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Anche se spesso usate in modo intercambiabile, la tecnologia del DNA e l’ingegneria genetica hanno scopi distinti. L’ingegneria genetica implica l’alterazione intenzionale del genotipo di un organismo per produrre il cambiamento desiderato nel suo fenotipo, ovvero nei suoi tratti osservabili. La tecnologia del DNA, d’altro canto, comprende un ampio insieme di metodi che consentono agli scienziati di manipolare, analizzare e sintetizzare il DNA stesso. Poiché i geni sono codificati nel DNA, l'ingegneria genetica è un'applicazione specializzata della tecnologia del DNA, ma quest'ultima alimenta anche molti altri campi come la diagnostica, le scienze forensi e le nanotecnologie.
Un gene è un segmento di DNA che codifica un tratto specifico e può essere ereditato dalle generazioni future. Il DNA è un lungo polimero di quattro nucleotidi:adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C). Sebbene molte sequenze di DNA siano funzionali, alcune svolgono ruoli regolatori o rimangono non caratterizzate. Ad esempio, una sequenza come AGCCGTAGTT... può determinare il colore degli occhi di un gatto, ma altri tratti di DNA forniscono i segnali che controllano quando e dove quel gene viene espresso.
L’ingegneria genetica cerca di modificare il genotipo di un organismo per cambiarne il fenotipo. Il genotipo – il suo insieme completo di geni – determina la maggior parte dei tratti fisici dell’organismo. Modificando specifiche sequenze di DNA, gli scienziati possono alterare tratti come il colore degli occhi, la resistenza alle malattie o la capacità metabolica. Sebbene il processo sottostante sia complesso e richieda una manipolazione precisa di lunghi tratti di DNA, il principio fondamentale rimane:regolare il modello di base nel DNA per influenzare le caratteristiche osservabili.
Gli strumenti chiave della tecnologia del DNA, come gli enzimi di restrizione, i plasmidi e i sistemi CRISPR/Cas, consentono un editing preciso del DNA. Gli scienziati utilizzano abitualmente questi metodi per ingegnerizzare batteri che producono insulina, sviluppare mais resistente agli erbicidi o creare modelli murini che coltivano tumori umani per i test farmacologici. L'approccio più comune, il DNA ricombinante, prevede l'asportazione di un frammento di DNA da un organismo e l'inserimento in un altro, un processo facilitato dal taglio e dalla legatura degli enzimi.
Oltre all’ingegneria, la tecnologia del DNA alimenta i flussi di lavoro forensi e diagnostici. La PCR amplifica minuscoli campioni di DNA, come i capelli trovati sulla scena del crimine, riscaldando e raffreddando ciclicamente il campione con enzimi e nucleotidi specifici. Il risultato è una quantità sufficiente di DNA per l'identificazione, consentendo agli investigatori di abbinare le prove ai sospettati con elevata sicurezza.
I ricercatori stanno spingendo l’utilità del DNA oltre la biologia. Il DNA può fungere da impalcatura programmabile per la nanofabbricazione, un modello per costruire materiali atomo per atomo. La sua specificità di sequenza consente inoltre la progettazione di sonde fluorogeniche che si illuminano solo quando sono legate a una molecola bersaglio. I progetti emergenti utilizzano addirittura il DNA per fabbricare circuiti elettronici, sfruttando la sua capacità di guidare un preciso assemblaggio molecolare.
