Se pensi che sia difficile con un filo di dimensioni normali, immagina di provare a cucire un minuscolo filamento di DNA. Lee Strickland/Getty Images Non ti incolpiamo di voler fare del DNA il tuo progetto di cucito. Dopotutto, Il DNA costituisce il nostro codice genetico e, come tale, esercita un enorme potere biologico. Dice alle nostre cellule cosa fare. Quando cresciamo due piedi, al contrario di dire, due pinne, è perché le nostre cellule stanno seguendo le istruzioni codificate nel nostro DNA. E quando sviluppiamo tumori, le nostre cellule stanno seguendo le istruzioni del DNA, pure.
E se potessi alterare il tuo codice genetico? E se fosse facile come trapuntare? Potresti mettere insieme il codice "alto" con il codice "scuro e bello", facendoti alto, scuro e bello?
La risposta è un sonoro "no" per diversi motivi. Primo, intelligenti quanto i genetisti, non hanno ancora individuato la maggior parte dei geni che ci rendono alti, scuro e bello. Secondo, una volta che cresciamo oltre l'essere una palla di poche cellule all'inizio dello sviluppo, diventa tecnicamente molto difficile alterare il DNA in tutte le nostre cellule. Negli adulti, ciò richiederebbe armeggiare con circa 100 trilioni di celle [fonte:Boal].
C'è ancora un altro difetto nel tuo progetto:quella macchina da cucire. Se hai provato a manipolare il tuo DNA con una macchina da cucire, lo spaccheresti. In media, l'ago di una macchina da cucire ha un diametro di circa 1 millimetro [fonte:Schmetz]. La larghezza di un cromosoma umano è almeno 500 volte più piccola [fonte:Campbell et al.]. Inoltre, Il DNA è in realtà piuttosto fragile. Non può sopportare molta forza senza rompersi. Infatti, se appendi una graffetta - una che era 50 milioni di volte più leggera di quella da ufficio - all'estremità del DNA, lo spezzeresti [fonte:Terao].
Quindi, a meno che tu non sia uno scienziato esperto in terapia genica, non hai l'attrezzatura o il know-how per alterare il tuo DNA. Ma fortunatamente le tue cellule lo fanno, e cuciono insieme il DNA ogni giorno senza il tuo aiuto. Continua a leggere per conoscere la macchina da cucire della natura.
DNA, il progetto di cucito in questione SMC Images/Getty Images Se hai letto Come funzionano le cellule, sai che le nostre cellule si dividono. È come ci manteniamo, crescere e riparare le ferite. Se sei un adulto, potresti essere sorpreso di apprendere che 2 milioni di cellule nel midollo osseo si dividono ogni secondo per mantenere abbastanza globuli rossi nel sangue [fonte:Becker].
Ognuna delle tue nuove cellule del midollo osseo sembra e si comporta proprio come le vecchie. Come mai? Perché hanno le stesse istruzioni genetiche sotto forma di DNA. Le vecchie cellule si impegnano molto a copiare il loro DNA e a trasmetterlo alle nuove cellule. Potresti pensare che succeda come copiare su una fotocopiatrice, dove le vecchie cellule conservano il loro vecchio DNA, e le nuove cellule ottengono nuovo DNA. Ma quello che succede invece è più come cucire.
Se potessi guardare dentro una delle tue vecchie cellule del midollo osseo, vedresti che il DNA è composto da due filamenti "cuciti" insieme da legami chimici. Quando la cellula si divide, un enzima "forbici", chiamato elicasi , strappa i due fili. Come piccoli spilli, proteine leganti tenere separati i due fili. DNA polimerasi , un enzima che è come il miglior sarto della città, segue il modello dei vecchi fili e cuce in un nuovo filo formato da blocchi nella cella. Dopo che le cellule si sono divise, ognuno ha un DNA "su misura" composto da un nuovo e da un vecchio filamento. La replicazione del DNA è un processo sorprendente e intricato che puoi conoscere in Come funziona il DNA.
Ora che sappiamo come le nostre cellule completano abilmente e costantemente questo processo, vediamo come si confrontano le aspiranti scienziate sarte.
Uno schema della macchina proposta da Doyle dove W è la larghezza, L è la lunghezza, E è il campo elettrico, X è movimento orizzontale e Y è movimento verticale. Immagine per gentile concessione di Patrick Doyle, Dipartimento di Ingegneria Chimica del MIT Potrebbe non succedere su una macchina da cucire Singer completa di pedale, ma gli scienziati spesso "cuciono" pezzi del DNA di un organismo in quello di un altro. Il risultato si chiama ricombinante o " chimerico " DNA , prende il nome da chimere, le creature mitiche che sono in parte leoni, parte capra e parte serpente.
Spesso gli scienziati inseriscono il DNA umano nel DNA batterico o di lievito [fonte:Tamarin]. Con un po' di ingegneria in più, batteri e lieviti possono assorbire il DNA ricombinato e seguire le istruzioni come se nulla fosse. Gli organismi poi producono proteine umane. Il processo ha molte applicazioni nella ricerca, industria e medicina. Proprio adesso, batteri e lieviti producono enormi quantità di insulina umana, che è usato per trattare i diabetici [fonti:Cold Spring Harbor National Laboratory, Eli Lilly].
Oltre a cucire il DNA, anche gli scienziati lo stanno raddrizzando. Il nostro DNA è arrotolato, arrotolato, arrotolato. Per studiarlo, devi raddrizzarlo. Un modo popolare è quello di attaccare una perlina a entrambe le estremità del DNA, raccogliere le perline con un raggio laser e separare delicatamente le perline, dice Patrick Doyle, un professore di ingegneria chimica al MIT.
Cosa diavolo fanno gli scienziati con il DNA raddrizzato? In Come funziona l'epigenetica, imparerai che il mondo esterno, e anche il mondo dei nostri genitori, può influenzare quale delle istruzioni nei nostri geni segue il nostro corpo. L'ambiente può "parlare" alle nostre cellule attraverso molecole che dirigono la lettura del nostro DNA. Raddrizzando il DNA, o almeno srotolandolo un po', gli scienziati possono studiare queste modifiche. Potrebbero osservare le proteine che attaccano le sostanze chimiche al nostro DNA o attivano e disattivano i geni. Un altro uso del trucco delle perline è testare se i farmaci destinati a legarsi al DNA funzioneranno. Gli scienziati possono percepire se il farmaco si è legato al DNA misurando i cambiamenti nella tensione della bobina [fonte:Doyle].
Se quello che vuoi sono macchine, sì, i ricercatori stanno costruendo piccoli dispositivi che non cuciono ma raddrizzano il DNA. Doyle ne sta realizzando uno grande quanto un francobollo che invia il DNA in un flusso di liquido attraverso un imbuto, raddrizzandolo. Potrebbe diventare parte di un sensore ambientale che risucchia gli organismi dall'aria e rileva i microbi pericolosi tramite la loro sequenza di DNA. Ti piacerebbe mettere il dispositivo di Doyle nel tuo seminterrato, accanto alla tua macchina da cucire? Non così veloce:non è in vendita, e costa più di $ 10, 000 da fare.
Ma il dispositivo che vince il premio per la somiglianza con una macchina da cucire DNA vive nei laboratori dell'Università di Kyoto. Un po' più grande di una carta di credito, usa anche il liquido per spingere il DNA in giro su un chip. In un articolo del 2008 pubblicato sulla rivista Lab on a Chip, i ricercatori hanno dimostrato di poter dispiegare una mazzetta di cromosomi di lievito e, usando il liquido che scorre e un uncino, sbucciateli e attaccateli ai pali. Quindi, lasciando che i cromosomi si ricompongano, li avvolgono attorno a due bobine [fonte:Terao]. I ganci e le bobine misurano in milionesimi di metro:migliaia potrebbero stare sulla testa di uno spillo. Sebbene il dispositivo non sia stato testato sul DNA umano, Doyle dice che l'esibizione tecnica del maneggio lungo, DNA facilmente frangibile senza romperlo era "piuttosto bello". "Il loro era un modo intelligente di afferrare qualsiasi vecchio grande filamento di DNA e spostarlo, " lui dice.
Quindi non puoi unire il DNA con una macchina da cucire convenzionale, ma gli scienziati possono manipolare il DNA a nostro vantaggio. Continua a leggere per vedere cos'altro stanno facendo gli scienziati nel campo della genetica.
Ringraziamenti specialiGrazie a Ponzy Lu dell'Università della Pennsylvania e Patrick Doyle del MIT per il loro aiuto con questo articolo.
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Fonti
