produrre colture geneticamente modificate
che non necessitano di un elevato apporto di acqua.
 Vaccini sintetizzati direttamente nei frutti che
possono essere assunti senza alcuna cottura per
evitarne il deterioramento, ciò può
servire per
immunizzare le popolazioni del Terzo mondo contro
alcune malattie.
Selezione delle cellule vegetali che hanno integrato
correttamente il gene d’interesse. Queste possono essere
identificate in modo indiretto utilizzando l’espressione specifica
di alcuni geni detti geni reporter.
Rigenerazione delle piante dalle cellule selezionate: le
piante che crescono esprimono il carattere trasferito tramite
il gene d’interesse.
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Cellule vive
modificate
Piante transgeniche
 Decifrazione del codice genetico umano: migliore
conoscenza delle malattie e migliore efficacia delle
medicine.
 Migliore conoscenza delle funzioni genetiche: diversi
approcci nella terapia di alcune malattie (sostituzione di
un gene che funziona male).
 Trattamenti mirati dei tumori maligni (virus inattivato
che reca un gene per una tossina letale per le cellule
neoplastiche).
 Studio più approfondito della rigenerazione di tessuti
danneggiati, o di organi (cellule staminali manipolate
fatte differenziare in vitro, utilizzate nei trapianti).
 Accrescimento della resistenza verso agenti patogeni
tramite lo sviluppo di nuovi anticorpi.
Animali transgenici
Strategia generale:

Iniezione del gene selezionato nel nucleo di un uovo fertilizzato.

Le uova fertilizzate inoculate si impiantano in una femmina recettiva.

Una parte della progenie che origina dalle uova impiantate reca il gene clonato
nelle proprie cellule.

Incrocio degli animali transgenici che recano il gene clonato nella propria
linea germinale, si stabiliscono nuove linee genetiche.
I topi transgenici: metodologia
Si può introdurre il DNA estraneo nei topi mediante diverse tecniche:

Vettori retrovirali (inconvenienti: si possono trasferire piccoli tratti di DNA
di circa 8 kb, contaminazione retrovirale).

Microiniezione del DNA estraneo nel pronucleo maschile nell’ovulo fecondato,
prima che avvenga la cariogamia.

Introduzione del DNA nelle cellule staminali.
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Fonti bibliografiche
- Campbell, Michell, Reece
“Immagini della biologia” ed. Zanichelli
- Aldo Zullini – Francesca Sparvioli
“Biologia dalla molecole all’ecosistema”
Ed. Atlas
- Appunti al corso di aggiornamento sulle
biotecnologie
Arpa Piemonte