Transgenesi – l'inserimento di un gene esogeno all'interno del genoma
di un organismo bersaglio che funge da ospite

Transgenesi – l'inserimento di un gene esogeno
all'interno del genoma di un organismo bersaglio
 che funge da ospite

Britney la gallina transgenica
con la sua dottoressa Helen Sang
Personal Chair in Vertebrate Molecular Development
The Roslin Institute and R(D)SVS, University of Edinburgh
Scotland, UK

Transgenesi

Partendo dalla definizione di transgene, ovvero un gene estraneo inserito artificialmente e in modo stabile in un qualsiasi organismo animale o vegetale tramite operazioni di ingegneria genetica, intendiamo oggi con il termine transgenesi l'inserimento di un gene esogeno all'interno del genoma di un organismo bersaglio che funge da ospite. Qui il transgene verrà espresso e sarà poi trasmesso alla progenie.

Gli organismi transgenici spesso vengono indicati come Organismi Geneticamente Modificati (OGM): i due termini non sono sinonimi in quanto il termine transgenesi si riferisce all'inserimento, nel genoma di un dato organismo, di geni provenienti da un organismo di specie diversa. Sono invece definiti OGM anche quegli organismi che risultano da modificazioni che non prevedono l'inserimento di alcun gene (es. sono OGM anche gli organismi dal cui genoma sono stati tolti dei geni), così come gli organismi in cui il materiale genetico inserito proviene da un organismo "donatore" della stessa specie. In questo secondo caso alcuni studiosi parlano di organismi cisgenici.

La transgenesi è divenuta una tecnica molto utile per studiare i problemi dell'espressione genica e dello sviluppo dei mammiferi e per stabilire sistemi modello animali validi per le malattie dell'uomo.

Un'applicazione interessante riguarda l'utilizzo della ghiandola mammaria per produrre con il latte proteine importanti a livello farmaceutico. Il latte è un fluido corporeo secreto, rinnovabile, prodotto in quantità consistenti e che si può raccogliere frequentemente senza nuocere all'animale. Una nuova proteina farmacologicamente attiva, presente all'interno della ghiandola mammaria e secreta con il latte, non dovrebbe inoltre avere effetti secondari sui normali processi fisiologici dell'animale transgenico e dovrebbe subire modificazioni post-traduzionali almeno strettamente compatibili con quelle dell'uomo. Infine la purificazione di una proteina dal latte, che contiene soltanto un piccolo numero di proteine diverse, dovrebbe risultare relativamente semplice.

Breve storia sulle origini della transgenesi

Le origini della transgenesi risalgono alla metà degli anni '70. Il primo esperimento è da ricondurre a Rudolf Jaenish che, con una micropipetta iniettò dei frammenti di DNA di SV40 nella cavità celomatica di un embrione di topo, dimostrando per la prima volta che si potevano ottenere dei mammiferi mutanti. I topi risultati da questo esperimento erano mutanti, ma non potevano essere considerati transgenici.

Nel 1980 un nuovo gruppo di scienziati capeggiati da J.W. Gordon e da F.H. Ruddle misero a punto un nuovo esperimento: microiniettando del DNA ricombinante all'interno dello zigote dimostrando in seguito la trasmissione del transgene alla progenie. Gli animali ottenuti, sono stati per la prima volta denominati transgeni, e questa tecnica è comunemente adoperata ancora oggi.

Nel 1982 si assiste a una nuova tappa fondamentale nella storia della transgenesi. Gli scienziati R.D. Palmiter e R.I. Brinster microiniettarono nei topi il gene dell'ormone della crescita. L'esperimento produsse dei ceppi di topi molto più grandi di quelli normali, dimostrando che era possibile modificare oltre al genotipo anche il fenotipo.

Metodi di transgenesi

Esistono diversi metodi di transgenesi. I più semplici (utilizzati nella routine di laboratorio) consistono nell'uso di batteri e virus come vettori per il trasferimento genico. In parallelo sono stati sviluppati metodi alternativi per veicolare il DNA esogeno nell'ospite: metodi fisici, metodi chimici e l'endocitosi mediata da recettore.
L'endocitosi è un processo riguardante la periferia cellulare, attraverso il quale la cellula internalizza molecole o corpi presenti nello spazio extracellulare in maniera massiva tramite la modificazione della forma della sua membrana plasmatica, che crea uno spazio per racchiudere il materiale da introdurre nella cellula in una vescicola, detta "vescicola endocitica".
Metodi più complessi, ad esempio utilizzati nelle biotecnologie agrarie, comprendono le tecniche biobalistiche e la microiniezione. La transgenesi viene utilizzata nell'ingegneria genetica anche per la produzione di proteine eterologhe.

La transgenesi prevede diversi passaggi:

1 – L'identificazione del gene di interesse;

2 – Costruzione del transgene. Essa prevede la realizzazione di una sequenza di nucleotidi che comprende: la sequenza codificante la proteina di interesse a valle di un gene promotore (per consentire la trascrizione) e a monte di un terminatore di trascrizione. La scelta del promotore può dirigere l'espressione genica, che può essere limitata a una parte del corpo (foglie o radici, ghiandole mammarie...) o a una fase di sviluppo. In alcuni casi l'inserimento del transgene avviene attraverso l'uso di un vettore che può comprendere sequenze che regolano la replicazione. I vettori più conosciuti sono i plasmidi, piccoli anelli di DNA batterico. Le sequenze di controllo devono comprendere un promotore adatto per l'organismo ricevente e marcatori di selezione, che, ad esempio, possono essere geni per la resistenza agli antibiotici o erbicidi.

3 – La trasformazione degli organismi bersaglio avviene attraverso la tranfezione del DNA esogeno e di conseguenza l'integrazione delle informazioni genetiche all'interno della cellula ospite. L'introduzione del transgene o del vettore nel genoma della cellula, può essere ottenuta con diverse tecniche quali la permeabilizzazione delle membrane (nei batteri o lieviti), procedimenti meccanici (proiezione nell'ospite di microsfere di tungsteno o in oro recante il plasmide), introduzione di vettori biologici (utilizzando batteri per trasformare piante o per la trasformazione di altri batteri); è anche possibile introdurre il gene direttamente nella cella con microiniezione.

Animali transgenici

Per migliorare geneticamente il bestiame e altri animali domestici in rapporto a tratti quali la resa del latte, le caratteristiche della lana, la velocità di acquisto, del peso, la frequenza di deposizione delle uova, sono necessarie parecchie generazioni di accoppiamenti selettivi. A ogni generazione successiva si utilizzano come riproduttori animali di caratteristiche superiori e, alla fine, si ottengono come linee riproduttive, più o meno pure, animali di elevata produzione. Fino a non molto tempo fa la riproduzione selettiva era l'unico modo di migliorare le caratteristiche genetiche degli animali domestici. La capacità di trasferire i geni nelle cellule dei mammiferi e di creare animali geneticamente identici trapiantando i nuclei del tessuto embrionale nelle uova private di nucleo originale ha condotto la ricerca al punto di collocare nel DNA cromosomiale degli organismi superiori singoli geni o aggregati genici funzionali.

Si definisce transgenico un animale la cui composizione genetica sia stata alterata mediante l'addizione di DNA estraneo (esogeno).

Galline transgeniche

Tali organismi servirebbero a far diminuire i livelli di grassi e colesterolo nelle uova e a migliorare la qualità delle carni. Si potrebbero ottenere delle galline resistenti alla malattie virali e si ipotizza anche la possibilità di ricavare dall'uovo delle proteine a uso farmaceutico che si accumulerebbero nell'albume o nell'uovo (sperimentazione al momento – 2016 – in atto).

La gallina dalle uova anticancro
nata nel laboratorio scozzese che ha "partorito" Dolly

Londra – Dopo Dolly, la prima pecora clonata, gli scienziati dell' istituto Roslin di Edimburgo hanno realizzato la prima gallina transgenica dalle uova anticancro, Britney. L'annuncio ufficiale è previsto per dopodomani (6 dicembre 2000) al Castello della città scozzese, ma la notizia è stata anticipata dal Mail on Sunday, che ha spiegato per grandi linee la scoperta. Si tratta di un traguardo che potrebbe dare un colpo di acceleratore decisivo alla lotta contro il cancro.

I ricercatori hanno modificato il patrimonio genetico delle galline, creando di fatto vere e proprie fabbriche di "ingredienti" farmaceutici contro i tumori. Grazie alla manipolazione genetica, il bianco di queste uova è ricco di proteine necessarie alla produzione di farmaci da utilizzare contro vari tipi di tumori (tra cui quello al seno). I farmaci potrebbero essere pronti nel 2002 e, grazie a questa tecnica, la scienza potrebbe abbattere una volta per tutte l'ostacolo principale che attualmente ne limita la produzione: cioè la difficile e costosa realizzazione in laboratorio delle proteine stesse.

Britney è solo uno dei volatili che razzolano nel pollaio transgenico dell'istituto Roslin. Ogni gallina geneticamente modificata dovrebbe deporre circa 250 uova all'anno producendo così una quantità di proteine di gran lunga maggiore rispetto a quella attuale a costi notevolmente inferiori. L' animale è frutto di una collaborazione tra l'istituto Roslin e la società di biotecnologia statunitense "Viragen", specializzata nello sviluppo di nuove terapie anticancro. Al momento, i ricercatori della società stanno concentrando gli sforzi su tre trattamenti basati sulle proteine speciali: un vaccino anticancro, un anticorpo per fronteggiare questa malattia e una cosiddetta "pallottola magica" progettata per uccidere le singole cellule cancerogene nell'organismo.

Ogni uovo transgenico dovrebbe contenere almeno 100 milligrammi di proteine, che verranno prodotte direttamente dalla natura secondo le "istruzioni" immesse nel codice genetico delle galline. Modificando il materiale genetico di una singola cellula di un animale, quindi, sarà possibile "programmare" le sue uova in modo da ottenere una proteina adatta a un particolare tipo di cancro.

Altre società in passato hanno cercato di ottenere questo risultato, ma invano. Il traguardo è stato raggiunto dalla scienziata scozzese Helen Sang con la stessa tecnologia impiegata per "creare" Dolly.

Per il momento, sulla nascita di Britney si è pronunciata – favorevolmente – la Chiesa Cattolica. "Appoggiamo in pieno qualsiasi scoperta scientifica volta ad aiutare i malati anche se siamo contrari alla produzione della vita umana in laboratorio – ha detto Padre Danny McLaughlin, portavoce della Chiesa Cattolica in Scozia, riferendosi alla clonazione umana – ma questo non sembra essere il caso. È chiaro che questi esperimenti vengono fatti per una buona causa. Noi non siamo contro i progressi della scienza, specialmente se aiutano gli esseri umani".

Molto più critica la posizione del ministro italiano Alfonso Pecoraro Scanio: "Utilizzare ancora una volta gli animali come macchine, seppure per fini nobili, dovrebbe indurci a grande cautela e preoccupazione. Pare proprio che Mucca P non ci abbia insegnato nulla", ha detto il responsabile delle Politiche agricole.

(www.repubblica.it – lunedì 4 dicembre 2000)