Introdurre un gene umano in un batterio

Il DNA non compone solo i geni umani, bensì anche i plasmidi dei batteri. Non sorprende dunque che un gene umano possa essere inserito in un plasmide: si parla di ricombinazione di DNA.

I genetisti sono spesso interessati in un gene specifico. Questo gene viene introdotto nei batteri così da poterlo studiare o poterci lavorare.

Per iniziare, il genetista deve preparare il DNA nel seguente modo:

A) Il gene che deve essere introdotto nel plasmide va innanzitutto isolato, per esempio a partire da cellule umane.

B) Il plasmide deve essere estratto dai batteri.

Entrambi devono poi essere tagliati in modo che il pezzo di DNA contente il gene d'interesse possa essere introdotto nel plasmide batterico. Per questo il genetista usa delle forbici per DNA chiamate enzimi di restrizione:

A) Queste forbici tagliano il DNA umano in molti punti, generando numerosi frammenti di DNA. Il genetista isola il pezzo di DNA con il gene d'interesse grazie all'elettroforesi su gel (vedi capitolo su questo soggetto).

B) Il plasmide, invece, viene tagliato in un solo punto. L'anello di DNA viene quindi aperto.

Il DNA umano e quello batterico devono essere tagliati con le stesse forbici, così che le loro estremità risultino complementari. Grazie alla colla per DNA, le ligasi, queste estremità vengono legate tra loro. Ne risulta un anello di DNA ricombinante: un plasmide batterico contenente un gene umano.

Per poter continuare a lavorare con il gene, che è ora nel plasmide batterico, bisogna reintrodurre l'anello di DNA ricombinante in un batterio. A tale riguardo, il genetista mette batteri e plasmide in provette contenenti una soluzione nutritiva.

I batteri incorporano il plasmide solo se vengono trattati con il calore, perciò si immergono le provette in acqua calda, generalmente a 56°C, per qualche istante. Il calore provoca uno shock ai batteri: si formano dei piccoli buchi nella loro parete cellulare, attraverso i quali i plasmidi possono infilarsi all'interno. Nel momento in cui si tolgono le provette dall'acqua calda i buchi si richiudono e i plasmidi rimangono bloccati all'interno dei batteri.

In realtà, solo un batterio su centomila incorpora effettivamente il plasmide. Come si possono riconoscere i batteri che contengono il plasmide da quelli senza?

Alcuni plasmidi sono caratterizzati dalla presenza di un cosiddetto gene di resistenza, che permette al batterio di produrre una proteina che lo protegge contro un veleno antibatterico (antibiotico). Dapprima si aggiunge dunque un po' di veleno antibatterico a una soluzione di sostanze nutritive. Questo mix viene versato in una capsula di plastica dove si solidifica diventando una specie di gel, su cui vengono sparsi i batteri. Dopo qualche ora passata a 37°C, i batteri provvisti di plasmide contenente il gene di resistenza si moltiplicano a tal punto da generare degli agglomerati visibili a occhio nudo, le cosiddette colonie batteriche. I batteri senza plasmide, invece, sono morti.

Il genetista preleva una colonia batterica, la mette in una soluzione nutritiva e la pone per diverse ore in un incubatore. I batteri si moltiplicano e sono tutti provvisti di plasmide ricombinante, che contiene il gene umano. Grazie a questo gene essi producono la proteina umana corrispondente, che può poi essere isolata dai batteri ed essere utilizzata, ad esempio, per produrre un medicamento.