Capitolo Le biotecnologie

Paragrafo Come si fa a inserire nuovi geni nelle cellule?

L’inserimento di geni può avvenire in cellule procariotiche oppure eucariotiche

I primi successi ottenuti con la tecnologia del DNA ricombinante furono raggiunti usando come ospiti i batteri. Infatti, come abbiamo visto nei capitoli precedenti, le cellule batteriche sono facili da coltivare e maneggiare in laboratorio. Inoltre, la biologia molecolare dei procarioti, soprattutto di alcuni batteri ben studiati come E. coli, è ampiamente nota ed esistono numerosi marcatori genetici utilizzabili per riconoscere le cellule che ospitano il DNA ricombinante. In più, i batteri contengono plasmidi, piccoli cromosomi circolari facilmente manipolabili per trasportare il DNA ricombinante dentro la cellula.

Tuttavia, i batteri non sono gli organismi ideali per lo studio e l’espressione dei geni eucariotici. Basta pensare a quanto sono diversi i genomi e i processi di trascrizione e traduzione nei procarioti e negli eucarioti (▶tabella 1), oppure al fatto che tali funzioni sono spesso regolate da segnali contenuti nel DNA stesso; i batteri, per esempio, sono privi del macchinario necessario per l’asportazione degli introni dall’RNA trascritto da un gene eucariotico. Ricorda poi che molte proteine eucariotiche, dopo il processo di traduzione, vengono chimicamente modificate, e che spesso queste modifiche sono indispensabili al corretto funzionamento della proteina.

Quando si vuole ottenere l’espressione di un nuovo gene in un eucariote, ossia quando si vuole ottenere un organismo transgenico, è meglio scegliere un ospite eucariotico, come una drosofila, un topo, una pianta o un lievito.

Gli ospiti eucariotici più usati negli studi sul DNA ricombinante sono i lieviti come Saccharomyces cerevisiae. I vantaggi di usare i lieviti comprendono la rapidità della divisione cellulare (tutto il ciclo si completa in poche ore), la facilità di coltivazione in laboratorio e le dimensioni relativamente ridotte del genoma (circa 12 milioni di coppie di basi e 6000 geni). I lieviti inoltre possiedono molte delle caratteristiche fondamentali comuni a tutti gli eucarioti, salvo quelle implicate nella condizione pluricellulare.

A volte anche i lieviti sono inadatti allo scopo: è il caso della produzione di alcune proteine umane che, dopo il processo di traduzione, devono essere chimicamente modificate per poter funzionare. Poiché i lieviti non possono apportare le modifiche necessarie, il gene viene trasferito in un genoma animale o vegetale. Quale che sia l’ospite scelto, per trasportare il DNA al suo interno è necessario un vettore.

Tabella 1 I genomi di batterio e lievito a confronto.
Escherichia coliSaccharomyces cerevisiae
Dimensioni del genoma (paia di basi) 4 640 000 12 068 000
Numero di geni che codificano per proteine 4300 5800
Proteine coinvolte nel:
metabolismo 650 650
produzione/accumulo di energia 240 175
trasporto transmembrana 280 250
duplicazione, riparazione, ricombinazione del DNA 120 175
trascrizione 230 400
traduzione 180 350
marcatura/secrezione di proteine 35 430
struttura cellulare 180 250
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