Genetica DNA e RNA

LA GENETICA

Il cromosoma procariote è formato da una sola catena continua e circolare di DNA a doppio filamento, un esempio ci è offerto dal cromosoma dell’ E. Coli. Il principale mezzo di regolazione genica dei procarioti è l’operone. L’operone è formato da un promotore, che è il sito di legame per l’RNA-polimerasi, da uno o più geni strutturali e dall’operatore , che è una sequenza di DNA. La trascrizione dei geni strutturali è spesso controllata dall’attività di un altro gene, il regolatore. La trascrizione dell’mRNA, e quindi la sintesi proteica, è regolata da una iterazione tra repressore ed induttore, infatti quando il repressore è legato all’operatore ostacola il promotore perciò l’RNA-polimerasi non può legarsi alla molecola di DNA e di conseguenza non avviene la trascrizione dell’mRNA. Se, invece, viene rimosso la trascrizione può iniziare. La capacità del repressore di legarsi all’operatore dipende da un’altra molecola: quella che lo rende attivo è detta corepressore, mentre quella che lo disattiva è detta induttore. Quando iniziarono gli studi di genetica molecolare si pensava che il cromosoma eucariote fosse una versione ampliatadel cromosoma E. Coli. Poi ci si rese conto che  vi erano delle importanti differenze:
-una maggior quantità di DNA nei cromosomi eucarioti.
-un gran numero di segmenti ripetuti nel DNA, alcuni apparentemente privi di ogni funzione, perciò detti silenti.
-una stretta associazione tra DNA e proteine, le quali svolgono un importante ruolo strutturale nel cromosoma.
-una complessità maggiore nell’organizzazione delle sequenze di DNA che codificano per le proteine.
Nelle cellule eucariote il DNA si trova sempre combinato con le proteine. Questa combinazione è detta cromatina. Le proteine presenti nella cromatina sono gli istoni, che sono carichi positivamente e per questo sono attratti dal DNA che è carico negativamente. Il DNA, nel periodo di interfase, si presenta avvolto attorno agli istoni. L’unità fondamentale di cui è costituita la cromatina è il nucleosoma, che assomiglia ad una collana. Ogni nucleosoma è formato da una parte centrale costituita da otto molecole di istoni, intorno al quale si avvolge due volte il filamento di DNA. Un altro istone si trova lungo il DNA esternamente al nucleosoma. Nei cromosomi eucarioti vi sono altre proteine: gli enzimi, impegnati nella sintesi di DNA e RNA, le proteine di regolazione e molte altre che non sono state ancora identificate.
I plasmidi sono dei frammenti di DNA circolari estranei al cromosoma batterico. Negli apoli sono presenti due diversi tipi di plasmidi, il plasmide F e il plasmide R.
Il plasmide F è responsabile del processo di coniugazione tra due cellule batteriche, tale processo non è dannoso per la cellula. Queste  contengono dei geni che controllano la produzione di particolari proteine a cui viene dato il nome di Pili. Se una cellula che contiene tale plasmide, e perciò detta F+ , vien a contatto con una che non lo possiede, perciò detta F-, grazie a tali strutture riesce a formare dei ponti citoplasmadici; il plasmide si autoreplica e attraverso questo ponte arriva nell’altra cellula, quest’ultima acquista la capacità di formare i pili. Il plasmide R è stato scoperto nel 1959 da alcuni ricercatori giapponesi. Esso contiene dei geni che conferiscono ai batteri la resistenza verso alcuni farmaci, in particolare gli antibiotici. I geni permettono la sintesi di enzimi che distruggono i farmaci o che ne riducono gli effetti. Questi plasmidi R vengono passati dalle cellule madri alle cellule figlie durante la divisione cellulare. Possono essere trasferite da una cellula batterica all’altra attraverso un processo di coniugazione  o attraverso le membrane cellulari. Questi geni possono essere trasferiti dai plasmidi al cromosoma batterico, ai virus e ai batteri di un’altra specie. Tali plasmidi R dopo la coniugazione vengono trasferiti alla shigella, un batterio che può provocare forme di dissenteria a volte letali. La scoperta ceh i plasmidi possono essere usati come vettori di DNA estraneo aprì la strada alla produzione di parecchi segmenti di DNA identici detti cloni. Nel corso degli studi si scoprì che i virus che infettano un ceppo di E. Coli, talvolta, non riescono ad infettarne altri. Questa limitazione dell’infezione virale è dovuta alla presenza, nei batteri,di particolari enzimi che tagliano le molecole estranee di DNA in piccoli segmenti.Tali enzimi vennero chiamati enzimi di restrizione. Questi tagliano le molecole estranee di DNA presso delle sequenze nucleotidiche specifiche. Le sequenze sono dette sequenze di riconoscimento.
Oggi è possibile determinare queste sequenze nucleotidiche, infatti dei brevi frammenti di DNA di differenti gruppi possono essere separati tra di loro tramite elettroforesi su gel e poi immagazzinati nelle banche dati. Poiché i gruppi di frammenti prodotti dai diversi enzimi di restrizione si sovrappongono l’informazione ottenuta può esser ricomposta come un puzzle per poi individuare l’intera sequenza di DNA. Quando gli enzimi di restrizione tagliano i due filamenti con lo scarto di alcuni nucleotidi alle estremità vi è una breve sequenza di nucleotidi spaiati. Queste estremità sono dette coesive in quanto possono unirsi con altri segmenti di DNA tagliati dallo stesso enzima; ciò avvine quando si formano dei legami a idrogeno tra le basi complementari. Nel processo di ricucita è necessario un enzima detto DNA-ligasi che unisce le estremità tagliate di ciascun filamento. Poco dopo la scoperta dell’enzima di restrizione EcoRI, i ricercatori isolarono un piccolo plasmide che rende i batteri resistenti ad uno specifico antibiotico. Questo plasmide può essere tagliato dall’enzima EcoRI in un unico sito perciò se viene tagliato un piccolo segmento di DNA estraneo anch’esso tagliato dall’EcoRI può essere inserito nel plasmide . Ecco come avviene la clonazione del DNA con enzima EcoRI. Questo enzima taglia il plasmide lungo la sua sequenza di riconoscimento, lasciando così libere le due estremità coesive. Un altro enzima EcoRI taglia una sequenza da un gene estraneo. La sequenza si unisce al plasmide precedentemente tagliato, grazie alle estremità coesive e all’intervento del DNA- ligasi che facilita l’unione delle due estremità. Questi plasmidi vengono poi liberati in un ambiente in cui stanno crescendo dei batteri e vengono incorporati in alcuni di essi. Quando le cellule si moltiplicano anche i plasmidi si duplicano producendo enormi quantità di copie. Poi i plasmidi vengono isolati all’interno della cellula e trattati con l’enzima EcoRI per liberare le copie multiple del gene clonato. Prima di poter manipolare un segmento di DNA, questo deve essere prima localizzato. Oggi si hanno a disposizione diverse tecniche: l’ibridazione dell’acido nucleico, ossia: molecole di DNA provenienti da fonti diverse vengono riscaldate, i legami a idrogeno tra le basi si rompono e i filamenti si separano. Se, mentre la soluzione si raffredda, si incontrano due filamenti con sequenze complementari, essi formeranno una doppia elica ibrida. Si può anche preparare una sonda incorporando un isotopo radioattivo in un breve segmento di DNA o RNA a filamento singolo, oppure la sonda si può marcare attraverso colorante fluorescente. La tecnologia del DNA ricombinante oggi viene applicata in differenti tipi di ricerche. Un esempio ci è offerto dalla sintesi batterica di proteine come la somatostatina. Questo ormone è costituito da 14 amminoacidi. Conoscendo gli amminoacidi si può conoscere la sequenza nucleotidica del DNA che codifica per essa. Grazie a ciò sintetizza un gene artificiale. Copie di questo gene vengono inserite nei plasmidi che portano i geni per la resistenza ai farmaci, inoltre viene inserito, sempre nei plasmidi una parte dell’operone lac. I plasmidi iniziano a moltiplicarsi, viene attivato lìoperone lac con l’aggiunta di lattosio nel terreno di cultura. Infine tramite un trattamento chimico di queste proteine si ottiene somatostatina pura. Un’altra applicazione del DNA ricombiante è la diagnosi delle malattie genetiche umane. Sono oggi a disposizione dei test attendibili, essi si basano sull’utilizzo degli enzimi di restrizione o sonde di acidi nucleici. Ad esempio, nella ricerca di un test per la diagnosi dell’anemia falciforme vennero preparate delle copie radioattive di alcuni segmenti di DNA che codifica per la catena b. Poi con l’enzima di restrizione HpaI venne estratto del DNA sia da persone con emoglobina normale sia da persone che avevano l’anemia falciforme. Vennero poi esposti alla sonda radioattiva. Nelle persone con emoglobina sana la sonda si ibridava con un frammento di DNA che aveva una lunghezza di 7000-7600 nucleotidi, mentre nella maggior parte delle persone affette da anemia falciforme la sonda si ibridava con un frammento molto più lungo. I RFLP (polimorfismi della lunghezza dei frammenti di restrizione) sono il risultato di mutazioni che  eliminano o modificano la sequenza di riconoscimento per un enzima di restrizione. Sono essenziali perché le variazioni ereditarie che avvengono nelle sequenze nucleotidiche del DNA di individui diversi portano a differenti lunghezze dei frammenti prodotti dagli enzimi di restrizione. Quando una tale mutazione è associata a un allele che causa una malattia genetica, essa fornice un marcatore diagnostico per quell’allele. Una grande varietà di tecniche è oggi usata per localizzare e identificare i geni responsabili di varie malattie genetiche; recentemente sono stai individuati i geni responsabili della corea di Huntington, quando saranno determinate tutte le sequenze nucleotidiche, sarà possibile identificare e caratterizzare la proteina codificata dal gene. Tutte queste ricerche, si spera, ci forniranno risposte soddisfacenti sul normale sviluppo ed invecchiamento del sistema nervoso. Sempre più successo ha il trasferimento di geni tra cellule eucariote. Questi trasferimenti sono stati effettuati sia nelle piante, sia negli animali. Per esempio, il gene per la beta-globina di coniglio venne trasferito, usando come vettore un plasmide, in uova fecondate di topi. I globuli rossi dei topi che si svilupparono da queste uova contenevano la beta-globina di coniglio. Il fatto che il gene venisse espresso solo nei globuli rossi dimostrava che era stato incorporato al posto giuto. Il gene veniva inoltre trasferito alle generazioni seguenti secondo le leggi di Mendel. Importanti traguardi sono stati raggiunti nelle piante e negli animali. Nel caso della terapia genica umana invece subentrano questioni morali ed etiche sulla possibilità di modificare il corso della storia dei geni. Molti sforzi sono indirizzati verso la mappatura e la sequenziazione di tutto il DNA delle cellule umane. Si sta lavorando su due fronti. Uno concentrato sulla mappatura dei cromosomi umani. I lati per ottenere queste mappature possono essere differenti: un metodo è quello di trovare geni con alleli numerosi ed individuabili e documentare il loro tasso di ricombinazione negli incroci di popolazione. E’ stata usata anche la tecnica del DNA ricombinate: sia con l’analisi delle forme di RFLP per localizzare i marcatori, sia individuando i siti presso cui gli specifici enzimi di restrizione tagliano il DNA di particolari cromosomi. Il secondo metodo è interessato alla sequenziazione dell’intero menoma. Inizialmente venne ritenuto un progetto dispendioso e ripetitivo. Ma una svolta fondamentale venne dallo sviluppo della reazione a catena della polimerasi. La data finale per la realizzazione del progetto è stata fissata per il 2004. Sicuramente questo esperimento fornirà le risposte a molti problemi, ma probabilmente ne farà nascer di nuovi. Tutte queste scoperte sul DNA , e non solo, aprono un acceso dibattito, infatti no è semplice stabilire fino a che punto è giusto effettuare esperimenti, e invece quando la mente dello scienziato deve lasciare il posto a quella dell’uomo; cioè quando si va contro la cultura della vita. A  mio parere tutte queste tecniche messe a punto dall’ingegneria genetica dovrebbero essere usate solo per capire, e quindi curare, le malattie. Dovrebbero invece esser interrotti tali studi quando ci si rende conto che si va contro la vita. Quando non è più la voglia di conoscere per curare che spinge gli scienziati, ma il desiderio di voler andare oltre, per vedere fino a che punto riescono a superare se stessi e l’armonia della natura. Ad esempio, la mappatura del DNA può essere molto importante per individuare dei geni che determinano varie malattie, così da curare, allo stesso tempo però può esser dannoso perché qualcuno potrebbe pensare di farsi “confezionare” un figlio su misura con determinate caratteristiche fenotipiche.