Gene ABC

I batteri non sono i soli a poter essere geneticamente modificati. Infatti, è anche possibile modificare geneticamente piante e animali, in modo che ciascuna delle loro cellule contenga un gene addizionale e produca la proteina corrispondente a quel gene.

Il topo come modello di studio di proteine umane

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

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

Il topo come modello di malattie

I topi che hanno subito manipolazioni genetiche non sono solamente utili per studiare la funzione di proteine importanti. Essi servono ugualmente da modello di malattie come il cancro. Così si può introdurre nel topo un gene cancerogeno (oncogene), e l’espressione della proteina corrispondente porterà alla formazione del tumore.

I ricercatori studiano, grazie a questi topi, lo sviluppo dei tumori o l’azione di certi farmaci. Se l’animale guarisce, significa che il farmaco è efficace. I modelli animali esistono anche per altre malattie. 

Come si modifica un topo dal punto di vista genetico?

Per mezzo di un ago, s’inietta il DNA che porta il gene d’interesse dentro un ovulo di topo fecondato. In alcuni ovuli fecondati il DNA iniettato si inserisce nel DNA del topo.

Le cellule così modificate si dividono e formano un embrione pluricellulare. Se il DNA inettato è integrato nel genoma del topo, allora tutte le cellule dell’ambrione 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 porterà il gene addizionale.

I topi “knock-in” e “knock-out”

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

Come si producono i topi “knock-in” e “knock-out”?

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 in modo che produca una proteina difettosa o modificata.

Tranne che per questa piccola modifica, la sequenza di lettere del gene inserito è esattamente la stessa di quella del gene presente già 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 per una copia modificata. Infine, si introducono le cellule staminali così modificate nell’embrione di topo, che viene impiantato in una femmina.