Capitolo 4: Genetica Molecolare- PARTE 4/4

Question 1

Come si riproducono i batteri?

Answer 1

Per scissione binaria

Question 2

Quanti modi esistono per le cellule batteriche di scambiare i geni tra loro?

Answer 2

tre: trasformazione, trasduzione e coniugazione (con i plasmidi)

Question 3

Come funziona la trasformazione (cellule batteriche)

Answer 3

Un frammento di DNA rimasto dopo la morte di una cellula batterica viene integrato nel genoma di un altro batterio, sostituendo il tratto omologo nel suo DNA.

Question 4

Come si chiamano i betteri che possono attuare la trasformazione?

Answer 4

Competenti (hanno recettori per DNA sulla loro superficie)

Question 5

Cosa sono i batteri competenti?

Answer 5

Batteri che, avendo recettori per DNA sulla loro superficie, possono attuare la trasformazione

Question 6

Come funziona la trasduzione?

Answer 6

è un processo per cui alcuni batteriofagi trasportano i geni batterici da una cellula all’altra

Question 7

Quanti tipi di trasduzione esistono?

Answer 7

Due: generalizzata e specializzata (nella generalizzata viene incorporato nel capside un frammento qualsiasi del DNA della cellula batterica. nella specializzata un frammento di DNA batterico adiacente al punto di inserimento del profago è trasferito nel capside)

Question 8

Come funziona la trasduzione generalizzata?

Answer 8

viene incorporato nel capside un frammento qualsiasi del DNA della prima cellula

Question 9

Come funziona la trasduzione specializzata?

Answer 9

un frammento di DNA batterico adiacente al punto di inserimento del profago è trasferito

Question 10

Cosa sono i plasmidi?

Answer 10

molecole circolari di DNA con informazioni utili alla cellula, ma non essenziali (per esempio: resistenza agli antibiotici) che sono presenti in molti batteri, oltre ovviamente alla principale molecola di DNA

Question 11

Come si replicano i plasmidi?

Answer 11

In maniera indipendente rispetto alla molecola di DNA principale (cioè il cromosoma batterico) e possono passare da una cellula all’altra.

Question 12

Quali sono i plasmidi più famosi?

Answer 12

I plasmidi R (che danno resistenza ai farmaci) e i plasmidi F (della fertilità, per esempio nell’ E. Coli)

Question 13

Come funzionano i plasmidi F?

Answer 13

Promuovono la coniugazione, per cui il DNA del plasmide è trasferito da un batterio donatore al ricevente grazie a un ponte citoplasmatico formato da appendici dette pili coniugativi che si formano sul batterio del donatore

Question 14

Come si chiamano le cellule E. Coli prive di plasmidi F?

Answer 14

F-, mentre quelle che ce l’hanno sono dette F+

Question 15

Cosa succede durante la coniugazione tra cellula F+ (donatore) e F- (ricevente)?

Answer 15

La cellula F+ replica il suo plasmide e ne trasferisce una copia a F- attraverso un pilo coniugativo, così F- si trasforma in F+, capace di produrre pili e coniugare

Question 16

Cosa può succedere a volte tra il plasmide F e la molecola di DNA principale?

Answer 16

A volte il plasmide F può integrarsi della molecola di DNA principale, trasformando la cellula F+ in cellule Hfr, in grado di formare pili e indurre coniugazione. Durante la coniugazione tra Hfr e F-, insieme al plasmide F può essere trasferito anche un pezzo di cromosoma batterico. I geni batterici entrati nella cellula ricevente possono così combinarsi con i geni già presenti e formare nuove combinazioni di geni

Question 17

Cosa sono le tecnologie del DNA ricombinante (o ingegneria genetica)?

Answer 17

Modifiche mirate del patrimonio genetico

Question 18

Cosa studia la genomica?

Answer 18

La struttura, sequenza, funzione e evoluzione del genoma

Question 19

Cosa studia la genomica strutturale?

Answer 19

la mappatura genetica e fisica e il sequenziamento di genomi interi

Question 20

Cosa studia la genomica funzionale?

Answer 20

Come i geni guidano lo sviluppo e il funzionamento dell’organismo e come le malattie possono essere provocate dal malfunzionamento dei geni

Question 21

Cosa studia la proteomica?

Answer 21

La struttura e il funzionamento delle proteine codificate dal genoma umano (è in corso ora il progetto proteoma umano)

Question 22

Cosa studia la trascrittomica?

Answer 22

Tutti gli mRNA trascritti di un intero organismo o una parte di esso. Il trascrittoma dipende dal tipo di cellula e dal momento in cui l’analisi è effettuata. é utile per diagnosi precosi.

Question 23

Cosa studia la bioinformatica?

Answer 23

L’archiviazione, analisi e confronto tra sequenze di DNA di organismi diversi tramite software

Question 24

Come fanno gli scienziati a ottenere brevi tratti di DNA da usare?

Answer 24

Hanno bisogno di enzimi di restrizione. Tagliano il DNA in corrispondenza di sequenze specifiche (Siti di restrizione, fatte di 4-8 basi)

Question 25

Tutti gli enzimi di restrizione funzionano allo stesso modo?

Answer 25

No, alcuni tagliano i due filamenti di DNA, altri (importanti per l’ingegneria genetica) tagliano i due filamenti con uno scarto di alcuni nucleotidi, così che ci sia una breve sequenza di mucleotidi spaiati su ogni estremità del taglio (dette estremità adesive, perché possono ricongiungersi in quanto le basi spaiate sono complementari)

Question 26

Come fanno gli scienziati a separare e analizzare i frammenti di DNA ottenuti?

Answer 26

Usando l’elettroforesi su gel: si mette il campione trattato con un enzima di restrizione su una piastra con del gel, a un lato. Poi si applica un voltaggio ai due lati della piastra. I frammenti di DNA vanno verso l’elettrodo positivo a velocità inversamente proporzionale alla lunghezza. Dopo un po’ i frammenti saranno distribuiti in diverse bande, di lunghezza simile, visibili grazie a del colorante.

Question 27

Cosa indica la mappa di restrizione ottenuta trattando i filamenti di DNA con diversi enzimi di restrizione?

Answer 27

la posizione di specifici siti di riferimento (siti di restrizione): il punto specifico in cui ogni enzima taglia la sequenza del DNA

Question 28

Cosa sono i frammenti di lunghezze diverse di DNA ottenuti trattando il tessuto con uguali enzimi di restrizione?

Answer 28

Sono RFLP: polimorfismi della lunghezza dei frammenti di restrizione e servono a diagnosticare malattie genetiche

Question 29

Da cosa è data la mappa definitiva di un tratto di DNA?

Answer 29

Dalla determinazione della sequenza di nucleotidi

Question 30

Che cos’è il progetto genoma umano?

Answer 30

Dagli anni ‘70 abbiamo il genoma dei batteri, lietivi, drosophila etc, ma ora si sta cercando di mappare l’intero genoma dell’uomo. Nel 2001-2003 si è scoperto che abbiamo circa 25.000 geni (non 100.000 come ci si aspettava). Ora stanno cercando di identificare i diversi geni, i loro meccanismi di regolazione, quali proteine controllano e così via.

Question 31

A cosa serve l’ibridazione?

Answer 31

A cercare un gene su un cromosoma, vedere se un gene ha una mutazione o vedere se c’è un certo gene in un organismo. Una volta che si conosce la sequenza di un gene, si possono preparare delle sonde per vedere se quel gene è presente in un certo campione di acido nucleico

Question 32

Che cos’è una sonda?

Answer 32

Un tratto di DNA a singolo filamento (formato da 10-1000 nucleotidi) marcato con coloranti fluorescenti o radioisotopi. Viene usata nelle reazioni di ibridazione per rivelare la presenza di un acido nucleico (DNA o RN) con una sequenza di nucleotidi complementare a quella della sonda (in laboratorio si possono sintetizzare sonde con la sequenza desiderata).

Question 33

Come si fa a usare una sonda?

Answer 33

Si tratta il DNA preso in esame con enzimi di restrizione e si separano i frammenti con elettroforesi su gel: le bande identificate sul gel vengono trasferite su un foglio di nitrocellulosa o di nylon e il DNA che le forma viene denaturato (separando i filamenti che formano la doppia elica). Poi, il DNA viene posto in contatto con la sonda marcata radioattivamente e dopo alcune ore si sciacqua il foglio a cui aderiscono i frammenti di DNA, così da eliminare tutte le molecole di DNA-sonda che non si sono legate ai frammenti presenti nel campione e si vede quali tratti di DNA risultano radioattivi, cioè quali hanno legato la sonda.

Question 34

Cosa usano le nuove tecnche di ibridazione?

Answer 34

Il microarray a DNA: una sorta di matrice in cui ogni elemento è un pozzetto che contiene molte coppie di una sonda diersa di DNA a singolo filamento (probe), ciò consente di rilebare l’espressione di più geni in diversi tessuti contemporaneamente

Question 35

A cosa è dovuta l’anemia falciforme?

Answer 35

Al cambiamento di un unico nucleotide: nella sequenza che codifica per la catena beta dell’emoglobina, una tripletta CTC (GAG nell’mRNA), che codifica per l’acido glutammico, è sostituita dalla tripletta CAC (GUG nell’mRNA) che codifica per valina

Question 36

Come si fa a eseguire la diagnosi prenatale dell’anemia falciforme?

Answer 36

Si estrae il DNA dalle cellule fetali (tramite amniocentesi) e lo si saggia con due sonde radioattive: una corrispontente alla sequenza genica normale e una a quella genica mutata. Così si può vedere se le cellule del feto hanno uno, due o nessun gene difettoso :)

Question 37

Come si effettua il clonaggio di un gene?

Answer 37

INserendo il DNA ricombinante in un altro organismo, è possibile far esprimere in esso la proteina estranea per cui il gene codifica. Uno degli utilizzi più importanti riguarda la produzione di sostanze utili

Question 38

Quali sono le tappe attraverso cui si articola la produzione di una sostanza utile attraverso l’ingegneria genetica?

Answer 38

1) Isolamento del gene che codifica per la proteina che si vuole produrre
2) Costruzione del DNA ricombinante, cioè inserimento del gene che interessa nel DNA vettore
3) Introduzione del DNA ricombinante in una cellula ospite he si moltiplichi attivamente
4) Clonaggio del gene, cioè produzione di molte copie del gene grazie alla proliferazione della cellula ospite, e produzione della proteina
5) Recupero e purificazione della proteina

Question 39

Come fa a essere possibile la tecnologia del DNA ricombinante?

Answer 39

Grazie all’universalità del codice genetico, che permette all’organismo ospite di leggere e tradurre il DNA di qualsiasi altro organismo

Question 40

Grazie a quali enzimi è resa possibile la produzione di DNA ricombinante?

Answer 40

Grazie a enzimi di restrizione

Question 41

Perché un frammento di DNA tagliato con un determinato enzima di restrizione può unirsi a un altro frammento di DNA tagliato con lo stesso enzima?

Answer 41

Perché hanno estremità adesive complementari

Question 42

Come fanno le estremità di due frammenti di DNA tagliati con lo stesso enzima a essere saldate assieme stabilmente?

Answer 42

Grazie all’enzima DNA ligasi: usando enzimi di restrizione e DNA ligasi si può inserire qualsiasi tratto di DNA nel DNA di un organismo diverso, ottenendo un DNA ricombinante

Question 43

Nell’ingegneria genetica, di chi è il DNA nel quale si inserisce il gene che codifica per una certa proteina?

Answer 43

Di un plasmide o di un batteriofago

Question 44

Perché nell’ingegneria genetica il DNA in cui si inserisce un gene che codifica per una certa proteina è di un plasmide o un batteriofago?

Answer 44

Perché questo DNA può agire da veicolo per il trasporto e la moltiplicazione del gene, potendo entrare in una cellula ospite e replicarsi. Il DNA ricombinante contiene il gene che ci interessa e quindi viene introdotto in un batterio o un altro microrganismo che può moltiplicarsi velocemente, nel quale si comporta come il DNA originaio: viene duplicato e trascritto se ci sono le sequenze adeguate, e l’mRNA corrispondente viene poi tradotto. Visto che i batteri prolificano in fretta, in poco tempo si può avere, da una sola cellula con DNA ricombinante, tante cellule clone, anche loro col gene estraneo. I batteri producono quindi la proteina di quel gene come fosse una loro proteina

Question 45

Qual è stata tra le prime proteine a essere prodotte tramite ingegneria genetica e l’uso del DNA ricombinante dei batteri?

Answer 45

L’interferone (antivirale e antitumorale). Grazie a questo metodo ora ne possiamo anche produrre 600µg con un litro di coltura contenente E. Coli, mentre prima si aveva 0.5µg da un litro di sangue

Question 46

Che cos’è la reazione polimerasica a catena (PCR)?

Answer 46

è uno strumento che serve a produrre in fretta in laboratorio un gran numero di copie di un tratto di DNA che si vuole studiare, da cui si nota, almeno in parte, la sequenza nucleotidica

Question 47

Cosa serve per attuare la reazione polimerasica a catena?

Answer 47

Serve sintetizzare due oligonucleotidi che rappresentano gli “inneschi” dei filamenti complementari del tratto di DNA che si vuole sintetizzare, poi la reazione procede, sfruttando una polimerasi resistente al calore che produce rapidamente un gran numero di molecole del DNA che si vuole replicare.

Question 48

A cosa serve in breve la reazione polimerasica a catena?

Answer 48

Serve a clonare rapidamente una sequenza nucleotidica, senza richiedere l’uso di cellule: così, a partire anche da una sola copia della sequenza desiderata, si può produrre in poche ore una quantità utile di materiale, procedimento che con i metodi standard di clonaggio richiede diversi giorni.

Question 49

Quali sono tre applicazioni utili della reazione polimerasica a catena?

Answer 49

1) produrre una quantità buona di un certo gene che deve essere studiato
2) Individua infezioni virali in una fase precocissima: usando come inneschi delle sequenze complementari al genoma virale e usando la PCR su un campione di sangue, si può amplificare e quindi individuare il genoma virale anche se ce n’è un’unica copia
3) Permette di ottenere l’impronta di DNA (DNA fingerprint) di una persona lavorando su campioni piccolissimi, come una singola cellula. Questo perché il genoma di ogni individuo è caratterizzato da una sequenza nucleotidica diversa da quello di ogni altra. Esistono regioni di DNA molto variabili: usando degli inneschi per queste regioni, la PCR può amplificare il DNA di questa regione, evidenziando le differenze tra un individuo e l’altro e permettendo di stabilire a chi appartiene quel minimo frammento

Question 50

Quali sono alcune applicazioni dell’ingegneria genetica?

Answer 50

Produzione di sostanze utili, ricerca di base e agricoltura

Question 51

Qual è lo scopo dell’ingegneria genetica nell’ambito della produzione di sostanze utili?

Answer 51

Far produrre a cellule manipolate geneticamente (con DNA ricombinante) sostanze utili di interesse medico, agricolo o industriale. In medicina si possono produrre proteine: ormoni come l’insulina o l’ormone della crescita, e si sta cercando di produrre modulatori del sistema immunitario e le citochine: messaggeri chimici attraverso i quali le cellule comunicano. Si può applicare l’ingnegneria medica anche alla produzione di vaccini, come quello contro l’epatite B (si sta lavorando al vaccino per la malaria ottenuto in questo modo).

Question 52

Qual è lo scopo dell’ingegneria genetica nell’ambito della ricerca di base?

Answer 52

Grazie all’ingegneria genetica si possono isolare singoli geni per studiare il loro comportamento e la loro regolazione. I dati resi disponibili dal progetto genoma umano hanno iniziato lo studio dei prodotti genici attraverso la proteomica, la trascrittomica e la metabolomica (insieme di metaboliti di una cellula, cioè i prodotti finali dell’espressione dei suoi geni

Question 53

Cosa sono gli organismi transgenici?

Answer 53

Quelli in cui sono stati incorporati geni estranei, provenienti da organismi diversi. Per introdurre geni estranei possomo essere usati vettori come virus o si può iniettare direttamente il DNA. Per generare un animale transgenico si può iniettare il DNA nel gene che interessa in una cellula uovo, che poi sarà impiantata in un utero. Alternativamente, si può iniettare il gene di interesse in una cellula staminale embrionale, poi inserita in una blastocisti (stadio precoce dello sviluppo embrionale) e poi impiantata nell’utero di una femmina

Question 54

Qual è lo scopo dell’ingegneria genetica nell’ambito dell’agricoltura?

Answer 54

Il genoma delle piante può essere modificato introducendo, tramite batteri, dei geni esogeni utili. Così, si può avere piante che producono più sostanze utili, più resistenti.

Question 55

Qual è un esempio di pianta GM?

Answer 55

La soia, modificata per resistere a un diserbante totale, che elimina tutte le piante infestanti senza danneggiare la soia. Altri esempi includono mais, cotone e canola.

Question 56

Quando è stata prodotta la prima pianta transgenica (nel cui genoma è stato inserito un gene proveniente da un’altra specie)?

Answer 56

Nel 1983: era un trasferimento genico effettuato attravero l’infezione di cellule vegetali col plasmide del bacillo Agrobacterium Tumefaciens.

Question 57

Cosa vuol dire se due tessuti uguali trattati con gli stessi enzimi di restrizione mostrano bande diverse?

Answer 57

Che c’è un’anomalia nella sequenza di uno dei due tessuti. in assenza di anomalie, due tessuti uguali danno frammenti uguali

Question 58

Come si fa a capire n che punto un enzima di restrizione taglia il DNA?

Answer 58

Trattando il DNA con diversi enzimi di restizione, si hanno frammenti di lunghezza diversa: confrontando la lunghezza della stessa regione trattata con enzimi diversi si può determinare la posizione di ogni sito di taglio e costruire una mappa di restrizione, che indica la posizione di specifici siti di riferimento (siti di restrizione)