Storia della biogenetica, cosa studia, concetti di base

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Alexander Pearson
Storia della biogenetica, cosa studia, concetti di base

Il biogenetica è il campo di studio combinato di biologia e genetica. Implica lo studio di qualsiasi fenomeno che colpisca gli esseri viventi, analizzato da entrambe le prospettive, e il modo di affrontare tale fenomeno.

Il termine biogenetica è stato utilizzato anche per definire la modificazione degli esseri viventi da parte di alcuni organismi "bersaglio". Il ramo della conoscenza che si concentra, comprende o consente di raggiungere i fini associati alle due definizioni precedenti è anche noto come ingegneria genetica..

Il batterio del suolo Agrobacterium tumefaciens ci permette di trasferire qualsiasi gene clonato a qualsiasi pianta che vogliamo modificare. È il modo principale per migliorare le piante con la tecnologia del DNA ricombinante. Questi pezzi di foglia modificati dai batteri permetteranno di rigenerare una pianta transgenica completa, normale e migliorata (Fonte: Seb951 su en.wikipedia / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ ) tramite Wikimedia Commons)

Tuttavia, nel mondo della scienza l'uso della parola biogenetica (a) come aggettivo è più diffuso della biogenetica come nome di una scienza separata. Molto probabilmente, volendo usare un tale nome (biogenetica), si fa effettivamente menzione di ingegneria genetica.

Al contrario, l'aggettivo biogenetico (a) si riferisce, piuttosto, a tutto ciò che riguarda biogenesi (origine biologica) di qualche molecola, struttura, tessuto, organo o entità biologica.

L'ingegneria genetica riunisce l'insieme di metodi, strategie, tecniche e applicazioni pratiche necessarie per modificare un essere vivente in modo intenzionale e pianificato.

Pertanto, obbedisce alla conoscenza biologica dell'individuo che è il bersaglio della modifica (quella da modificare) e alla necessità percepita di tale cambiamento. Cioè, è la scienza dedicata allo studio di come cambiare i geni e genomi degli individui..

Indice articolo

  • 1 Storia
  • 2 Cosa studia la biogenetica? Applicazioni
    • 2.1 Modifica dei geni
    • 2.2 Miglioramento degli organismi
    • 2.3 Correzione delle mutazioni
  • 3 Concetti di base in biogenetica
    • 3.1 Clonazione molecolare
    • 3.2 Amplificazione PCR
    • 3.3 Sequenza e modifica
  • 4 Riferimenti

Storia

L'addomesticamento delle specie, gli incroci di ricerca (iniziati da Mendel) e il miglioramento delle piante mediante incroci convenzionali non sono biogenetici, cioè non sono casi di ingegneria genetica. Si usa la selezione artificiale e la fecondazione controllata per ottenere qualcosa senza sapere come o perché.

La biogenetica, invece, è nata quando siamo stati in grado di prendere un DNA specifico da un organismo, clonarlo e propagarlo e / o esprimerlo in un altro. In altre parole, la biogenetica nasce grazie alla tecnologia del DNA ricombinante nei primi anni settanta (1970).

L'attività che definisce questo ramo della conoscenza è quella della “clonazione molecolare”. Una volta che avevamo enzimi di restrizione (forbici molecolari) e DNA ligasi (colla), siamo stati in grado di tagliare e incollare a nostro piacimento..

La scoperta della struttura del DNA è stata una delle scoperte più importanti del XX secolo

È così che siamo stati in grado di ricostruire de novo una molecola di DNA autosufficiente (che può replicarsi solo in una cellula), come un plasmide. Quindi, siamo stati in grado di ritagliare un gene specifico per l'uomo di funzione nota e incollarlo in un plasmide di espressione..

Introducendolo nei batteri, siamo stati in seguito in grado di produrre proteine ​​umane nei batteri per il nostro uso e consumo. Questo è, ad esempio, il modo in cui abbiamo prodotto insulina umana ricombinante.

Attualmente possiamo fare ingegneria genetica (biogenetica) non solo di batteri, ma anche di funghi, piante e animali: questi sono i cosiddetti "Organismi Geneticamente Modificati" (OGM).

All'interno di questo gruppo di organismi abbiamo i cosiddetti transgenici, che non sono altro che OGM che sono stati modificati dall'integrazione di geni di altre specie.

Cosa studia la biogenetica? Applicazioni

Modifica genica

La biogenetica studia come modificare il gene oi genomi di organismi presi di mira dalla manipolazione genetica. D'altra parte, la biogenetica può avvicinarsi a qualsiasi processo biologico e determinare come la modifica di un organismo può portare alla risoluzione del problema..

Ad esempio, attraverso le tecniche utilizzate in biogenetica, il ricercatore può individuare la funzione di un gene o di un gruppo di geni. Può anche produrre una certa biomolecola in un altro organismo, o anche un particolare percorso biochimico complesso.

Miglioramento dell'organismo

Attraverso la biogenetica, gli organismi possono essere migliorati in modo che siano in grado di resistere all'attacco di agenti patogeni e alle malattie che causano.

Gli organismi viventi possono anche essere modificati per far fronte allo stress ambientale causato da carenza idrica, contaminazione del suolo, ecc. Alcune piante sono state migliorate biogeneticamente per renderle resistenti ai parassiti e anche alcuni animali per farle crescere più velocemente.

I batteri ricombinanti possono produrre un'ampia varietà di composti diversi utili nei settori alimentare e delle bevande, farmaceutico, della salute degli animali e delle piante, tra gli altri..

Correzione della mutazione

Infine, con le attuali tecniche di modifica del genoma, abbiamo la capacità di correggere le mutazioni e quindi prevenire lo sviluppo di malattie a base genetica, aumentare l'espressione di un gene e modificare i genotipi (e quindi i fenotipi) di praticamente qualsiasi organismo..

Concetti di base in biogenetica

Clonazione molecolare

La clonazione molecolare è la massiccia diffusione di una regione distintiva del DNA isolata dal suo ambiente genomico. Questo frammento viene clonato (incollato) in un vettore di clonazione e / o espressione.

Per ottenere ciò, vengono utilizzati enzimi di restrizione che tagliano con precisione i nucleotidi e le ligasi che legano i DNA che si desidera incollare..

In quasi tutti i casi, i passaggi fondamentali della clonazione molecolare vengono eseguiti nei batteri. In questi si propaga il DNA clonato e si produce la molecola di DNA ricombinante, che può poi essere trasferita ad altri organismi più complessi. In biogenetica, i virus possono anche essere usati come veicoli per scopi diversi..

Amplificazione PCR

Un importante progresso nella produzione massiccia di molecole di DNA specifiche è stata l'implementazione dell'amplificazione mediante la reazione a catena della polimerasi (PCR). Reazione a catena della polimerasi).

Questa è una massiccia tecnica di sintesi del DNA in vitro. Qui, attraverso l'utilizzo di un termociclatore, una piccola molecola di DNA, diciamo come un gene da 1.500 nucleotidi, permette di produrne 235 copie in pochissime ore.

Termociclatore: la semplice macchina che permette di amplificare qualsiasi DNA in pochissime ore (Fonte: Samsara, via Wikimedia Commons)

Un termociclatore consente cicli automatici delle tre temperature cruciali in qualsiasi protocollo di amplificazione del DNA PCR. Questi sono quelli di:

  • denaturazione (apertura del DNA)
  • squillo (che soddisfa il gene target) e
  • sintesi (polimerizzazione)

L'amplificazione del DNA mediante PCR è una tecnica biogenetica indispensabile in tutti i campi della moderna biologia e medicina..

Sequenza e montaggio

Il sequenziamento del DNA riunisce un ampio insieme di tecniche che ci consentono di conoscere con una certa precisione l'ordine in cui i nucleotidi si trovano in una particolare molecola di DNA. Questo ci permette di "leggere" le informazioni così come sono codificate nel nostro genoma..

Infine, recentemente sono stati messi in pratica metodi di editing del DNA che consentono di alterare il "testo biologico" della molecola di ereditarietà..

In questo modo, non solo siamo in grado di “leggere” il DNA attraverso il sequenziamento di geni e genomi, ma possiamo anche correggere il testo, o alterarlo per raccontare un'altra storia..

Cioè, attraverso la biogenetica (più appropriatamente ingegneria genetica) possiamo clonare i geni, aumentarli mediante amplificazione PCR, leggerli mediante sequenziamento e modificare il testo mediante editing..

Riferimenti

  1. Alberts B et al. (2017) Molecular Biology of the Cell, 6a edizione. Garland Science, New York City. 1464 pagg.
  2. Green MR, Sambrook J (2012) Clonazione molecolare: manuale di laboratorio, Quarta edizione. Set di tre volumi. Cold Spring Harbor, Stati Uniti. 2028 pagg.
  3. Pepper MS (2019) Edizione speciale della SAMJ dedicata alla terapia cellulare e genica. S Afr Med J. 109 (8b): 12719.
  4. Salsman J, Dellaire G (2017) Editing genomico di precisione nell'era CRISPR. Biochem Cell Biol.95 (2): 187-201.
  5. Singh RR (2020) Next-Generation Sequencing nel rilevamento ad alta sensibilità di mutazioni nei tumori: sfide, progressi e applicazioni. J Mol Diagn. S1525-1578 (20) 30330-5.

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