Perché i batteri sono utilizzati nella tecnologia del DNA ricombinante

La tecnologia del DNA ricombinante è un metodo per unire il DNA di due specie e inserirlo in un organismo ospite, per produrre nuove combinazioni genetiche. Il processo di laboratorio utilizzato per produrre il DNA ricombinante è la clonazione molecolare. PCR replica il frammento di DNA desiderato che viene inserito in un plasmide. Il plasmide ricombinato viene trasformato in un organismo ospite per produrre un gran numero di copie del plasmide ricombinato. I batteri sono l'organismo ospite utilizzato nella tecnologia del DNA ricombinante e ci sono diverse ragioni per l'utilizzo di questi come ospite.

Aree chiave coperte

1. Cos'è la tecnologia del DNA ricombinante
     - Definizione, fasi del processo
2. Perché i batteri sono utilizzati nella tecnologia del DNA ricombinante
     - Ragioni per l'uso dei batteri come organismo ospite

Termini chiave: batteri, clonazione molecolare, velocità di crescita, tecnologia del DNA ricombinante, PCR, plasmidi, selezione

Cos'è la tecnologia del DNA ricombinante

La tecnologia del DNA ricombinante è una tecnica di biologia molecolare utilizzata per produrre molecole di DNA ricombinante che portano la caratteristica desiderata per un particolare organismo. La clonazione molecolare è la tecnica di laboratorio utilizzata per produrre un numero elevato di copie di DNA ricombinante accoppiato con PCR. Il processo di clonazione molecolare consiste di sette passaggi come descritto di seguito.

1. Scelta dell'organismo ospite e del vettore di clonazione - L'organismo ospite è principalmente batteri. La scelta del vettore di clonazione dipende dalla scelta dell'organismo ospite, dalla dimensione del frammento di DNA estraneo e dal livello di espressione.
2. Preparazione del DNA vettoriale - Il vettore di clonazione viene digerito con enzimi di restrizione per rendere compatibili estremità con il frammento di DNA estraneo.
3. Preparazione del DNA da clonare - Il frammento di DNA desiderato da clonare può essere amplificato mediante PCR e digerito con gli enzimi di restrizione per generare estremità compatibili con il vettore di clonazione.
4. Creazione di DNA ricombinante - Il vettore di clonazione digerito e il frammento di PCR vengono ligati trattando con DNA ligasi.
5. Introduzione del DNA ricombinante nell'organismo ospite - Le molecole di DNA ricombinate vengono trasformate in batteri per ottenere un gran numero di copie.
6. Selezione di organismi trasformati - un marker selezionabile come la resistenza agli antibiotici può essere utilizzato per selezionare i batteri trasformati in una coltura.
7. Screening per cloni con DNA desiderato - Il sistema di screening blu-bianco, la PCR, l'analisi del frammento di restrizione, l'ibridazione dell'acido nucleico, il sequenziamento del DNA e le sonde di anticorpi possono essere utilizzati per schermare i cloni con il frammento di DNA desiderato.

I passaggi della tecnologia del DNA ricombinante sono mostrati in Figura 1.

Figura 1: Tecnologia del DNA ricombinante

Perché i batteri sono utilizzati nella tecnologia del DNA ricombinante

I batteri diventano "fabbriche" che producono un gran numero di copie del DNA ricombinante. Ci sono diverse ragioni per l'uso dei batteri come ospite nella tecnologia del DNA ricombinante. Loro sono;

1. Le cellule batteriche sono facili da coltivare, mantenere e manipolare in laboratorio. I requisiti di crescita sono semplici nei batteri e possono essere forniti in una capsula di Petri. Le condizioni di crescita possono essere fornite facilmente all'interno di un'incubatrice. Possono anche tollerare il DNA estraneo all'interno della cellula.

2. Si moltiplicano rapidamente. Poiché i batteri sono piccoli organismi, crescono rapidamente rispetto ai tipi di cellule complesse. I loro tassi di divisione cellulare sono alti.

3. Gli elementi extracromosomici di batteri noti come plasmidi possono essere manipolati e possono essere utilizzati come portatori di DNA ricombinante nelle cellule. I plasmidi possono essere isolati dai batteri per inserire il DNA estraneo e poi trasformati nuovamente in batteri.

4. I plasmidi clonati e ricombinanti possono essere facilmente isolati dai batteri. Il DNA plasmidico può essere isolato mediante semplici processi di laboratorio attraverso la lisi cellulare batterica.

Viene mostrato l'uso di batteri nella tecnologia del DNA ricombinante figura 2.

Figura 2: Uso dei batteri nella tecnologia del DNA ricombinante

E. coli è il tipo di batteri ampiamente utilizzato a causa di diversi motivi:

• E. coli il genoma è ben studiato ed è relativamente semplice. Porta solo 4, 400 geni. Inoltre, rimane aploide per tutta la vita. Pertanto, l'ingegneria proteica è facile con E. coli come una copia del gene singolo è lì per essere mascherato da mutagenesi sito-diretta.
• Il tasso di crescita di E. coli è alto. Si replica rapidamente entro 20 minuti. Pertanto, è facile ottenere la fase di log (a metà strada dalla massima densità).
• Molti E. coli i ceppi sono sicuri da maneggiare con una ragionevole igiene.
• La preparazione di cellule competenti (le cellule in grado di acquisire DNA estraneo) e la trasformazione di molecole ricombinanti sono facili con E. coli.

Conclusione

La tecnologia del DNA ricombinante viene utilizzata per introdurre le caratteristiche desiderate agli organismi. I batteri sono utilizzati come modelli nella tecnologia del DNA ricombinante a causa di molti motivi quali facile crescita e manipolazione, divisione cellulare rapida, semplicità, capacità di selezionare e trasformare i trasformanti.

Riferimento:

1.Griffiths, Anthony JF. "Realizzare il DNA ricombinante". Introduzione all'analisi genetica. 7a edizione., U.S. National Library of Medicine, 1 gennaio 1970, disponibile qui.
2. Phillips, Theresa. "I 6 principali motivi per cui E. coli è usato per la clonazione genica." Il bilancio, disponibile qui.

Cortesia dell'immagine:

1. "OSC Microbio 12 01 MolCloning" di CNX OpenStax - (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia
2. "Gene cloning" di Kelvinsong - Opera propria (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia