Topi transgenici

I batteri non sono i soli a poter essere geneticamente modificati. È anche possibile modificare geneticamente piante e animali, in modo che ogni loro cellula contenga un gene addizionale e produca la corrispondente proteina.

All'interno di tessuti e organi, alcune cellule lavorano in stretta collaborazione e si influenzano reciprocamente. La funzione precisa di numerose proteine, perciò, non può che essere studiata in organismi multicellulari.

Gli animali che vengono modificati geneticamente più frequentemente sono il moscerino della frutta (Drosophila), il pesce zebra e il topo. L'essere umano e il topo sono entrambi mammiferi e nell'uomo sono presenti, in forma simile, il 99% dei geni del topo. Ecco perché il topo è un organismo modello appropriato per lo studio delle proteine che giocano un ruolo importante nell'organismo umano.

I topi che hanno subito manipolazioni genetiche non sono solamente utili per studiare la funzione di proteine importanti, bensì possono anche servire per sviluppare dei modelli di malattie come il cancro. Per questo scopo, si può introdurre nel topo un gene cancerogeno (oncogene). L'espressione della proteina corrispondente porterà alla formazione del tumore.

Grazie a questi topi, i ricercatori analizzano lo sviluppo dei tumori o l'azione di certi farmaci. Se l'animale guarisce, significa che il farmaco è efficace. I modelli animali vengono impiegati anche per lo studio di altre malattie. 

Il DNA contenente il gene d'interesse viene iniettato, per mezzo di un ago microscopico, in un ovulo di topo fecondato. In alcuni ovuli fecondati, il DNA iniettato viene integrato nel DNA del topo.

Le cellule così modificate vengono coltivate in una capsula di Petri, di modo che dall'ovulo si formi un embrione pluricellulare. Se il DNA estraneo è incorporato nel genoma del topo, tutte le cellule dell'embrione conterranno il gene addizionale.

Diversi embrioni vengono introdotti nell'utero di un topo femmina. Tre settimane più tardi nasceranno i topolini e una parte di essi sarà provvista del gene addizionale.

Per studiare la funzione di una proteina è, a volte, necessario "spegnere" un gene nel topo o rimpiazzarlo con una copia modificata. Si parla allora rispettivamente di topi knock-out (spento) e knock-in (sostituito).

Si isolano delle cellule staminali embrionali da embrioni di topo e vi si inserisce il DNA contenente il gene d'interesse. In precedenza, una piccola parte del gene è stata modificata, di modo da produrre una proteina difettosa o modificata.

Tranne che per questa piccola modifica, la sequenza di lettere del gene inserito corrisponde a quella del gene già presente nel topo. Di conseguenza, i due geni si avvicinano e scambiano materiale genetico. Questo processo si chiama "ricombinazione omologa". Si formano così cellule staminali, nelle quali un gene è stato rimpiazzato da una copia modificata. Infine, si introducono le cellule staminali modificate in un embrione di topo, che viene impiantato in una femmina.