Cos'è la tecnologia del DNA ricombinante?

Il DNA ricombinante, o rDNA, è il DNA che si forma combinando il DNA di diverse fonti attraverso un processo chiamato ricombinazione genetica. Spesso le fonti provengono da diversi organismi. In generale, il DNA di diversi organismi ha la stessa struttura chimica generale. Per questo motivo, è possibile creare DNA da fonti diverse combinando i fili.

Key Takeaways

• La tecnologia del DNA ricombinante combina DNA di diverse fonti per creare una diversa sequenza di DNA.
• La tecnologia del DNA ricombinante viene utilizzata in una vasta gamma di applicazioni dalla produzione di vaccini alla produzione di colture geneticamente modificate.
• Man mano che la tecnologia del DNA ricombinante avanza, la precisione della tecnica deve essere bilanciata da preoccupazioni etiche.

Il DNA ricombinante ha numerose applicazioni nella scienza e nella medicina. Un uso ben noto del DNA ricombinante è nella produzione di insulina. Prima dell'avvento di questa tecnologia, l'insulina proveniva in gran parte dagli animali. L'insulina ora può essere prodotta in modo più efficiente utilizzando organismi come E. coli e lievito. Inserendo il gene dell'insulina umana in questi organismi, si può produrre insulina.

Il processo di ricombinazione genetica

Negli anni '70, gli scienziati hanno scoperto una classe di enzimi che recidivano il DNA in specifiche combinazioni di nucleotidi. Questi enzimi sono noti come enzimi di restrizione. Questa scoperta ha permesso ad altri scienziati di isolare il DNA da fonti diverse e di creare la prima molecola artificiale di rDNA. Seguirono altre scoperte e oggi esistono numerosi metodi per ricombinare il DNA.

Mentre diversi scienziati sono stati determinanti nello sviluppo di questi processi di DNA ricombinante, Peter Lobban, uno studente laureato sotto la guida di Dale Kaiser nel Dipartimento di Biochimica dell'Università di Stanford, è generalmente considerato il primo a suggerire l'idea di DNA ricombinante. Altri a Stanford furono determinanti nello sviluppo delle tecniche originali utilizzate.

Mentre i meccanismi possono differire ampiamente, il processo generale di ricombinazione genetica prevede i seguenti passaggi.

1. Un gene specifico (ad esempio un gene umano) viene identificato e isolato.
2. Questo gene è inserito in un vettore. Un vettore è il meccanismo attraverso il quale il materiale genetico del gene viene trasportato in un'altra cellula. I plasmidi sono un esempio di un vettore comune.
3. Il vettore viene inserito in un altro organismo. Ciò può essere ottenuto mediante diversi metodi di trasferimento genico come sonicazione, microiniezioni ed elettroporazione.
4. Dopo l'introduzione del vettore, le cellule che hanno il vettore ricombinante vengono isolate, selezionate e coltivate.
5. Il gene viene espresso in modo che il prodotto desiderato possa eventualmente essere sintetizzato, di solito in grandi quantità.

Esempi di tecnologia del DNA ricombinante

Esempi di rDNA. red_moon_rise / E + / Getty Images

La tecnologia del DNA ricombinante è utilizzata in una serie di applicazioni tra cui vaccini, prodotti alimentari, prodotti farmaceutici, test diagnostici e colture geneticamente modificate. 

vaccini

I vaccini con proteine ​​virali prodotte da batteri o lieviti da geni virali ricombinati sono considerati più sicuri di quelli creati con metodi più tradizionali e contenenti particelle virali.

Altri prodotti farmaceutici

Come accennato in precedenza, l'insulina è un altro esempio dell'uso della tecnologia del DNA ricombinante. In precedenza, l'insulina veniva ottenuta da animali, principalmente dal pancreas di maiali e mucche, ma usando la tecnologia del DNA ricombinante per inserire il gene dell'insulina umana in batteri o lieviti, è più semplice produrre grandi quantità.

Numerosi altri prodotti farmaceutici, come antibiotici e sostituti di proteine ​​umane, sono prodotti con metodi simili.

Prodotti alimentari

Numerosi prodotti alimentari sono prodotti utilizzando la tecnologia del DNA ricombinante. Un esempio comune è l'enzima chimosina, un enzima usato nella produzione del formaggio. Tradizionalmente, si trova nel caglio che viene preparato dallo stomaco dei vitelli, ma produrre chimosina attraverso l'ingegneria genetica è molto più semplice e veloce (e non richiede l'uccisione di animali giovani). Oggi, la maggior parte del formaggio prodotto negli Stati Uniti è prodotto con chimosina geneticamente modificata.

Test diagnostici

La tecnologia del DNA ricombinante viene utilizzata anche nel campo dei test diagnostici. I test genetici per una vasta gamma di condizioni, come la fibrosi cistica e la distrofia muscolare, hanno beneficiato dell'uso della tecnologia rDNA.

colture

La tecnologia del DNA ricombinante è stata utilizzata per produrre colture resistenti sia agli insetti che agli erbicidi. Le colture più comuni resistenti agli erbicidi sono resistenti all'applicazione del glifosato, un comune diserbante. Tale produzione vegetale non è senza dubbio, poiché molti mettono in dubbio la sicurezza a lungo termine di tali colture geneticamente modificate.

Il futuro della manipolazione genetica

Gli scienziati sono entusiasti del futuro della manipolazione genetica. Mentre le tecniche all'orizzonte differiscono, tutte hanno in comune la precisione con cui il genoma può essere manipolato.

Uno di questi esempi è CRISPR-Cas9. Is è una molecola che consente l'inserimento o la cancellazione del DNA in modo estremamente preciso. CRISPR è l'acronimo di "Clustered Regularly Interspaced Short Repeat Palindromic Repeats", mentre Cas9 è l'abbreviazione di "CRISPR associate proteina 9". Negli ultimi anni, la comunità scientifica è stata entusiasta delle prospettive per il suo utilizzo. I processi associati sono più veloci, più precisi e meno costosi di altri metodi.

Sebbene molti dei progressi consentano tecniche più precise, vengono sollevate anche questioni etiche. Ad esempio, poiché abbiamo la tecnologia per fare qualcosa, significa che dovremmo farlo? Quali sono le implicazioni etiche di test genetici più precisi, in particolare per quanto riguarda le malattie genetiche umane?

Dai primi lavori di Paul Berg che organizzarono il Congresso internazionale sulle molecole di DNA ricombinante nel 1975, alle attuali linee guida stabilite dal National Institutes of Health (NIH), sono state sollevate e affrontate alcune valide questioni etiche.

Le linee guida NIH, notano che "dettagliano le pratiche di sicurezza e le procedure di contenimento per la ricerca clinica e di base che coinvolge molecole di acido nucleico ricombinante o sintetico, compresa la creazione e l'uso di organismi e virus contenenti molecole di acido nucleico ricombinante o sintetico". Le linee guida sono progettate per fornire ai ricercatori linee guida adeguate per condurre ricerche in questo campo.

I bioeticisti sostengono che la scienza deve sempre essere equilibrata eticamente, quindi il progresso è benefico per l'umanità, piuttosto che dannoso.

fonti

• Kochunni, Deena T e Jazir Haneef. "5 passaggi nella tecnologia del DNA ricombinante o nella tecnologia RDNA." 5 passaggi nella tecnologia del DNA ricombinante o nella tecnologia RDNA ~, www.biologyexams4u.com/2013/10/steps-in-recombinant-dna-technology.html.
• Scienze di vita. “The Invention of Recombinant Technology DNA LSF Magazine Medium.” Medium, LSF Magazine, 12 novembre 2015, medium.com/lsf-magazine/the-invention-of-recombinant-dna-technology-e040a8a1fa22.
• "NIH Guidelines - Office of Science Policy." National Institutes of Health, Dipartimento di salute e servizi umani degli Stati Uniti, osp.od.nih.gov/biotechnology/nih-guidelines/.