SALVARCI LA PELLE CON LE BIOTECNOLOGIE

DIAGNOSTICARE, PREVENIRE E CURARE!

L'applicazione in campo biomedico di molti processi biotecnologici, che hanno portato alla nascita delle biotecnologie per la diagnostica, la prevenzione e la terapia, è da attribuire alla scoperta e allo studio degli enzimi di restrizione, allo sviluppo e all'automazione dei metodi per analizzare le sequenze del DNA, allo sviluppo della bioinformatica, alla scoperta della reazione di polimerizzazione a catena, meglio nota come PCR, alla produzione di anticorpi monoclonali, cioè cellule che producono sempre lo stesso anticorpo, e alle conoscenze relative alla trasmissione dell'informazione genetica, alla replicazione, alla trascrizione (sintesi dell'RNA dal DNA) e alla traduzione (biosintesi delle proteine). Le biotecnologie per la diagnosi, la prevenzione e la terapia comprendono tutte le tecniche volte a consentire lo sviluppo di misure diagnostiche e preventive, come ad esempio la sintesi di vaccini, al fine di intervenire tempestivamente nel trattamento di patologie, e la produzione di farmaci e antibiotici per il trattamento terapeutico. Passiamo ora ad analizzare quali sono le applicazioni di maggiore interesse in tale settore. 

PRODUZIONE DI FARMACI DI NATURA PROTEICA, ANTIBIOTICI E "VACCINI RICOMBINANTI"

Tecnica illustrativa della sintesi di vaccini ricombinanti

Tra le varie applicazioni delle biotecnologie per la diagnostica, la prevenzione e la terapia ricordiamo la produzione di farmaci di natura proteica, fino a poco tempo fa disponibili in quantità ridotte, attraverso l'utilizzo della tecnologia del DNA ricombinante  che consente la manipolazione del genoma. Praticamente, si procede con l'isolamento del cDNA del gene che contiene l'informazione per la sintesi della proteina di interesse e si inserisce in un plasmide che funziona da vettore in grado di veicolare il DNA estraneo nella cellula batterica in cui sarà data espressione al gene. Tra le prime proteine prodotte per via ricombinante è da ricordare l'insulina, un ormone pancreatico che stimola il catabolismo del glucosio e blocca la glicogenolisi, la cui carenza determina il diabete mellito. Tale meccanismo è lo stesso utilizzato per la sintesi di antibiotici e i "vaccini ricombinanti" che, a differenza dei vaccini tradizionali, costituiti da antigeni attenuati o uccisi, sono costituiti dagli antigeni meno pericolosi dei microrganismi che determinano la risposta anticorpale.

TERAPIA GENICA 

Un'altra applicazione di rilevante interesse è la terapia genica finalizzata alla correzione di un difetto che provoca determinate anomalie somatiche, per somministrazione del gene normale. L'approccio tipico, che prevede l'utilizzo di un retrovirus come vettore per sostituire il gene mutato con una copia funzionale, ha dato risultati parzialmente positivi nel trattamento di alcune forme di immunodeficienza grave, accompagnati però da gravi effetti collaterali. Negli ultimi due anni è stata però proposta una strategia differente che prevede la “riparazione” del gene difettoso, grazie a una tecnica denominata editing del genoma, introdotta per la prima volta dal premio Nobel Mauro Capecchi. Il meccanismo sfrutta le proprietà di una nucleasi artificiale, cioè di un enzima, prodotto in laboratorio, in grado di rompere la catena del DNA prima e dopo la sequenza nucleotidica mutata, isolandola, permettendo così la sostituzione con una copia funzionale del gene, che viene trasportata in situ da un vettore virale. Lo scambio tra la sequenza mutata e quella funzionale avviene grazie a un processo denominato ricombinazione omologa. Quest'ultima è un meccanismo fisiologico che consente alla cellula di riparare rotture incidentali nella sequenza genica, non ci sono effetti negativi su altre regioni genomiche, come per esempio sulle sequenze che controllano i fattori di regolazione del DNA. 

PREVENZIONE DELLE MALATTIE EREDITARIE E GENETICHE

Sequenziamento del DNA

Un'importante applicazione delle biotecnologie per la diagnostica e la prevenzione di malattie ereditarie e genetiche è l'analisi dettagliata della sequenza di basi del gene normale che codifica per la proteina di interesse. In generale, il metodo prevede l'amplificazione con la tecnica della PCR, del segmento di DNA di interesse, del quale si dispone di solito in quantità molto piccola, e il confronto tra i frammenti che si ottengono con opportuni enzimi di restrizione e quelli ricavati dal gene normale. Il confronto si fa valutando direttamente le dimensioni dei diversi frammenti con metodiche elettroforetiche, oppure attraverso il trasferimento su nitrocellulosa (Southern blotting). Quest'ultimo metodo consente la successiva 'ibridazione' con un DNA a sequenza nota (sonda) radioattivo o fluorescente, in grado di evidenziare, per formazione di strutture complementari, sequenze specifiche del gene normale o del gene mutato. Queste tecniche vengono usate anche nella diagnostica dei tumori, ricercando l'eventuale presenza di particolari geni, chiamati oncogèni perché nei tessuti tumorali subiscono mutazioni responsabili della trasformazione neoplastica. Allo stesso modo vengono oggi diagnosticate malattie da microrganismi o da virus (epatiti, infezione da HIV, il virus che provoca l'AIDS ecc.). 

  PREVENZIONE DELLA MALARIA!

Zanzara Anopheles

La malaria è una malattia determinata dalla puntura della zanzara Anopheles femmina attraverso la quale viene trasmesso l'agente eziologico: il plasmodio della malaria. Per ridurre l'incidenza della malattia si è cercato di intervenire con l'eliminazione del vettore di infezione attraverso l'uso di insetticidi. Il fallimento di tale progetto ha spinto gli scienziati a tentare di diminuire la popolazione di insetti mediante l’inserimento nella popolazione di numerosi individui sterili, ottenuti mediante irradiazione con i raggi X. In questo modo viene drasticamente diminuita la popolazione, rendendo inefficaci e privi di prole tutti gli accoppiamenti con individui sterili. L'aspetto negativo dell'uso dei raggi X è che essi colpiscono e distruggono a caso, non limitandosi ai geni importanti solo per la fecondità della zanzara, ma colpendo i geni necessari per il corteggiamento nel maschio della zanzara. Tutti i ditteri (l’Anopheles è un dittero) svolgono un sofisticato e complesso corteggiamento assolutamente necessario in tutte le sue fasi per raggiungere i favori dell’Anopheles femmina. Per diminuire il numero delle zanzare portatrici del Plasmodio è necessario, dunque, distruggere i geni non a caso, ma solo quelli che presiedono alla fertilità. L'ISS è riuscito a selezionare uno di questi geni.  L’uovo della zanzara è chiuso in una camera ovarica costituita dall’uovo che non ha biosintesi e da numerose cellule nutrici, che trasferiscono all’uovo proteine, acidi nucleici, lipidi che vanno a far ingrandire l’uovo finché raggiunge la maturità. Le sostanze sintetizzate dalle cellule nutrici per raggiungere l’uovo passano attraverso canali chiamati "ring canals", che quando la zanzara è ridotta alla fame si chiudono. Quando la femmina trova il pasto di sangue e se ne ciba i rings canals si riaprono e l’uovo può crescere per arrivare alla maturazione. L’abbondante pasto di sangue ricco in proteine fa produrre alla zanzara l’ecdisone che è un ormone che induce la riapertura dei rings. L’ecdisone agisce su un gene kelch, che è responsabile di tenere aperti i ring canals. Se questo solo gene è mutato i rings rimarranno chiusi e l’uovo degenererà rendendo sterile la zanzara. Zanzare sterili ma perfettamente in grado di accoppiarsi possono essere prodotte per mutazione di questo solo gene: il gene kelch.

Fonti: http://www.treccani.it/enciclopedia/biotecnologie_%28Universo_del_Corpo%29/

http://www.lescienze.it/news/2014/05/28/news/un_passo_avanti_per_la_terapia_genica-2161220/
http://www.iss.it/binary/publ/cont/28.1231840836.pdf