Biologia molecolare nell'allevamento ittico (con diagramma)
In questo articolo discuteremo della biologia molecolare nell'allevamento ittico.
La scoperta della tecnologia del DNA ricombinante ha fatto una rivoluzione nella moderna biologia molecolare. Attraverso questa tecnica, grandi quantità di proteine presenti in tracce, così come altre sostanze biologicamente attive, possono essere generate attraverso la biotecnologia e queste macromolecole geneticamente modificate hanno pochissimi effetti collaterali.
Può anche essere utilizzato per eseguire l'ibridazione diagnostica in situ. Questa tecnica aiuta anche a isolare e identificare i geni, responsabili delle malattie ereditarie.
Nel 1983, l'attivatore del plasminogeno ricombinante (rt PA) fece un cambiamento paradigmatico nella terapia dell'infarto del miocardio (infarto). Ora con l'uso della tecnologia del DNA ricombinante, molti altri prodotti come l'irudina, la superossido dismutasi, l'urochinasi, la procinasi, ecc. Sono sul mercato.
Nell'acquacoltura, in particolare nell'allevamento indotto, viene utilizzato l'uso di pituiali greggi e di mammiferi. L'estratto pituitario contiene gli ormoni della crescita delle gonadotropine e i loro fattori di rilascio. Sono richiesti in quantità eccessive per l'allevamento ittico.
Questi polipeptidi sono troppo grandi per essere sintetizzati chimicamente e questi polipeptidi possono essere generati biotecnologicamente attraverso la manipolazione del DNA, avranno meno effetti collaterali e saranno migliori invece di analoghi preparati sinteticamente già in uso per l'allevamento di massa.
Recentemente è stato ottenuto successo nell'allevamento ittico migliorando molti caratteri quantitativi come il diametro dell'uovo, il tasso di crescita del peso corporeo, la lunghezza del corpo e l'iperimmunità in pesci come Tilapia zillii e Oreochromis niloticus semplicemente iniettando il DNA di Shark nel muscolo mediante siringa.
L'analisi del DNA polimorfico amplificato casuale (RAPD) ha mostrato che frammenti polimorfici variavano tra il 54, 55% per il primer 1 (5'-ACC GGG AACG - 3 ') e il 14, 29% per il primer 2 (5'-ATGACCTTGA-3') come riportato da Sudha et al, 2001, El-Zaeem & Assem, 2004 e Assem 2 EL-Zaeem, 2005.
Le proteine del pesce sono oggi utilizzate anche in medicina. La protamina viene utilizzata per invertire la terapia anticoagulante durante la chirurgia cardiaca e la cateterizzazione. La calcitonina di salmone è migliore della calcitonina di mammifero per il trattamento nella malattia di Paget e in alcune forme di osteoporosi. La proteina antigelo di pesce viene utilizzata nella crioconservazione degli organi umani e nella conservazione di alimenti.
La coltura cellulare e la tecnologia del DNA ricombinante nei pesci sono lenti e richiedono uno studio più approfondito. Tuttavia, i geni dei pesci per alcuni potenziali prodotti sono stati espressi in batteri e lieviti. La produzione di calcitonina di salmone e proteine antigelo è stata esplorata in cellule microbiche.
C'è un grande bisogno di ottenere il gene o l'mRNA per il polipeptide come gli ormoni della crescita della gonadotropina di pesce, la citochinina, la protamina, la calcitonina e la proteina antigelo, ecc. Una volta sintetizzato il gene / mRNA, può essere convertito in cDNA attraverso l'enzima trascrittasi inversa .
Una volta ottenuto il cDNA per una particolare proteina, quindi attraverso la clonazione del DNA (una tecnica utilizzata per produrre grandi quantità di un frammento di DNA specifico per produrre milioni di copie di un frammento di DNA mediante tecniche di clonazione batterica di routine), è possibile ottenere una grande quantità di DNA.
Il frammento di DNA del nostro interesse può essere introdotto o inserito nel plasmide (presente come corpi auto-replicanti extra cromosomici) in batteri o virus (replicati in batteri, batteriofagi) o vettori artificialmente sviluppati chiamati come cosmidi.
Per l'inserimento, il DNA del vettore viene tagliato dalle endonucleasi e il cDNA viene quindi inserito e infine unito da enzimi noti come DNA ligasi. Il prodotto ora contiene un pezzo di DNA nel DNA vettoriale, quindi la tecnica è nota come DNA ricombinante. Questo vettore viene quindi amplificato in un ospite appropriato o coltura cellulare di cellule di cellule di mammifero o di batteri.
La dimensione della clonazione è limitata. Il plasmide può contenere 15000 bp, i fagi fino a 25000 bp e i cosmidi fino a 45000 bp. La dimensione è stata superata dalla tecnica nota come cromosomi artificiali di lievito (YAC).
Watson e Crick (1953) descrissero il DNA come una struttura a doppia elica (Fig. 38.1). Il DNA è una molecola polinucleotidica. I nucleotidi sono uniti tra loro da un legame fosfodiestere. Ha una dimensione enorme e ogni cromosoma è una molecola di DNA continua. La molecola consiste in una base, uno zucchero desossiribosio e un fosfato. L'informazione genetica ereditata dall'individuo è codificata nel DNA.
Le due catene del DNA, una è 5'-3 'e un'altra è 3'-5' in direzioni, cioè le due catene si stanno opponendosi l'una all'altra. La direzione è importante perché la replicazione del DNA inizia da 5 'a 3' e anche la sequenza essenziale per la regolazione del gene si trova all'estremità 5 'e 3' del gene. L'accoppiamento dell'idrogeno tra le basi è specifico, l'adenina (A) si accoppia sempre con la timina (T) e la guanina (G) si accoppia sempre con la citosina nel DNA.
Il DNA ha un'altra caratteristica caratteristica che i due filamenti potrebbero essere separati se la temperatura viene innalzata a 95 ° C, questo è noto come denaturazione. Questi due fili separati possono essere uniti per formare una struttura originale se la temperatura viene abbassata a 55 ° C, il fenomeno è noto come ibridazione o ricottura. Questa caratteristica caratteristica è più importante per la tecnologia del DNA ricombinante.
Il dogma centrale della biologia molecolare è che il DNA dà origine all'mRNA usando il DNA come modello. Il processo è noto come trascrizione. L'mRNA è responsabile della formazione di proteine, il fenomeno noto come traduzione, e la sintesi proteica è la funzione cellulare (Figura 38.2).
La formazione dell'mRNA è complicata, durante la maturazione dell'mRNA, gli introni vengono giuntati e gli esoni vengono riorganizzati. L'mRNA esce dal nucleo per codificare proteine specifiche. Prima di entrare nel citoplasma, l'mRNA forma un cappuccio metilato al 5 'e una coda poli (A) a 3'. Il cappuccio è essenziale nell'iniziazione della traduzione e la coda poli A nella regione 3 'è essenziale per i messaggi nel citoplasma (Figura 38.3).
Un break-through in biologia molecolare stabilito quando è stato scoperto nel retrovirus l'RNA può essere convertito in DNA dall'enzima transcriptasi inversa. La scoperta è la spina dorsale del ricombinante. Tecnologia del DNA. L'mRNA può essere convertito in cDNA (DNA complementare) con l'aiuto della trascrittasi inversa enzima (Fig. 38.4).
Quindi, in altre parole, è possibile tradurre l'mRNA in DNA complementare (cDNA) usando l'mRNA come modello. Il cDNA così formato contiene basi complementari appropriate per l'mRNA eccetto, ovviamente, con la sostituzione di timina con uracile. Il cDNA derivato dall'mRNA è oggi utilizzato nella diagnosi di molte malattie etichettandolo in modo radioattivo.
La transcriptasi inversa aiuta anche nella clonazione di un gene. Il primo gene fu clonato a Stanford e fu quindi formata la prima molecola di tecnologia del DNA ricombinante, una rivoluzione nella biologia molecolare. La scoperta di endonucleasi o enzimi di restrizione aiuta a tagliare il DNA fino a 3-8 nucleotidi.
Le endonucleasi sono state ottenute da circa 400 ceppi di batteri e questi enzimi sono in grado di riconoscere circa 100 diversi siti nel DNA. Alcune delle endonucleasi e dei loro siti di riconoscimento sono (Fig. 38.5).
Fig. 38.5 Il substrato che viene attaccato dalle endonucleasi di restrizione è la sequenza palandromica. Il palandromico legge lo stesso da direzioni in avanti e indietro, ad esempio, MADAM. Il miglior esempio di un enzima ristretto è EcoR1 ottenuto dal ceppo E.coli Ry 13. L'EcoR1 attacca la sequenza nucleotidica GAATTC, CTTAAG.
Le ligasi del DNA aiutano a unire l'inserto nel DNA del vettore e il vettore con DNA originale e inserito può essere amplificato nell'ospite appropriato. Sanger e Coulson (1975) e Maxim e Gilbert (1977) hanno sviluppato tecniche per il rapido sequenziamento del DNA e dell'RNA. Ora è disponibile la reazione a catena della polimerasi (PCR), che può fornire 1.000.000 copie di un frammento di DNA in 3-4 ore e miliardi di copie in 24 ore.
Con l'uso di queste tecniche, l'acquacoltura può essere migliorata e le proteine del pesce possono essere prodotte biotecnologicamente. Pertanto, una ricerca approfondita in queste linee è essenziale per l'espressione genica, sia nei batteri, virus o colture di cellule di pesce.
