BIOTECNOLOGIE parte prima

Il giorno dell’incontro del 20 febbraio sulle Biotecnologie, ero a letto con la febbre a 39 ... per cui questo post è frutto di un mosaico di appunti tratti da prestiti vari, chiariti con l’ausilio di internet e grazie al libro di Dulbecco (comprato e ....mai letto, anche se ora mi ha fatto comodo per decifrare i geroglifici...)

A tenere l’incontro, le Dottoresse Giliani e Lanfranchi della divisione di Biologia Genetica della Fondazione Nocivelli degli Spedali Civili di Brescia  (non so se l’hanno detto, ma recentemente, in settembre, proprio grazie all’equipe del laboratorio di medicina molecolare della Fondazione Nocivelli, è stata compiuta un’importante scoperta su una nuova anomalia genetica, NDR).

I testi di riferimento, dei quali hanno parlato le due docenti, sono stati “Genetica Pediatrica” e “Cellule Staminali e Trapianti di Midollo”.

Due parole per introdurre il concetto di GENETICA MEDICA: essa studia le malattie genetiche rare, che si tramandano per via “mendeliana”, ovvero attraverso le sequenze della catena del DNA che contiene le informazioni genetiche dell’individuo. La GENOMICA è invece lo studio strutturale e funzionale del genoma.

Il famoso professor Dulbecco (simpaticissimo, tra l’altro, qualche anno fa ha presentato anche il festival di Sanremo! NDR) ha avviato il PROGETTO GENOMA UMANO.

Il Progetto Genoma Umano, detto anche HUGO, acronimo di Human Genome Organization, è un progetto internazionale di ricerca. Lo scopo del progetto è di mappare il genoma umano, ovvero descrivere la struttura, la posizione e la funzione dei circa 25.000/30.000 geni che caratterizzano la specie umana. Per genoma intendiamo l’insieme dei cromosomi e dei geni.

Lo studio del genoma implica il sequenziamento del DNA, cioè l'identificazione della sequenza dei 3 miliardi di coppie di basi azotate che ne compongono la molecola.

La comprensione della funzione dei geni e di quali malattie possono derivare dalle loro alterazioni costituisce l'obiettivo finale del progetto.

Per chi volesse approfondire c’è un sito internet (in inglese) del National Center for Biotechnology Information in cui si può vedere la mappa del genoma umano.
http://ncbi.nlm.nih.gov
(menu barra in alto – Omim – Nucleotide)

IL GENE
Il gene è l'unità ereditaria degli organismi viventi. I geni sono contenuti nel genoma di un organismo, che può essere composto di DNA o di RNA, e dirigono lo sviluppo fisico e comportamentale dell'organismo. La maggior parte dei geni codifica proteine, che sono le macromolecole maggiormente coinvolte nei processi biochimici e metabolici della cellula. Molti geni non codificano proteine, ma producono RNA non codificante, che può giocare un ruolo fondamentale nella biosintesi delle proteine e nell'espressione genica.
Per studiare i geni vengono utilizzati  dei MICROARRAY, che è sono dei  chip,  costituiti da microscopiche sonde di DNA attaccate ad una superficie solida come vetro, plastica. Tali array sono usati per esaminare il profilo d’espressione di un gene o per identificare la presenza di un gene o di una breve sequenza in miscela di migliaia .
La maggior parte del contenuto dei geni,  non viene in ogni caso tradotto (solo il 3% del genoma è codificato) ma può coordinare la stessa espressione genica, come  GLI INTRONI, sequenze non tradotte che regolano il Dna in modo che diventi una proteina nel modo corretto, nel tessuto corretto.
Con il termine PSEUDOGENE  si intende una sequenza di nucleotidi simile ad un gene (a livello di struttura), ma priva di  espressione all'interno della cellula: è quindi un gene non più funzionale.
Il CARIOTIPO  è la morfologia del patrimonio cromosomico, mentre il CARIOGRAMMA è la rappresentazione grafica del cariotipo.



nella foto il CARIOTIPO FEMMINILE

LE MUTAZIONI CROMOSOMICHE

La struttura fondamentale di un cromosoma è soggetta a mutazione, che avrà luogo più probabilmente durante l’incrocio allo stadio della meiosi.
Se la mutazione del cromosoma riguarda una parte essenziale del DNA, è possibile che il feto  sia abortito prima della nascita.  Solo ¼ delle aberrazioni cromosomiche giungono alla nascita. Queste anomalie sono strettamente legata all’età materna, perchè più l’età aumenta, più aumenta la possibilità di avere figli con aberrazioni cromosomiche, in quanto
anche il fuso mitotico invecchia e non attira con la stessa velocità i due cromosomi durante la divisione.

➢    delezione dei geni:  in questo caso i geni di un cromosoma sono persi per sempre perché sono separati dal centromero e ai nuovi cromosomi mancano alcuni geni che potrebbero rivelarsi fatali in funzione della loro importanza.

➢    duplicazione dei geni: in questa mutazione i geni mutanti compaiono nello stesso cromosoma due volte. Questo tipo di mutazione può essere vantaggioso perché non provoca la perdita o l’alterazione di alcuna informazione genetica, e anzi consente di “guadagnare” nuovi geni;  i nuovi cromosomi possiedono tutti i geni iniziali più uno duplicato, in genere innocuo.

➢    inversione dei geni: in questo caso viene invertito un particolare ordine di geni; la nuova sequenza potrebbe non essere adatta a produrre un organismo, in funzione del tipo di geni che è stato invertito. Da questo genere di mutazione è possibile trarre caratteri vantaggiosi

➢    translocazione dei geni: ha luogo dove l’informazione di due cromosomi omologhi si rompe e si lega all’altra. Normalmente questa mutazione è letale.

ALTERAZIONI DI UNA SEQUENZA DI  DNA

Anche le sequenze di nucleotidi del DNA sono suscettibili di mutazione:

➢    delezione: alcuni nucleotidi vengono eliminati, compromettendo il codice per le proteine che usano questa sequenza di DNA.
➢    inserzione: l’effetto è simile a quello della delezione: un nucleotide viene inserito in una sequenza genetica e quindi altera tutta la catena successiva
➢    inversione: si ha quando si inverte una certa sequenza di nucleotidi, e non è pericolosa come le altre mutazioni perché i nucleotidi invertiti di ordine compromettono solo una piccola parte della sequenza
➢    sostituzione: un dato nucleotide viene sostituito con un altro, che influenzerà gli aminoacidi che devono venire sintetizzati dalla sequenza. Se il gene è essenziale, per esempio codifica per l’emoglobina, le conseguenze sono serie e l’organismo è in pericolo

Tutte le mutazioni genetiche che abbiamo considerato hanno impatti più o meno negativi e sono indesiderabili, tuttavia in alcune circostanze possono essere vantaggiose. Le mutazioni aumentano la diversità genetica e quindi svolgono un ruolo benefico fondamentale, anche se rappresentano la ragione per la quale molte persone ereditano le malattie.

La poliploidia
Gli esseri umani sono creature diploidi, cioé per ogni cromosoma del nostro corpo ne esiste un altro corrispondente:

> sono aploidi gli organismi che contengono un solo esemplare di ciascun cromosoma
> sono diploidi gli organismi che contengono due copie di ciascun cromosoma
> sono triploidi gli organismi che contengono tre copie di ciascun cromosoma
> sono poliploidi gli organismi che contengono tre o più copie di ciascun cromosoma

la rappresentazione di questa condizione avviene con la lettera dell’alfabeto “n”, dove n=aploide, 2n=diploide, ecc.


EREDITARIETA’ MENDELIANA ED EREDITARIETA’ MULTI FATTORIALE

La maggior parte dei caratteri umani come l’altezza, il colore della pelle, degli occhi e dei capelli ma anche la pressione sanguigna, ecc., viene ereditata con una modalità mendeliana, un’altra parte, invece, nota come ereditarietà multifattoriale, così denominata proprio perché determinata dall’interazione di più fattori genetici con i fattori ambientali, ognuno dei quali esercita un effetto difficile da quantificare.
Quasi tutte le malattie hanno base genetica: per esempio la rottura ossea per traumi non violenti è causata da una fragilità ossea ereditaria, ovvero di ereditarietà mendeliana, o cromosomica, o monofattoriale.
Il 10% dei tumori è causato da una forte componente genetica e la predisposizione ad avere tumori può essere trasmessa ai figli.

LE MALATTIE GENETICHE

Le malattie genetiche si dividono in quattro categorie:
le malattie cromosomiche che coinvolgono la mancanza o la presenza in eccesso di un cromosoma, o la presenza di un cromosoma in cui ci sono lesioni osservabili al microscopio;
le malattie monogeniche che sono determinate invece da un solo gene mutante, e vengono trasmessse con un meccanismo ereditario di tipo mendeliano;
le malattie multifattoriali, che sono il prodotto dell’interazione di molti geni e di molti fattori ambientali, e la loro trasmissione ereditaria è molto complessa;
le malattie legate a eredità mitocondiale , che sono prodotte dall’alterazione del DNA mitocondriale che si trasmette solo in linea femminile, perché durante la fecondazione gli spermatozoi perdono i loro mitocondri e solo il nucleo partecipa alla messa in comune del DNA, mentre l’ovocita conserva  il citoplasma e i mitocondri contenenti anch’essi DNA e li trasmette all’embrione che si forma.