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IL CLONAGGIO DEL DNA

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Created on May 26, 2023

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Transcript

IL CLONAGGIO DEL DNA

COS'E'?

Il clonaggio è un insieme di metodi sperimentali nella biologia molecolare con le quali è possibile ottenere più copie di un determinato gene di interesse . Consiste,dunque, nella moltiplicazione di un segmento di DNA appartenente ad un dato genoma. Tuttavia, i frammenti di DNA non possono riprodursi da soli e per rendere possibile la loro replicazione devono essere inseriti in un vettore.

I VETTORI

Il vettore di clonaggio è una sequenza specializzata di DNA che può entrare in una cellula e replicarsi. Un vettore efficace deve avere specifiche caratteristiche: deve essere di piccole dimensioni, compatibile con la cellula ospite, possedere una sequenza di riconoscimento unica per ciascun enzima di restrizione. Esistono molti tipi di vettori e ognuno di essi ha la caratteristica di replicarsi nell'ospite in modo indipendente dal genoma di quest'ultimo. Sarà copiato utilizzando il sistema duplicativo dell’ospite stesso, effettuando una riproduzione fedele del DNA di interesse. La molecola che si ottiene dall’unione del vettore con il frammento di DNA (che sono sequenze di DNA di diversa origine) viene chiamata DNA ricombinante.

TIPI DI VETTORI:

PLASMIDI- FAGI - COSMIDI - CROMOSOMI ARTIFICIALI BATTERICI (BAC) - CROMOSOMI ARTIFICIALI DI LIEVITO (YAC)

I PLASMIDI

In aggiunta al cromosoma principale, molti batteri ospitano cromosomi circolari più piccoli, definiti plasmidi. Un plasmide è una molecola di DNA a doppio filamento circolare e si distingue dal DNA cromosomale. Normalmente i plasmidi contengono poche dozzine di geni; tuttavia, essi possiedono un'origine della duplicazione e ciò consente di considerarli cromosomi. Di regola i plasmidi si duplicano in contemporanea con il cromosoma principale; possono però trasferirsi da una cellula all'altra durante la coniugazione, portando nuovi geni nel batterio ricevente.Tra due batteri si stabilisce un contatto attraverso un pilo coniugativo e che permette il passaggio di uno dei due filamenti; il secondo filamento verrà poi duplicato da ciascun batterio.Dal momento che i plasmidi hanno un'esistenza indipendente dal cromosoma principale, non c'è bisogno che si ricombinino con esso perché i loro geni possano aggiungersi al genoma della cellula ricevente.

I FAGI

Altri vettori utilizzati sono quelli fagici; il fago introduce il proprio genoma all’interno di un batterio, attraverso un processo chiamato trasfezione. Dopo la trasfezione, ci sono due vie possibili: ciclo litico e ciclo lisogenico. Nel primo caso il fago duplica il proprio genoma e alla fine distrugge la cellula batterica. Nel secondo caso, il genoma del fago si integra in quello batterico ed entrambi vengono duplicati insieme; quando c’è l’induzione, il genoma fagico si separa spontaneamente da quello batterico, quindi il fago si “ricompone” e passa al ciclo litico.Allo scopo del clonaggio, il fago più utilizzato si chiama Fago λ. Per effettuare il clonaggio, si eliminano alcune zone del genoma fagico, che non ne alterano la duplicazione. Quindi è possibile inserire il gene di interesse, in un punto specifico.

I COSMIDI

I cosmidi sono una fusione tra un plasmide e parte del genoma fagico. Anche in questo caso il fago, in cui verrà inserito il genoma, attaccherà la cellula ospite batterica e vi inserirà il proprio genoma. Il cosmide è in grado di replicarsi nella cellula come un plasmide ed essere imballato come un fago. La differenza però sta nel fatto che, essendo in parte plasmide, circolarizzerà e si duplicherà autonomamente. Quindi, a differenza del processo di trasfezione fagica, non uscirà spontaneamente dalla cellula, e sarà necessario un processo di selezione simile a quello utilizzato per i plasmidi. Il cosmide non può dirigere la sintesi di particelle fagiche, ma si replica come un plasmide.

I CROMOSOMI ARTIFICIALI BATTERICI (BAC)

Quando però è necessario clonare frammenti di DNA di dimensioni più grandi si utilizzano i cromosomi artificiali. Ne esistono due tipi:Cromosomi batterici artificiali (BAC): possono contenere frammenti di DNA fino a 300000 bp; il DNA estraneo si inserisce con metodo classico, sfruttando il sito multiplo di clonaggio. L’ospite sarà rappresentato dal batterio.Data la loro dimensione, i BAC sono presenti solo in 1-2 copie nei batteri che li ospitano (di routine Escherichia coli) ma questo ne aumenta anche la loro stabilità. Sempre a causa delle loro dimensioni, la metodica utilizzata per inserire tali vettori nei batteri ospiti è la trasformazione per elettroporazione.

I CROMOSOMI ARTIFICIALI DI LIEVITO (YAC)

Cromosomi artificiali di lievito (YAC): possono contenere frammenti di DNA fino a 2 milioni di bp. I primi YAC sono stati ideati dopo che lo studio sui cromosomi aveva mostrato che ognuno di questi organelli, oltre a contenere i geni sede dell'informazione genetica, presentano particolari regioni che sono di fondamentale importanza nel funzionamento dei cromosomi.1) Il centromero 2) I telomeri 3) Una o più origini di replicazione da dove inizia la sintesi di nuovo DNA quando il cromosoma si divide. In uno YAC, le sequenze di DNA che rappresentano questi componenti del cromosoma sono associate ad uno o più marcatori di selezione e ad almeno un sito di restrizione grazie al quale può essere inserito il nuovo DNA. Il DNA genomico si digerisce con enzimi di restrizione, e poi i frammenti si separano tramite elettroforesi.

LE FASI

l clonaggio genico si compone di diverse fasi tutte della medesima importanza poichè ciascuna è fondamentale alla corretta riuscita della successiva e quindi dell’intero processo di clonaggio. Il vettore da utilizzare per un clonaggio deve sempre contenere una (Ori), e .Le fasi principali di clonaggio sono:1. DIGESTIONE: consiste nell’ottenere il frammento di DNA; è possibile mediante PCR (proteina C reattiva), oppure può essere una molecola di cDNA ottenuta con l’utilizzo della trascrittasi inversa. 2. LIGAZIONE: si procede con la scelta di un vettore in cui collocare il frammento di DNA, e si prepara l’inserzione. 3. TRASFORMAZIONE: il vettore può essere inserito in cellule competenti (o rese tali).Le cellule vengono messe in condizioni di duplicazione. 4. SELEZIONE: bisogna capire quali delle cellule ospiti hanno integrato il DNA di interesse. Questa fase si chiama screening.

origine di replicazione autonoma

sito di clonaggio

marcatore di selezione

LE LIBRERIE GENOMICHE E DI CDNA

La tecnologia del DNA ricombinante consiste nel prelevare alcuni segmenti di DNA da un organismo e inserirli in un altro, della stessa specie o di specie diversa. Accade, però, che tagliando un intero genoma si genera un numero molto grande di frammenti diversi. Inserendo ciascuno di questi frammenti all’interno di un vettore di clonaggio si ottiene un numero altrettanto grande di plasmidi ricombinanti e quindi di colonie diverse. L’intera collezione di plasmidi ricombinanti, all’interno delle cellule batteriche, prende il nome di libreria genomica o libreria di cDNA a seconda che i frammenti clonati siano derivati dal DNA genomico di un organismo o dal DNA complementare (cDNA) ottenuto tramite retrotrascrizione dell’RNA messaggero

La biblioteca o libreria genomica è una collezione dei frammenti derivati da tutto il genoma, che sono gli stessi indipendentemente dal tessuto o dalle cellule da cui è derivato il DNA genomico di partenza.Per costruire questa libreria sono previsti i seguenti step: 1.l'intero DNA di un organismo viene frammentato con un enzima di restrizione; 2.ogni frammento è inserito in un opportuno vettore di clonaggio; 3.il vettore viene trasferito nella cellula ricevente. La modalità dipende dal tipo di vettore, nel caso di plasmidisi mescolano con Batteri; 4.i Batteri sono posti in una piastra di coltura contenente un antibiotico per uccidere quelli privi di plasmide. 5.i Batteri, ora tutti contenenti il plasmide, si lasciano riprodurre. Dalla moltiplicazione di ciascuna cellula si ottiene un clone, cioè una colonia contenente il medesimo frammento di DNA clonato.

Una libreria di cDNA contiene soltanto quelle regioni del genoma che sono trascritte in un RNA messaggero: differenti tipi cellulari o tessuti producono diverse combinazioni di RNA messaggeri, quindi si otterranno differenti librerie per ogni tipo cellulare.Inoltre, il cDNA non contiene introni, importante quando si devono clonare geni di Eucarioti.Le tappe per ottenere il cDNA sono le seguenti: 1. si estrae l'mRNA da un tessuto; 2. la trascrittasi inversa, enzima che permette il processo, sintetizza il DNA a partire da ciascun mRNA stampo. Il cDNA ottenuto è a filamento singolo; 3.una DNA polimerasi sintetizza il secondo filamento complementare. Dopo la clonazione, ciascun clone conterrà un cDNA proveniente da un mRNA.

CLONAGGIO VS CLONAZIONE

L’ingegneria genetica consente manipolazioni che sono, sempre , oggetto di accese discussioni perché riguardano il patrimonio genetico o genoma degli organismi viventi. Per clonaggio si intende la produzione di copie di pezzi di DNA. Il clone, in questo caso, è un frammento di DNA, un gene, ma può essere costituito anche da cellule identiche.La clonazione può essere di due tipi: riproduttiva e terapeutica: •la clonazione riproduttiva consente di ottenere organismi identici, dal punto di vista genetico; •la clonazione terapeutica, attraverso gli studi sugli embrioni, la riproduzione di cellule staminali, tessuti , organi, potrebbe permettere, in futuro, la terapia di diverse malattie (il morbo di Parkinson, la sclerosi multipla, la cirrosi il morbo di Alzheimer, ecc.)

CLONAZIONE ED EDITING GENETICO

Gli scienziati credono che la combinazione tra tecniche di editing genetico e la clonazione potrebbe essere usata per creare modelli di primati non umani, in quanto il nostro cervello è molto più simile al loro rispetto a quello di altri mammiferi, di malattie neurodegenerative come Parkinson e Alzheimer o derivanti da mutazioni genetiche come alcuni tipi di cancro o malattie rare.I tentativi di clonazione di primati sono sempre falliti fino ad oggi, per questioni biologiche legate all’epigenetica (il vestito indossato dai geni) e per ragioni di costi e di numeri (sono pochi i laboratori autorizzati a sperimentare sui primati per costi e regolamentazioni restrittive). I ricercatori cinesi dell’Accademia delle Scienze di Shanghai hanno trovato il modo di superare queste difficoltà, sviluppando un originale protocollo che utilizza la proteina KDM4D, che agisce modificando il vestito indossato dai geni e un inibitore della cromatina (la tricostatina) che impedisce al “vestito” di formarsi.

LA PECORA DOLLY

Il 22 febbraio 1997, 25 anni fa l'annuncio della nascita di una pecora scuoteva il mondo scientifico e non: nel luglio del 1996 era venuta alla luce Dolly, il primo mammifero clonato. Un successo che aprì la strada anche a ricerche “da Nobel”.Dolly è frutto di un esperimento di clonazione per trasferimento nucleare di cellule somatiche, i ricercatori scozzesi hanno prelevato una cellula uovo di una pecora di razza Scottish Blackface, l’hanno privata del proprio nucleo e lo hanno sostituito con quello di una cellula adulta di tessuto mammario di una pecora di razza Finn Dorset.

QUESTIONE ETICA

Secondo il CNB (Comitato Nazionale di Biotecnica) la clonazione in specie di individui umani è da condannare: in quanto costituisce un attentato all’unicità biologica del soggetto umano e in quanto lede il diritto di autodeterminazione; in quanto le sue modalità implicano manipolazione e/o commercializzazione del corpo umano o di sue parti, o commistione di geni di specie diverse; in quanto minaccia la diversità biologica e le generazioni future.
Il CNB ritiene non suscettibile di condanna etica: gli interventi a carico del genoma umano che abbiano finalità terapeutica; le tecniche biologiche che abbiano per obiettivo la clonazione di tessuti o singoli organi e che abbiano una finalità terapeutica; le pratiche di clonazione animale e vegetale.

GRAZIE PER L'ATTENZIONEA CURA DI DE PRISCO CHIARA FORTINO MARIA CARLA PALLADINO LUCA SPINELLI FRANCESCA TAGLIAMONTE MARIA ROSARIA