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2 Novembre 2022
12:30

Una pallottola per la biotecnologia: cos’è e come funziona la tecnica biobalistica negli O.G.M.

Tra le tecniche di ingegneria genetica più curiose ce n'è una che "spara" il DNA con un "cannone" per farlo entrare nelle cellule e modificarle e creare O.G.M.

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Una pallottola per la biotecnologia: cos’è e come funziona la tecnica biobalistica negli O.G.M.
ogm

Tutti noi abbiamo sentito parlare di O.G.M., acronimo di organismo geneticamente modificato. Tra le numerose tecniche per ottenerli, in questo articolo vi parleremo della tecnica biobalistica, un metodo che prevede letteralmente di sparare il DNA con un "cannone".

In questo articolo vogliamo parlare di OGM esclusivamente da un punto di vista tecnico. Non ci soffermeremo in implicazioni etiche di alcun tipo.

Una breve premessa sugli OGM

Prima di parlare della tecnica biolbalistica facciamo un breve inciso su cosa sono gli OGM.
Un organismo geneticamente modificato (OGM) è un organismo (pianta, animale, ecc.) che presenta al suo interno del DNA estraneo, cioè materiale genetico manipolato artificialmente con tecniche di ingegneria genetica. L'applicazione di queste biotecnologie ci permette di trasferire pacchetti di dati genetici da un organismo all'altro, selezionando e modificando alcuni caratteri in modo da conferire al nostro target nuovi tratti che prima non possedeva, aumentandone potenzialmente le prestazioni.

ingegneria genetica

Facendo un esempio nella vita comune, è come se all'interno del libretto di istruzioni del forno ad un certo punto trovassimo una pagina strappata e incollata del libretto di istruzioni del frigorifero, permettendo al forno non solo di riscaldare ma anche di raffreddare i cibi grazie a quell'informazione in più.
Ma come si effettua questa manipolazione? Come si fa a inserire un frammento di DNA estraneo all'interno di un filamento più lungo? Tra le tante tecniche esistenti vi parleremo della biobalistica, un metodo che permette di "sparare" DNA con una sorta di cannone!

Come funziona la tecnica biobalistica

Se qualcuno vi chiedesse di immettere del DNA esterno (che è una molecola piccolissima) all’interno del nucleo di una cellula (più grosso ma comunque invisibile ad occhio nudo) voi cosa proporreste? Non di certo di "sparare" DNA con un cannone, no? E invece è proprio ciò che accade nella biolistica, una delle prime tecniche inventate per inserire informazioni nelle cellule, modificandole.

DNA

Per quanto possa stupire, uno dei primi approcci (in particolare in campo vegetale) è stato quello di sparare il DNA contro le cellule bersaglio. Tale tecnica, conosciuta anche come biolistica, o approcio gene gun, consiste nell’utilizzare delle microsfere di oro, iridio o tungsteno ricoperte del DNA che si vuole inserire e spararle letteralmente contro le cellule, sperando che almeno una di queste venga centrata correttamente nel nucleo senza morire.
Questo metodo diretto è stato inventato tra il 1983 e il 1986 dai ricercatori Sanford, Wolf e Allen della Cornell Univeristy in collaborazione con una nota azienda chimica americana.

Spesso e volentieri sparare il DNA con un micro-cannone e dei micro-proiettili non dà risultati ottimali: l'efficacia di inserzione del DNA nelle cellule è piuttosto bassa e si attesta solitamente sotto al 10%, ma dipende da specie a specie e da altri fattori che sono in continuo miglioramento (Ainur Ismagul 2018).
Facendo un esempio ancora più concreto, possiamo immaginare che su 100 cellule bombardate 60 muoiano, 30 vengano deturpate dal processo e solamente 10 inglobino correttamente il DNA estraneo nel nucleo, permettendo quindi di acquisire quella capacità in più che stavamo cercando.

ingegneria genetica laboratorio

Sapendo che il processo non è efficace al 100% una volta che abbiamo bombardato le cellule dobbiamo selezionare solo quelle che hanno effettivamente inglobato il DNA modificato per poterle portare avanti nella ricerca. Ma come riconoscerle e differenziarle da quelle non correttamente trasformate? Bisogna usare un marker genetico (gene marker in inglese), un'ulteriore sequenza di DNA che abbiamo preventivamente sparato assieme al DNA estraneo. Possiamo, ad esempio, usare una sequenza detta fluorescent protein, che conferisce un colore particolare alle cellule trasformate per poterle riconoscere a colpo d'occhio. Oppure usare una sequenza di DNA che conferisca resistenza agli antibiotici in modo tale che solo le cellule che hanno integrato correttamente la sequenza siano in grado di crescere su un terreno contenente l'antibiotico, eliminando le altre.

piastre petri

A questo punto, una volta individuate, vengono separate e a seconda degli obbiettivi previsti possono succedere principalmente due cose:

  • Le cellule trasformate vengono fatte riprodurre per ottenerne tante copie. Questo permette, tra le altre cose, di produrre proteine specifiche codificate dal nuovo segmento di DNA;
  • Le cellule trasformate vengono utilizzate per ricreare l'organismo intero che conterrà in ognuna delle sue cellule quella specifica informazione in più. Otteniamo così nuovi individui con prestazioni differenti rispetto all'originale (ad esempio nelle piante una maggiore resistenza alla siccità, al freddo o ad eventuali patogeni).
cellule animali micorscopio

Ovviamente quella della biolistica non è l'unica tecnica esistente: ad oggi tra le tecniche di bioingegneria più note e utilizzate troviamo l'elettroporazione, la trasduzione, la trasformazione e il CRISPR/Cas9 che abbiamo trattato in un articolo ad hoc sugli OGM.

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