Ritorna l’appuntamento mensile con la nostra rubrica scientifica, curata come sempre da Marco Lazzara.
Il DNA e il Patrimonio Genetico
Il DNA è una speciale molecola contenuta in ogni cellula di un organismo, di cui contiene l’informazione che ne dirige lo sviluppo e le funzioni. Dirige la trasformazione di una singola cellula in un individuo completo attraverso due processi: la proliferazione, che porta a replicare quella singola cellula innumerevoli volte, e il differenziamento, che porta ogni cellula a specializzarsi in tipi diversi (occhi, fegato, pelle…).
Si tratta di un polimero, ovvero una molecola molto lunga con parti che si ripetono uguali in sequenza. In realtà le sue componenti (nucleotidi) non sono proprio uguali, ma ce ne sono 4 diverse, ed è alla loro sequenza che è correlata l’intera informazione genetica, proprio come quella contenuta in un libro è data dalla sequenza delle lettere nelle parole. I geni, costituiti da lunghe sequenze di DNA, possono essere considerati come “frasi molecolari” e il patrimonio genetico di un organismo come un “libro”, suddiviso in capitoli chiamati cromosomi.
In effetti si tratta di una sorta di codice cifrato che dà gli ordini per guidare lo sviluppo cellulare dell’organismo verso precise caratteristiche biologiche.
L’informazione in realtà non viene dai singoli nucleotidi, bensì da una sequenza di 3 (tripletta). Le possibilità di combinazione, considerando che alcune di esse danno la stessa informazione, sono 20. Perciò, per una sequenza di DNA formata da 600 nucleotidi (200 triplette), sono possibili 20^200 (circa 10^260) diverse combinazioni, un numero incomparabilmente maggiore di quello stimato per tutti i protoni e i neutroni dell’universo (10^76). Non c’è dunque limite al numero di messaggi diversi che possono essere codificati da una sequenza di DNA, ovvero ogni individuo è unico.
Mitosi e Meiosi
La mitosi è il processo che prelude alla proliferazione cellulare. Dopo la duplicazione del DNA, la cellula madre si scinde in due cellule figlie perfettamente identiche, le quali possono poi differenziarsi.
La meiosi è invece il processo che prelude alla riproduzione sessuata: da una cellula madre si originano quattro cellule figlie con solo metà del patrimonio genetico iniziale, che è stato inoltre rimescolato. Attraverso l’unione di due di queste cellule, ognuna proveniente da ciascun genitore, si ottiene una cellula con un patrimonio genetico completo (e più vario), a cui hanno contribuito entrambi i genitori per il 50%.
Ingegneria Genetica
Dopo aver isolato delle specifiche sequenze di DNA, è possibile riprodurle attraverso un’operazione chiamata “clonaggio di geni”. Si estrae il DNA dalla cellula di un organismo donatore grazie agli enzimi di restrizione: sono una sorta di “forbici molecolari” in grado di tagliare ed estrarre in maniera specifica una sequenza di interesse (gene da clonare). Questa viene inserita in dei vettori, piccole molecole circolari di DNA, in grado di trasportarla in cellule ospiti.
Al termine, le cellule ospiti saranno state modificate in modo da contenere la sequenza genica proveniente dal donatore, ovvero avranno acquisito quelle caratteristiche biologiche che erano scritte nella sequenza copiata.
Clonazione
Se in biotecnologia con clonazione s’intende la riproduzione di specifiche sequenze di DNA, in biologia s’intende la riproduzione asessuata di una singola cellula o anche di un intero organismo, ovvero la tecnica di produzione di copie geneticamente identiche di organismi.
Consiste nel prelevare il nucleo (e quindi il DNA), dalle cellule di un donatore e unirle all’ovocita (cellula femminile prodotta durante la meiosi) privato del suo nucleo originario. La loro combinazione viene trasferita in una madre surrogato che completa lo sviluppo gestazionale dell’individuo clonato.
Nel 1996 Ian Wilmut riuscì a clonare un’esemplare di pecora (Dolly). Cellule di una pecora di razza Finn Dorset vennero prelevate e poste in un terreno di coltura contenente un virus che facilitasse la fusione con l’ovocita. Alcune si svilupparono fino allo stadio di morula (prima fase dello sviluppo embrionale) e vennero trasferite nell’utero di femmine surrogate. Una completò lo sviluppo fino alla nascita: Dolly, che aveva tutte le caratteristiche della pecora Finn Dorset di cui era la replica.
Bibliografia
Griffiths A., Gelbart W., Miller J., Lewontin R., Genetica Moderna (Zanichelli)
Ayala F., Kiger J. Jr., Genetica Moderna (Zanichelli)
Ringrazio inoltre molto una mia gentile collega, la dott.ssa Chiara Ullio, per il suo prezioso aiuto.
“Con un po’ di fantasia possiamo immaginare il gene al centro di una ragnatela centrifuga di potere fenotipico esteso, mentre un oggetto nel mondo è il centro di una ragnatela centripeta di influenze di molti geni che si trovano in molti organismi.” (Richard Dawkins)