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Rosalind Franklin

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fotografia n.51

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L'INGEGNERIA GENETICA PER LA  CURA DEL DIABETE E DEL NANISMO 

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L'INGEGNERIA GENETICA PER LA  CURA DEL DIABETE E DEL NANISMO 

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Grazie alle Tecniche del DNA ricombinante, vengono prodotti numerosi farmaci con l'aiuto degli OGM, come ad esempio l'insulina, un ormone proteico secreto dal pancreas endocrino per regolare il tasso di zucchero nel sangue, del quale i diabetici ne sono privi. Un tempo i malati venivano curati con insulina prodotta dal pancreas del maiale; questa sostanza però non era perfettamente simile alla proteina umana e i pazienti finivano per rigettarla come corpo estraneo, rimanendo così privi di cura. In un colibatterio è stato introdotto il gene codificante per l'insulina, isolato a partire da cellule umane. Dopo questa manipolazione, il batterio produce insulina identica a quella secreta dalle cellule del pancreas umano. La proteina ricombinata può essere utilizzata senza pericolo per un periodo molto lungo; è del tutto simile a quella umana e non scatena nessuna reazione immunitaria.
L'ingegneria genetica, permette anche di eliminare alcuni rischi legati alla produzione di farmaci: l'ormone della crescita per trattare il nanismo, veniva estrato dai cadaveri e poteva trasmettere encefalopatie virali; i fattori di coagulazione venivano ricavati a paartire da sangue umano e sono stati responsabili di numerosi contagi del virus dell' AIDS e delle epatiti. Oggi, grazie a queste tecniche si fabbricano farmaci esenti da qualsiasi contaminazione

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Nel 1997 fece grande scalpore la prima clonazione di un animale, che portò alla nascita della pecora Dolly. Questa pecora-clone non si era sviluppata da una cellula uovo fecondata , bensì da una il cui DNA era sostituito con quello di una pecora adulta. Il patrimonio genetico di Dolly era quindi identico a quello della pecora .
Le applicaizoni possono riguardare la riproduzione di animali di allevamento o di specie in via di estinzione; n campo medico, la clonazione di animali può garantire la disponibilità di organi da destinare ai trapianti umani o di alimenti con caratteristiche modificate addatti alle esigenze di determinati pazienti.
La manipolazione del patrimonio genetico ci mette inevitabilmente di fronte a domande etiche importanti, che diventano ancora più pressanti nel caso di sperimentazioni sul genoma umano.

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Le biotecnologie sono tutte le tecniche che controllano o modificano gli esseri viventi allo scopo di ottenere prodotti utilizzabili in campo industriale o per la ricerca scientifica.
In natura i batteri possono includere nel proprio cromosoma porzioni di DNA da altri batteri, anche di specie diverse, o dall'ambiente esterno. Spesso però il DNA è scambiato mediante piccole molecole dette plasmidi.
La tecnica del DNA ricombinante consiste nell'inserimento di un frammento di DNA contenente uno o più geni in un plasmide che, successivamente, viene introdotto in un batterio in una o più copie.
Il DNA modificato artificialmente con tale procedimento si dice ricombinante. L'organismo che si ottiene incorporandolo nella sua sequenza di nucleotidi è detto Organismo Geneticamente Modificato (OGM).

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Le coppie di cromosomi omologhi appaiate, prima di separarsi, si scambiano tra loro alcune piccole porzioni di DNA. Questo fenomeno si chiama crossing over e , grazie a questo scambio, i gameti che si formeranno dalla meiosi non avranno un corredo di geni identico a quello dei genitori, ma avranno una mescolanza casuale dei loro geni.
Durante la meiosi le coppie di cromosomi omologhi si separano e si distribuiscono nei gameti in modo del tutto casuale, originando varie combinazioni. Questo evento è definito assortimento indipendente dei cromosomi.
Esso e il crossing over rappresentano il principale meccanismo che garantisce la variabilità genetica degli individui.

crossing over

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I gameti sono detti aploidi, mentre tutte le altre cellule sono dette diploidi. La formazione dei gameti avviene quindi con una divisione cellulare speciale, detta meiosi, in cui il numero di cromosomi della cellula madre è dimezzato.
Con la meiosi, da una cellula madre diploide si originano 4 cellule figlie aploidi.
Il DNA si duplica e si spiralizza, formando i 46 cromosomi, i cui movimenti sono diretti dal fuso mitotico.
Nella prima divisione le coppie di cromatidi duplicati non si separano, ma restano uniti nel centrometro; si separano invece le 23 coppie di cromosomi omologhi.
Nella seconda divisione, le coppie di cromatidi si separano come in una normale mitosi, con la differenza che ci sono 23 cromosomi duplicati per ciascuna cellula.

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Nella riproduzione cellulare la cellula madre si divide in due cellule figlie perfettamente identiche. Il ciclo cellulare si compone di due fasi principali.

L'interfase, il periodo in cui la cellula si accresce, si nutre e si prepara a dividersi. Durante l'interfase avviene la duplicazione del DNA.

La mitosi, la divisione cellulare che dà origine a cellule con lo  stesso patrimonio genetico della cellula madre.

La mitosi si svolge in diversi passaggi:

1. Il DNA si avvolge e si spiralizza, formando i cromosomi. Essi sono osservabili anche al microscopio ottico.

2. La membrana nucleare scompare e si forma una gabbia di fibre, detto fuso mitotico.

3. Le fibre agganciandosi ai centrometri dei cromosomi, ne dirigono il movimento.

4. I cromosomi sono trascinati al centro della cellula e si allineano lungo un piano a metà della cellula, detto piano equatoriale.

5. I due cromatidi di ogni cromosoma si separano e vengono trascinati verso i poli opposti della cellula.

6. Ciascuno dei due gruppi di 46 cromatidi costituisce un patrimonio genetico completo.

7. Nella zona equatoriale della cellula compare un solco che divide il citoplasma della cellula madre in due metà: le cellule figlie.

8. Si riforma la membrana nucleare, il DNA torna a svolgersi e i cromosomi non sono più visibili al microscopio.

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La trascrizione è la prima fase del processo della sintesi proteica e consente di costruire le proteine secondo le istruzioni contenute nel DNA.
Nella seconda fase interviene l'RNA di transporto che si lega da una parte a un particolare amminoacido e dall'altra all'mRNA, appaiando tre basi azotate che sporgono dalla sua molecola a tre basi azotate complementari che trova sull'mRNA stesso.
A ogni gruppo di tre basi azotate (chiamato triplette) corrisponde uno specifico tRNA e di conseguenza uno specifico amminoacido.
L'mRNA deve uscire dal nucleo e arrivare nel citoplasma. Qui si lega a un ribosoma, un organulo cellulare formato da proteine e dall'rRNA.
Una nicchia tra le due parti che costituiscono il ribosoma accoglie i tRNA che, a mano a mano che l'mRNA scorre nel ribosoma, si legano alle triplette nucleotidiche corrispondenti.
Gli amminoacidi si uniscono tra loro in una catena, formando un'inetra proteina.
Un tratto di DNA che codifica una specifica proteina è chiamato gene.
L' insieme di tutti i geni posseduti da un individuo costituisce il suo genoma.

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L'RNA messaggero si forma dal DNA tramite un processo chiamato trascrizione del DNA, che avviene in modo molto simile alla duplicazione.
Nel processo di trascrizione, una porzione di filamento di DNA funziona da stampo per produrre un filamento di mRNA complementare.

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La duplicazione del DNA avviene nel momento in cui una cellula si divide in due cellule figlie e ha la necessità di raddoppiare il proprio patrimonio ereditario. In un primo momento, i deboli legami tra le basi azotate si rompono e le due catene si separano. A questo punti, i due filamenti possono funzionare da "stampo" per la costruzione di due nuove catene, costruite con i numerosi nucleotidi liberi presenti nel nucleo.
Su ciascuno dei due filamenti se ne forma così uno nuovo, in cui i nucleotidi sono disposti in modo complementare rispetto a quelli originari.
Il risultato finale della duplicazione del DNA è la formazione di due nuove doppie eliche di DNA perfettamente identiche tra loro e a quella originaria.

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Rosalind Franklin è stata una promettente ricercatrice ed esperta nell'analisi della struttura dei cristalli mediante la diffrazione dei raggi X. Questa tecnica consiste nell'inviare un fascio di raggi X attraverso un cristallo e vedere come questi vengono modificati passando attraverso il reticolo cristallino. In questo modo è possibile capire come gli atomi del cristallo sono disposti nello spazio.
Rosalind lavorò anche alla struttura del DNA ricavando immagini impressionate su carta fotografica. La più celebre di esse è la fotografia n. 51. Essa rappresentò una conferma dell' ipotesi che il DNA avesse una struttura a elica. Nel frattempo, altri ricercatori stavano cercando di studiare la struttura delle proteine e degli acidi nucleici mediante la costruzione di modelli teorici.
All'insaputa di Rosalind, un suo collega di nome Maurice Wilkins mostrò a uno di questi ricercatori, il giovane James Watson la fotografia 51. Pare che questo episodio abbia fornito a Watson e al suo collega Francis Crick uno spunto fondamentale per consolidare il proprio lavoro sul DNA.
Wilkins, Watson e Crick arrivarono a comprendere com'è fatto il DNA e questa scoperta valse loro il premio Nobel per la medicina nel 1963.
Purtroppo, nel frattempo Rosalind Franklin era morta per un tumore alle ovaie, forse causato dall'esposizione ai raggi X cui si era sottoposta senza proteggersi adeguatamente. Ma anche se non vinse il premio, oggi è universalmente riconosciuto il suo contributo a quella che è stata una delle più grandi scoperte del Novecento.

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L'RNA si differenzia dal DNA per tre aspetti:

è formato da un solo filamento di nucleotidi;

anziché desossiribosio, contiene ribosio, uno zucchero con un atomo di ossigeno in più;

tra le sue basi azotate al posto della timina vi è l'uracile (U).

Nella cellula esistono tre diversi tipi di RNA: RNA messaggero (mRNA); RNA di transporto (tRNA); RNA ribosomiale (rRNA).

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Il DNA è formato da due catene avvolte a elica, ciascuna delle quali è composta da unità che si ripetono, chiamate nucleotidi. Ogni nucleotide, a sua volta è costituito da una molecola di desossiribosio (uno zucchero), un gruppo fosfato (formato da fosforo e ossigeno) e da una base azotata (una molecola contente azoto).
Nel DNA sono presenti quattro possibili basi azotate: l'adenina (A), la timina (T), la guanina (G), la citosina(C).
In ogni filamento i nucleotidi si legano uno all'altro lasciando le basi azotate orientate verso una stessa direzione, in modo che possano collegarsi con quelle di un secondo filamento formando delle coppie fisse: A-T e G-C.
Il DNA può essere più correttamente definito come una doppia catena polinucleotidica, antiparallela, orientata, complementare, spiralizzata, informazionale.

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Ogni cellula contiene materiale genetico ereditario, il quale si trasmette, pur con qualche variazione, dai genitori alla prole e determina i caratteri dell'intero organismo.
Le molecole che costituiscono questo materiale sono gli acidi nucleici, ovvero:

il DNA (acido desossiribonucleico), che si trova nel nucleo cellulare immagazzinato in particolari strutture dette cromosomi;

l'RNA (acido ribonucleico), che è presente sia nel nucleo sia nel citoplasma della cellula.