Le biotecnologie: DNA ricombinante, PCR, OGM e CRISPR

Le biotecnologie chiudono di solito il programma di biologia dell'ultimo anno di liceo e sono uno degli argomenti più adatti a collegamenti con l'attualità: farmaci prodotti dai batteri, test genetici, piante modificate, editing del genoma. Per affrontarle bene servono le basi di genetica molecolare (struttura del DNA, trascrizione, traduzione), che si danno qui per note e che trovi in un altro materiale della categoria. Questo materiale ti aiuta a ripassare le tecniche e a ragionare sui casi concreti in cui si applicano.

Si parte dagli strumenti: gli enzimi di restrizione, con i siti palindromi e le estremità coesive o piatte, e la DNA ligasi. Con questi strumenti si costruisce il DNA ricombinante: un gene inserito in un plasmide, la trasformazione dei batteri, la selezione con un antibiotico e la produzione di una proteina umana come l'insulina, con il motivo per cui si usa il cDNA e non il gene con gli introni. Seguono le tecniche di analisi: l'elettroforesi su gel, l'impronta genetica in un caso di indagine e la PCR, con il calcolo del numero di copie dopo un certo numero di cicli.

La parte successiva riguarda le applicazioni: la clonazione per trasferimento nucleare, con la pecora Dolly e l'origine del suo DNA; gli organismi geneticamente modificati, con gli esempi del mais Bt e del Golden Rice, vantaggi e rischi discussi; il sistema CRISPR-Cas9, con il ruolo dell'RNA guida e della nucleasi Cas9; infine le cellule staminali e la terapia genica, e le questioni etiche che sollevano.

Il materiale offre un quiz con domande di ragionamento su situazioni concrete (quale estremità produce un taglio, come si selezionano i batteri trasformati, che cosa si conclude da un confronto di bande, perché si corregge una staminale e non una cellula matura), ciascuna con una spiegazione; un mazzo di flashcard con le definizioni da ricordare; una prova scritta da stampare con otto domande aperte da svolgere a mano, tra cui un calcolo sulla PCR; e un'interrogazione orale in cui l'esaminatore ti fa una domanda alla volta e ti chiede di spiegare le tecniche e le loro applicazioni.

Il livello è quello del quinto anno del liceo. Gli esercizi sono originali e pensati per l'allenamento: i distrattori riproducono gli errori più frequenti, come confondere il ruolo di Cas9 con quello dell'RNA guida, attribuire il DNA del clone alla madre surrogata o pensare che i frammenti di DNA si separino per carica.

• Spiegare l'azione degli enzimi di restrizione e della DNA ligasi
• Descrivere le tappe del clonaggio genico e della produzione di insulina nei batteri
• Interpretare un'elettroforesi e un confronto di impronte genetiche
• Descrivere la PCR e calcolare il numero di copie
• Spiegare clonazione per trasferimento nucleare, OGM e CRISPR-Cas9
• Discutere terapia genica e cellule staminali, con i problemi etici

Materiale di esercitazione elaborato da Zestly.