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Un gene contiene il progetto di una proteina. Inserendo un gene umano nei batteri, gli scienziati possono sfruttare il metabolismo batterico per sintetizzare enormi quantità della proteina codificata. L'insulina, essenziale per i pazienti con diabete, è un ottimo esempio:l'insulina umana ricombinante viene prodotta in colture batteriche ingegnerizzate, fornendo una fornitura sicura ed efficiente per uso terapeutico.
I batteri trasportano plasmidi – piccole molecole circolari di DNA – in grado di accettare frammenti di DNA estranei. Il genoma umano può essere frammentato e inserito in plasmidi, ciascuno dei quali viene poi clonato in cellule batteriche. Ogni colonia produce milioni di batteri identici contenenti un segmento genomico specifico, creando una "biblioteca" criogenica in cui ogni fiala conserva un pezzo definito di DNA umano.
Poiché la crescita batterica non è influenzata dalle mutazioni nel gene inserito, i ricercatori possono introdurre cambiamenti precisi (mutazioni puntiformi, delezioni o inserzioni) nel plasmide. Il gene mutante risultante viene espresso nei batteri, consentendo la rapida amplificazione di una vasta libreria di varianti. Questi geni mutati possono essere successivamente reintrodotti nelle cellule umane per valutare le conseguenze funzionali.
I plasmidi possono essere progettati per coesprimere un reporter come la proteina fluorescente verde (GFP). Fondendo la proteina umana di interesse con la GFP, gli scienziati ottengono un costrutto marcato in modo fluorescente. Dopo la produzione nei batteri e l'isolamento dei plasmidi, il gene di fusione viene consegnato alle cellule umane, consentendo la visualizzazione in tempo reale della localizzazione e della dinamica delle proteine al microscopio a fluorescenza.
