Cosa sono gli OGM e come sono fatti?

Le basi della modifica genetica

Cos'è un OGM?

L'OGM è l'abbreviazione di "organismo geneticamente modificato". La modificazione genetica esiste da decenni ed è il modo più efficace e rapido per creare una pianta o un animale con caratteristiche o caratteristiche specifiche. Consente modifiche specifiche precise alla sequenza del DNA. Poiché il DNA comprende essenzialmente il progetto per l'intero organismo, le modifiche al DNA modificano le funzioni di cui è capace l'organismo.

Non c'è davvero altro modo di farlo se non usando le tecniche sviluppate negli ultimi 40 anni per manipolare direttamente il DNA.

Come modifichi geneticamente un organismo? In realtà, questa è una domanda piuttosto ampia. Un organismo può essere una pianta, un animale, un fungo o un batterio e tutti questi possono essere e sono stati geneticamente modificati per quasi 40 anni. I primi organismi geneticamente modificati furono batteri all'inizio degli anni '70 . Da allora, i batteri geneticamente modificati sono diventati il ​​cavallo di battaglia di centinaia di migliaia di laboratori che fanno modifiche genetiche su piante e animali. La maggior parte del mescolamento del gene di base e le modifiche sono progettate e preparate utilizzando batteri, principalmente alcune variazioni di E. coli , quindi trasferiti agli organismi bersaglio.

L'approccio generale per alterare geneticamente piante, animali o microbi è concettualmente abbastanza simile. Tuttavia, ci sono alcune differenze nelle tecniche specifiche dovute a differenze generali tra cellule vegetali e animali.

Ad esempio, le cellule vegetali hanno pareti cellulari e le cellule animali no.

Ragioni per le modifiche genetiche di piante e animali

Gli animali GM sono fatti principalmente per scopi di ricerca, spesso come modelli di sistemi biologici usati per lo sviluppo di farmaci. Ci sono stati alcuni animali geneticamente modificati sviluppati per altri scopi commerciali, come pesci fluorescenti come animali domestici e zanzare GM per aiutare a controllare le zanzare portatrici di malattie.

Tuttavia, queste sono applicazioni relativamente limitate al di fuori della ricerca biologica di base. Finora, nessun animale geneticamente modificato è stato approvato come fonte di cibo. Presto, tuttavia, ciò potrebbe cambiare con il salmone AquaAdvantage che si sta facendo strada attraverso il processo di approvazione.

Con le piante, tuttavia, la situazione è diversa. Mentre molte piante sono modificate per la ricerca, l'obiettivo della maggior parte delle modificazioni genetiche delle colture è quello di creare un ceppo vegetale vantaggioso dal punto di vista commerciale o sociale. Ad esempio, le rese possono essere aumentate se le piante sono progettate con una resistenza migliorata a un parassita che causa la malattia come la Papaya Arcobaleno, o la capacità di crescere in una regione inospitale, forse più fredda. Il frutto che rimane maturo più a lungo, come Endless Summer Tomatoes, offre più tempo per il periodo di conservazione dopo la raccolta per l'uso. Inoltre, sono stati realizzati anche tratti che aumentano il valore nutrizionale, come il Golden Rice progettato per essere ricco di vitamina A, o l'utilità del frutto, come le mele artiche non dorate.

In sostanza, è possibile introdurre qualsiasi tratto che può essere manifestato con l'aggiunta o l'inibizione di un gene specifico. Possono essere gestiti anche i tratti che richiedono più geni, ma ciò richiede un processo più complicato che non è stato ancora raggiunto con colture commerciali.

Cos'è un gene?

Prima di spiegare come vengono introdotti nuovi geni negli organismi, è importante capire cos'è un gene. Come molti probabilmente sanno, i geni sono fatti di DNA, che è in parte composto da quattro basi comunemente indicate come A, T, C, G. L'ordine lineare di queste basi in fila lungo un filamento di DNA di un gene può essere pensato come un codice per una specifica proteina, proprio come le lettere in una riga di codice di testo per una frase.

Le proteine ​​sono grandi molecole biologiche costituite da aminoacidi collegati tra loro in varie combinazioni. Quando la giusta combinazione di aminoacidi è collegata insieme, la catena di aminoacidi si ripiega insieme in una proteina con una forma specifica e le giuste caratteristiche chimiche insieme per consentirgli di svolgere una particolare funzione o reazione. Gli esseri viventi sono costituiti in gran parte da proteine. Alcune proteine ​​sono enzimi che catalizzano le reazioni chimiche; altri trasportano materiale nelle cellule e alcuni agiscono come interruttori che attivano o disattivano altre proteine ​​o cascate proteiche.

Quindi, quando viene introdotto un nuovo gene, dà alla cellula la sequenza di codice per consentirgli di creare una nuova proteina.

In che modo le cellule organizzano i loro geni?

Nelle piante e nelle cellule animali, quasi tutto il DNA è ordinato in diversi lunghi filamenti che si avvolgono nei cromosomi. I geni sono in realtà solo piccole sezioni della lunga sequenza di DNA che costituisce un cromosoma. Ogni volta che una cellula si replica, tutti i cromosomi vengono replicati per primi. Questo è l'insieme centrale di istruzioni per la cellula e ogni cellula di progenie ottiene una copia. Quindi, per introdurre un nuovo gene che consenta alla cellula di creare una nuova proteina che conferisca un particolare tratto, è sufficiente inserire un po 'di DNA in uno dei lunghi filamenti cromosomici. Una volta inserito, il DNA verrà passato a tutte le cellule figlie quando le cellule si replicano esattamente come tutti gli altri geni.

In effetti, alcuni tipi di DNA possono essere mantenuti in cellule separate dai cromosomi e i geni possono essere introdotti usando queste strutture in modo che non si integrino nel DNA cromosomico. Tuttavia, con questo approccio, poiché il DNA cromosomico della cellula è alterato, di solito non viene mantenuto in tutte le cellule dopo diverse repliche. Per modifiche genetiche permanenti ed ereditabili, come i processi utilizzati per l'ingegneria delle colture, vengono utilizzate modifiche cromosomiche.

Come viene inserito un nuovo gene?

L'ingegneria genetica si riferisce semplicemente all'inserimento di una nuova sequenza di basi del DNA (di solito corrispondente a un intero gene) nel DNA cromosomico dell'organismo. Questo può sembrare concettualmente semplice, ma tecnicamente diventa un po 'più complicato. Ci sono molti dettagli tecnici coinvolti nell'ottenere la giusta sequenza di DNA con i giusti segnali nel cromosoma nel giusto contesto che consente alle cellule di riconoscere che è un gene e usarlo per creare una nuova proteina.

Vi sono quattro elementi chiave comuni a quasi tutte le procedure di ingegneria genetica:

1. Innanzitutto, hai bisogno di un gene. Questo significa che hai bisogno della molecola del DNA fisico con le particolari sequenze di base. Tradizionalmente, queste sequenze sono state ottenute direttamente da un organismo utilizzando una qualsiasi di diverse tecniche laboriose. Oggigiorno, piuttosto che estrarre il DNA da un organismo, in genere gli scienziati sintetizzano dalle sostanze chimiche di base A, T, C, G. Una volta ottenuta, la sequenza può essere inserita in un pezzo di DNA batterico simile a un piccolo cromosoma (un plasmide) e, poiché i batteri si replicano rapidamente, è possibile ricavare gran parte del gene necessario.
2. Una volta ottenuto il gene, è necessario inserirlo in un filamento di DNA circondato dalla giusta sequenza di DNA circostante per consentire alla cellula di riconoscerla ed esprimerla. Principalmente, questo significa che hai bisogno di una piccola sequenza di DNA chiamata un promotore che segnali alla cellula di esprimere il gene.
3. Oltre al gene principale che deve essere inserito, spesso è necessario un secondo gene per fornire un marker o una selezione. Questo secondo gene è essenzialmente uno strumento utilizzato per identificare le cellule che contengono il gene.
4. Infine, è necessario avere un metodo per distribuire il nuovo DNA (cioè promotore, nuovo gene e marcatore di selezione) nelle cellule dell'organismo. Ci sono diversi modi per farlo. Per le piante, il mio preferito è l'approccio della pistola gene che utilizza un fucile 22 modificato per sparare al tungsteno rivestito di DNA o particelle d'oro nelle cellule.

Con le cellule animali, ci sono un certo numero di reagenti per la trasfezione che rivestono o complessano il DNA e gli permettono di passare attraverso le membrane cellulari. È anche comune che il DNA sia unito con il DNA virale modificato che possa essere usato come vettore genico per trasportare il gene nelle cellule. Il DNA virale modificato può essere incapsulato con normali proteine ​​virali per creare uno pseudovirus che può infettare le cellule e inserire il DNA che trasporta il gene, ma non replicarsi per creare nuovo virus.

Per molte piante dicotiche, il gene può essere inserito in una variante modificata del vettore T-DNA del batterio Agrobacterium tumefaciens. Ci sono anche altri approcci. Tuttavia, con la maggior parte, solo un piccolo numero di cellule raccoglie il gene rendendo la selezione delle cellule ingegnerizzate una parte critica di questo processo. Questo è il motivo per cui un gene di selezione o marcatore è tipicamente necessario.

Ma come fai a creare un mouse o un pomodoro geneticamente modificati?

Un OGM è un organismo con milioni di cellule e la tecnica sopra descrive solo come ingegnerizzare geneticamente le singole cellule. Tuttavia, il processo per generare un intero organismo consiste essenzialmente nell'utilizzare queste tecniche di ingegneria genetica su cellule germinali (cioè, spermatozoi e cellule uovo). Una volta inserito il gene chiave, il resto del processo utilizza fondamentalmente tecniche di allevamento genetico per produrre piante o animali che contengono il nuovo gene in tutte le cellule del loro corpo. L'ingegneria genetica è davvero fatta solo per le cellule. La biologia fa il resto.