[Rubrica][Sospesa] Doppia Elica - Biologia, Ingegneria Genetica e DNA

Oggi stavo guardando un episodio di X-files, il numero 24 della prima stagione per essere precisi, quando verso la metà, a Skully (si scrive così? ) viene fatto leggere un foglio simile:



Questo è un sequenziamento del DNA, vecchia maniera. Si faceva qualche decina d'anni fa a costi esorbitanti, oggi è routine nei laboratori per studiare corte sequenze di DNA.
Il suo funzionamento non è esattamente semplice, su wikipedia è spiegato in modo semplice per me, ma non è assolutamente comprensibile per chi non lavora con il DNA.
Se volete posso fare una serie di post in cui spiego il suo funzionamento passo per passo, ma è un lavoro piuttosto pesante

Per cui volevo chiedervi se ne siete interessati! Fatemi sapere

Prace se hai tempo e voglia io lo leggerò sicuramente!

Dai che ti si mette a lavoro...fannullone!

Cominciamo allora (Aurora, hai visto che mi sono messo al lavoro? ) con la serie di post dedicati al sequenziamento del DNA. Cercherò di renderlo più semplice possibile (anche saltando parti che renderebbero solo noiosa e meno comprensibile la lettura), in quanto il tema è forse il più difficile che abbia affrontato finora in questa rubrica!

Iniziamo dal metodo enzimatico di Sanger, il chain terminator method sviluppato appunto da Frederick Sanger.

Partiamo dalla base: perchè enzimatico? Perchè si basa su un enzima, una proteina chiamata DNA polimerasi. Questa proteina ha la capacità di creare un filamento complementare di DNA a partire da un filamento singolo di DNA. Cioè, se noi avessimo:

ATGGCCATTGA

Con la polimerasi avremmo (ricordando che A va con T e G con C):

ATGGCCATTGA
TACCGGTAACT

Naturalmente la polimerasi non può fare questo da sola, ci vogliono i nucleotidi! Basta mettere singole A,T,G,C in soluzione (creabili in laboratorio) perchè questa reazione abbia inizio. Una volta iniziata, finchè il filamento complementare non è esaurito, la polimerasi non si stacca (se non in rari casi!). A,T,G,C vengono richiamati dalla sigla dNTP, deossiNucleotidi-TriFosfato, e li chiamerò così d'ora in avanti (non importa capire il significato della sigla ).

Polimerasi in azione!

Quindi, a partire da un filamento di DNA ne abbiamo uno che è uguale, ma speculare! Ma se volessimo saperne la sequenza?
La genialità del metodo di Sanger sta in una molecola: il ddNTP, che ha una d in più del precedente (dideossi-ecc.). Questo nucleotide ha la particolarità di saper fermare la sintesi del nuovo filamento del DNA: una volta incorporato dalla polimerasi, questa si stacca e la sintesi non va più avanti!

Continua... Se avete domande chiedete pure!

Nel frattempo vi ho ritrovato l'immagine incriminata di X-Files :

Comunque, eravamo rimasti ai ddNTP, che dicevamo servono come terminatori della sintesi del nuovo filamento di DNA.
Nel sequenziamento di Sanger questi ddNTP vengono marcati con fluorescenza o, soprattutto in passato, con una bassa radioattività. A cosa serve questo accorgimento? Lo vediamo subito:

Vengono preparate 4 provette con lo stesso DNA. In ognuna vengono messi i 4 dNTP normali (ovvero che non fermano la polimerasi), la DNA polimerasi (non una eh, si intende tante proteine!) e una bassa quantità di un terminatore solo, uno diverso per ogni provetta.

A questo punto viene fatta partire la sintesi in ogni provetta. Statisticamente sarà molto più facile che un dNTP capiti nella polimerasi anzichè un ddNTP.

Quindi, se questo era il nostro filamento di partenza:

ATGGCCATTGA

avremo, ad ex nella provetta con ddNTP che corrisponde a T, questi filamenti:

AT
ATGGCCAT
ATGGCCATT
ATGGCCATTGA

Dove il nucleotide azzurro corrisponde ad un ddNTP terminatore. Questa cosa viene fatta per ognuna delle 4 basi.

Ora, esiste un metodo, chiamato elettroforesi, che permette di dividere i filamenti secondo il loro peso: la soluzione viene caricata in un gel polimerico, a cui viene applicata una corrente. E' un po' come applicare la stessa forza a oggetti di diverso peso: immaginate di avere una biglia una palla da calcio e una da bowling; se applicate la stessa forza a tutte, quella che si muoverà più lontana sarà la biglia, seguita dalla palla da calcio e da quella da bowling, e la loro distanza sarà proporzionale al loro peso.

Nella elettroforesi, le quattro provette vengono caricate una di fianco all'altra, e sottoposte alla stessa corrente:

Guardate l'immagine di sinistra: C,T,A e G corrispondono ai 4 ddNTP terminatori, mentre ogni blocchettino (banda) corrisponde a un filamento, ognuno più pesante dell'altro di un solo nucleotide. La marcatura radioattiva o a fluorescenza serve quindi a evidenziare le bande!

Dovreste aver capito ora, leggendo dal basso, saltando da una banda all'altra con un solo nucleotide di differenza è possibile ricreare la sequenza del DNA in esame!!!


P.S. mi sono accorto ora che nell'immagine manca una banda rossa... Non male per una immagine presa da un sito di una università! Ad ogni modo fate come se ci fosse!

Interessante...Si tratta dell'ultimo episodio della prima serie, intitolato in italiano "Nuove creature"...e Scully si scrive con la c al posto della k...ma è un errore banale.
Comunque questo foglio con su raffigurata una sequenza del DNA a velocità normale mi era fuggita...eheh
Occhi di falco Prace!

_Thomas88_, 1/22/2010 2:25 PM:

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Interessante...Si tratta dell'ultimo episodio della prima serie, intitolato in italiano "Nuove creature"...e Scully si scrive con la c al posto della k...ma è un errore banale.
Comunque questo foglio con su raffigurata una sequenza del DNA a velocità normale mi era fuggita...eheh
Occhi di falco Prace!

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Grazie della correzione! Comunque c'è anche un'immagine più nitida della lastra, ma volevo metterci dentro anche Scully

Queste lezioni di genetica sono da orgasmo caro prace

Piccolopopolo, 1/22/2010 3:48 PM:

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Queste lezioni di genetica sono da orgasmo caro prace

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ahahah grazie piccolopopolo!

Cerco solo di renderle più comprensibili possibile, perchè trovo che sia interessante per tutti capire qualcosa in più in materia di DNA! Poi potete fare i fighi con gli amici e dire "io queste cose le so"

Ciao prace mi interessa molto queso del DNA.
Hai preso xfiles e io ti cito CSI... quando per esempio con un capello prendono il dna e lo raffrontano con altri campioni quanto è sicuro il procediamento. Può esserci un errore? Tipo che il dna è simile ma non uguale..mi interesserebbe sapere il margine di errore nell'identificazione...

Poi altra curiosità sui gemelli...hanno lo stesso DNA?

Ciao Menelao, ottima domanda!
Affronterò domani il tema del DNA fingerprinting e il modo in cui si raffronta il DNA in campo forense! Ti anticipo che il margine di errore è 1 a un numero incredibilmente alto, domani mi documento bene e ti darò le stime precise!
Per quanto riguarda i gemelli dipende se essi sono eterozigoti (2 spermatozoi diversi vanno a fecondare 2 ovuli) o omozigoti(un ovulo fecondato da uno spermatozoo si divide e dà origine a due individui), il DNA nel caso dei secondi è identico, con pochissime variazioni!

Affrontiamo oggi come premesso il tema del DNA nelle scienze forensi.
Inizio con il porvi una domanda: Quanto pensate che sia il nostro DNA adibito alla creazione di proteine (le "macchine" che ci fanno funzionare)? Provate a rispondere...
...
...
Fatto?
E' meno del 3%. Questo vale a dire che sui 3 miliardi ci basi (AT/GC) che formano il nostro genoma, solo 90 milioni servono effettivamente a creare proteine. E il resto a che serve? Bhe innanzitutto questo non significa tutto il resto del genoma è "inutile". Molte sequenze, pur non dando origine a sintesi proteica hanno funzioni speciali nella cellula (controllo della sintesi, degradazione di RNA ecc.).
Resta pur sempre una gran quantità di DNA. Negli scorsi decenni, soprattutto negli anni 60-70, subito dopo la scoperta del DNA ad opera di Watson-Crick, questo DNA veniva soprannominato "junk-DNA", DNA spazzatura.
Ben presto si è scopertò però che parte di questo DNA "inutile" è in realtà il DNA che più ci differenzia gli uni dagli altri: se le sequenze dei geni sono altamente conservate, alcune sequenze "junk" sono estremamente diverse in ogni organismo, quasi come le impronte digitali.
Si tratta di sequenze altamente ripetitive, dove un motivo viene ripetuto molte volte in tandem (Ad ex. ATGGGCCATAG-ATGGGCCATAG-ATGGGCCATAG ecc..).

Riuscite a capire chi è il colpevole?

Quanto costa un esame del genere?
Il fatto di poter sequenziare solo qualche migliaio di basi per ogni uomo, andando a prendere solo queste specifiche regioni, sta anche alla base del fatto per cui "possiamo" economicamente permetterci questi esami. Quando inizialmente si sequenziava con il metodo che vi ho proposto nel precedente post, il costo di laboratorio si aggirava sul 1$ dollaro per ogni base sequenziata. Pensate dover sequenziare il genoma: 3 miliardi di dollari, come minimo, perchè poi tali sequenze vanno validate con ulteriori esperimenti. Ad oggi, questo costo si è drammaticamente abbassato, anche per merito delle tecnologie disponibili oggi. Sempre ritornando al presente, un esame del "junk" DNA in laboratori privati si aggira sui 3000 euro.


Quanto è preciso?
Le prime stime, per quanto riguarda la precisione, parlavano chiaro, una possibilità su 100 miliardi di trovare sequenze identiche in diverse persone. In realtà questo numero è sensibilmente minore, e ci avviciniamo a 1:10.000.000. Tuttavia, per esami in cui si cercano sospettati, questo margine è del tutto insignificante, in quanto in un paese di 60 milioni di persone, circa 6 potrebbero potenzialmente condividere tale sequenza. Se escludiamo quelle che cadono nella decina di sospettati di cui si indaga, è chiaro che questo limite appare assurdo. L'unico problema si pone appunto coi gemelli omozigoti (anche detti monozigoti), che condividono anche lo stesso junk DNA.

Spero che sia abbastanza comprensibile, se avete domande, come sempre, non esitate a farle!!

Ciao Prace! Ho visto che ti sei messo di "buzzo bono" e stai facendo un ottimo lavoro!

Ho due domande da farti...ho letto che le analisi del DNA in un paese di 60 milioni di persone possono portare a trovare 6 o più persone con lo stessa sigla DNA, quindi possiamo dire che incriminare uno di reato perchè è stato trovato il suo DNA sul luogo del delitto non è del tutto giusto al 100%.

E la seconda...nella vita è possibile che il DNA cambi in una persona dopo quanche anno di vita? Apparte i casi dovuti alle radiazioni nucleari.

Il copevole è il numero 1...

AURORA PILOT, 1/25/2010 4:06 PM:

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Ho due domande da farti...ho letto che le analisi del DNA in un paese di 60 milioni di persone possono portare a trovare 6 o più persone con lo stessa sigla DNA, quindi possiamo dire che incriminare uno di reato perchè è stato trovato il suo DNA sul luogo del delitto non è del tutto giusto al 100%.

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Precisamente, ed è su questo che spesso gli avvocati fanno leva. Tuttavia, quando la cerchia dei sospettati si restrige, come normale, ad un campo di 20-30 possibili colpevoli, cioè 1/2.000.000 di una popolazione di 60 milioni di individui, è chiaro che le probabilità di trovare 2 persone con lo stesso identico identifcativo del DNA è quasi impossibile.

AURORA PILOT, 1/25/2010 4:06 PM:

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E la seconda...nella vita è possibile che il DNA cambi in una persona dopo quanche anno di vita? Apparte i casi dovuti alle radiazioni nucleari.

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Certo, il DNA non è statico, ma in continuo mutamento! Ti faccio l'esempio più banale: soltanto stando al sole d'estate, nel tuo corpo le cellule subiscono (in tutto l'organismo) circa 10 mutazioni di singole basi al secondo! Per fortuna il nostro corpo le ripara prontamente, i meccanismi di riparazione sono molto raffinati e precisi.
Certo, non sempre vengono riparati, e allora c'è da stare attenti, pechè se la mutazione avviene in uno specifico punto del DNA può insorgere un tumore.

AURORA PILOT, 1/25/2010 4:06 PM:

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Il copevole è il numero 1...

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Well done!

Capito tutto Prace...riesci ad essere comprensibile da tutti su un argomento molto difficile...Complimenti ancora.

Ora ti voglio fare io una domanda, che mi è venuta in mente adesso e riguardante sempre X-files. Su un episodio, non ricordo ora la serie, la seconda forse, i due agenti dell'FBI si occupano di un caso che ha per protagonista una creatura mutante anfibia dalle fattezze umane, un umanoide diciamo, creato dai rifiuti tossici di una nave cargo.
Adesso io ti chiedo, è possibile che si creino, con i rifiuti tossici o radiottivi, non dico umanoidi ma nuove forme animali?
Cioè, mi spiego meglio con un esempio:
una razza di ratti vive in un'area radioattiva e si ciba di rifiuti tossici, con il tempo possono dare vita ad un super ratto, con capacità maggiori o aspetto radicalmente diverso ai suo predecessori?
Forse è una domanda un po' sciocca ma è da molto che voglio sapere questa cosa.

_Thomas88_, 1/25/2010 5:18 PM:

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Capito tutto Prace...riesci ad essere comprensibile da tutti su un argomento molto difficile...Complimenti ancora.

Ora ti voglio fare io una domanda [...]

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Grazie di nuovo per i complimenti!
La domanda direi che è pertinente, anche perchè tra i supereroi americani è il tipico clichè della loro origine!
Che dire, non è così che va nella realtà. Purtroppo le cose che possono succedere sono 3:

1)morte istantanea del ratto;
2)il ratto sviluppa tumori a non finire;
3)il ratto sopravvive (parliamo di una possibilità molto bassa) e dà origine a una generazione di ratti più resistenti alle radiazioni.

Nuovi organismi direi proprio di no, anche perchè i tempi evolutivi sarebbero molto dilatati (intendo migliaia di anni e di generazioni per rendere stabile il nuovo organismo!)

Mi spiace deluderti (anche a me spiace!) ma non avremo mai uno Splinter-sensei come quello delle tartarughe ninja!

Grazie per la risposta...quindi è solamente una semplice e spettacolare invenzione cinematografica, forse frutto di qualche leggenda metropolitana...Nella realtà l acosa è... praticamente impossibile.
( p.s. almeno così sono sicuro che non mi usciranno mai dal water dei mutanti umanoidi puzzolenti...eheh )

Moyashimon (もやしもん), noto anche come Moyashimon: Tales of Agriculture nei paesi anglosassoni, è una serie anime di 11 episodi andata in onda sulla Fuji TV dal 12 ottobre al 21 dicembre 2007. La serie è basata sull'omonimo manga di Masayuki Ishikawa, serializzato a partire dal 2004 sulla rivista Evening della Kodansha.

La serie segue le vicissitudini della matricola Tadayasu Sawaki, iscritto a un'università agricola (basata sull'Università di Coimbra, da notare come la bandiera del campus sia quasi identica alla bandiera portoghese) e dotato della singolare capacità di poter percepire batteri ed altri microorganismi ad occhio nudo, raffigurandoli come buffe "creaturine" di dimensioni maggiori rispetto alle loro controparti reali. Il giovane è anche in grado di toccarli e in certi casi di comunicare con essi.

I batteri stilizzati hanno dato origine a svariata merchandising

Il bizzarro professore Keizō Itsuki è venuto a conoscenza dei poteri del ragazzo grazie alla conoscenza con il nonno del giovane, e decide di sfruttarli per il bene delle sue ricerche scientifiche (in gran parte incentrate sulla fermentazione), evitando nel contempo che altri scoprano di questa sua abilità. Il professor Itsuki lavora con una giovane ricercatrice chiamata Haruka Hasegawa, la quale è incredula a riguardo delle capacità di Sawaki, ma presto si dovrà ricredere.


Che dire, ormai in giappone esiste un fumetto virtualmente su ogni tema esistente!!

Questi giapponesi...vanno forti con i cartoni animati! Ogni mese ne esce fuori uno nuovo...

In un tentativo di superare la mancanza di combustibile bioorganico esistente, i ricercatori hanno sviluppato un batterio che può convertire biomassa di una qualsiasi pianta in diesel pronto per l'uso su strada.

Fiora, i "biofuels" si sono limitati in larga parte all'etanolo (il comune alcool NDPrace) che è però più difficile da trasportare rispetto al petrolio e deriva da piante quali il mais e la canna da zucchero, mettendo pertando il problema del carburante per auto davanti a quello della fame nel mondo.

Potrebbero essere utilizzate le comuni erbacce!

Su Nature di questa settimana, i ricercatori dell'Università della California, Berkley, e la ditta di biotecnologie LS9 di San Francisco descrivono una potenziale soluzione al problema: un batterio di Escherichia coli che può creare biodiesel da zucchero o emicellulosa, una componente essenziale delle fibre delle piante.

Molecola di emicellulosa

Il metodo proposto può essere riprodotto in grande scala per creare molecole simili al petrolio, e il "cibo" dei batteri può essere espanso ad altri materiali cellulosici, affermano i ricercatori.

Fonte: Nature.com

E' sempre stato così è il mercato che comanda la ricerca. Si spende di più per la calvizie che per i vaccini di molte malattie mortali in africa.
Purtroppo dettano legge i TRIP delle case farmaceutiche, che Lulu ha giustamente abolito in Brasile dando alla popolazione i farmaci generici.

Sull'energia delle biomasse per ora non è abbastanza, mi sembra una chimera utilizzarla nei prossimi anni in modo serie. Diciamo che il vento e il sole rimangono la prima scelta anche se il nano con il bitume in testa pensa al nucleare.