Come vengono utilizzati i plasmidi nell'ingegneria genetica

I plasmidi sono un tipo di molecole di DNA extracromosomico circolari presenti nei batteri e diversi tipi di eucarioti. Sono un tipo di molecole auto-replicanti all'interno di una cellula e sono indipendenti dal DNA genomico. Quindi, possono essere utilizzati come portatori di frammenti di DNA estranei in vari tipi di cellule nell'ingegneria genetica. La tecnica di biologia molecolare coinvolta qui è la clonazione. L'ingegneria genetica crea organismi con nuove caratteristiche. Questi nuovi organismi sono noti come organismi geneticamente modificati (OGM). Questo articolo si concentra sul processo di ingegneria genetica, descrivendo l'uso dei plasmidi nella creazione di nuovi organismi attraverso l'alterazione dei genomi.

Aree chiave coperte

1. Cosa sono i plasmidi
      - Definizione, Caratteristiche
2. Come vengono utilizzati i plasmidi nell'ingegneria genetica
     - Processo di clonazione molecolare

Termini chiave: clonazione, DNA, ingegneria genetica, organismi geneticamente modificati (OGM), plasmidi

Cosa sono i plasmidi

I plasmidi sono piccole molecole circolari di DNA che si trovano principalmente nei batteri. Sono elementi di DNA extracromosomico, in grado di replicarsi indipendentemente dal genoma batterico. I geni codificati nei plasmidi aiutano i batteri a sopravvivere in condizioni di stress. Diverse copie di plasmidi possono naturalmente verificarsi all'interno di una cellula batterica. I plasmidi possono essere utilizzati come vettori che trasportano molecole di DNA estranee in cellule sia eucariotiche che procariotiche. Le caratteristiche che aiutano i plasmidi per essere usate come vettori sono descritte di seguito.

Caratteristiche dei plasmidi

1. I plasmidi possono essere facilmente isolati dalle cellule batteriche.
2. Sono auto-replicanti all'interno delle cellule.
3. Sono composti da siti di restrizione unici per uno o più enzimi di restrizione.
4. L'inserimento di un frammento di DNA estraneo non può alterare le proprietà di replicazione dei plasmidi.
5. I plasmidi possono essere trasformati sequenzialmente in diversi tipi di cellule e i trasformanti possono essere selezionati in base alle proprietà di resistenza agli antibiotici dei plasmidi trasformati.

Figura 1: Plasmidi

Come vengono utilizzati i plasmidi nell'ingegneria genetica

L'ingegneria genetica è la modifica del DNA al fine di produrre nuovi tipi di organismi inserendo o eliminando i geni. L'introduzione di geni può essere effettuata per mezzo di vettori come i plasmidi. Di seguito sono riportati i principali passaggi dell'ingegneria genetica.

1. Amplificazione PCR della sequenza DNA bersaglio
2. Digestione di frammenti di DNA e plasmidi dallo stesso enzima di restrizione
3. Legatura di plasmidi e frammenti di DNA estranei, che producono molecole di DNA ricombinanti.
4. Trasformazione delle molecole di DNA ricombinante in un tipo desiderato di cellule.
5. Selezione di celle trasformate.

I vettori più comuni utilizzati nella clonazione sono isolati da E. coli. Ogni plasmide contiene tre regioni funzionali: origine della replicazione, un gene responsabile della resistenza agli antibiotici e sito di riconoscimento delle restrizione per l'inserimento di un gene estraneo. Un particolare enzima di restrizione viene usato per tagliare sia il plasmide che il frammento di DNA estraneo. Durante la digestione di restrizione, il plasmide circolare diventa lineare e durante la legatura, il frammento di DNA estraneo può essere inserito nelle due estremità, rendendo di nuovo il plasmide circolare. Il plasmide ricombinante viene trasformato in una cellula ricettiva che può essere un batterio, un lievito, una pianta o una cellula animale. La produzione di un gran numero di molecole di DNA ricombinante all'interno della cellula ricettiva è nota come clonazione. Le cellule trasformate possono essere identificate dalla resistenza antibiotica del plasmide. Tuttavia, il trasformante può contenere il mutuo plasmide o il plasmide ricombinante. Entrambi i tipi di plasmidi mostrano resistenza agli antibiotici. Quindi, un altro gene come LacZ è necessario per identificare i trasformanti con plasmidi ricombinanti. I trasformanti con i plasmidi ricombinanti sono chiamati OGM.

Il processo dettagliato della clonazione molecolare è mostrato in figura 2.

Figura 2: Clonazione molecolare

Conclusione

I plasmidi sono molecole di DNA circolari che si trovano naturalmente nei batteri. Contengono geni principalmente per resistenza agli antibiotici. I plasmidi sono utilizzati nell'ingegneria genetica per trasferire materiale genetico estraneo in diversi tipi di cellule. Il frammento di DNA estraneo viene inserito nel plasmide e la molecola di DNA ricombinante viene trasformata nella cellula ricevente. Le cellule trasformate sono selezionate dalla resistenza antibiotica del plasmide usato.  

Riferimento:

1. Lodish, Harvey. "DNA Cloning con Plasmid Vectors." Biologia cellulare molecolare. 4a edizione., U.S. National Library of Medicine, 1 gennaio 1970, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21498/.

Cortesia dell'immagine:

1. "Plasmid (inglese)" Per utente: Spaully su inglese wikipedia - Opera propria (CC BY-SA 2.5) via Commons Wikimedia
2. "Figura 17 01 06" di CNX OpenStax - (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia