INGEGNERIA GENETICA E DINTORNI

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1 LICEO SCIENTIFICO E. FERMI BOLOGNA PROF. M. DELLA MEA INGEGNERIA GENETICA E DINTORNI DNA, SUE MODIFICAZIONI E CONSIDERAZIONI EVOLUTIVE Prof. Massimiliano Della Mea

2 Evoluzione, selezione naturale ed artificiale

3 Anassimandro (Mileto 610 ca ca. a.c.) La vita si origina nelle acque e l uomo deriva dai pesci o simili creature

4 Aristotele (Stagira, Macedonia Calcide, Eubea 322 a.c.) Le specie costituiscono una scala gerarchica immutabile e sempre esistita. La riproduzione non determina mai cambiamenti nella sostanza ma negli accidenti

5 Dottrina Biblica - Genesi In principio Dio creò il cielo e la terra. Ora la terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano l'abisso e lo spirito di Dio aleggiava sulle acque. Dio disse: "Sia la luce!". E la luce fu. Dio vide che la luce era cosa buona e separò la luce dalle tenebre e chiamò la luce giorno e le tenebre notte. E fu sera e fu mattina: primo giorno. Dio disse: "Sia il firmamento in mezzo alle acque per separare le acque dalle acque". Dio fece il firmamento e separò le acque, che sono sotto il firmamento, dalle acque, che son sopra il firmamento. E così avvenne. Dio chiamò il firmamento cielo. E fu sera e fu mattina: secondo giorno. Dio disse: "Le acque che sono sotto il cielo, si raccolgano in un solo luogo e appaia l'asciutto". E così avvenne. Dio chiamò l'asciutto terra e la massa delle acque mare. E Dio vide che era cosa buona. E Dio disse: "La terra produca germogli, erbe che producono seme e alberi da frutto, che facciano sulla terra frutto con il seme, ciascuno secondo la sua specie". E così avvenne: la terra produsse germogli, erbe che producono seme, ciascuna secondo la propria specie e alberi che fanno ciascuno frutto con il seme, secondo la propria specie. Dio vide che era cosa buona. E fu sera e fu mattina: terzo giorno. Dio disse: "Ci siano luci nel firmamento del cielo, per distinguere il giorno dalla notte; servano da segni per le stagioni, per i giorni e per gli anni e servano da luci nel firmamento del cieloliceo per illuminare la terra". E così avvenne:prof. Dio fece le duemea luci grandi, 16/12/2010 SCIENTIFICO E. FERMI BOLOGNA M. DELLA la luce maggiore per regolare il giorno e la luce minore per regolare la notte, e le stelle.

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7 Buffon ( ) Creazione più trasformazione Età della Terra? 6000 Chiesa Buffon

8 Georges Cuvier ( ), Catastrofista fossili antidiluviani D Orbigny ( ) Teoria delle Creazioni successive

9 Louis Agassiz ( ) estinzioni seguite da corrispondenti creazioni Prima o poi riuscirò a farlo bene

10 Jean-Baptiste de Lamarck ( ) Generazione spontanea Trasformazioni successive causate da mutazioni ambientali. Mutamenti delle strutture corporee dovuti all'uso (prima legge) Ereditarietà dei caratteri acquisiti (seconda legge).

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12 Charles Darwin ( ) 1836: Notebooks on the Transmutation of Species

13 po po laz ion e Thomas Robert Malthus (1798) An Essay on the Principle of Population, risors e

14 Basi della Teoria Evolutiva COMPETIZIONE SELEZIONE NATURALE EREDITARIETA

15 1858: Teoria Evolutiva di Wallace 1859: The Origin of Species

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17 SELEZIONE NATURALE

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20 SELEZIONE ARTIFICIALE MEDIANTE INCROCIO

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26 Come spiegare la Teoria Evolutiva? 1) Trasmissione ereditaria? 2) Caratteristiche ereditarie non mescolate? 3) Origine delle variazioni?

27 G. Mendel (1866) 1) Legge della dominanza 2) Legge della segregazione 3) Legge dell assortimento indipendente

28 Teoria Sintetica dell Evoluzione

29 IL DNA Watson e Crick (1953) Rosalind Franklin ( )

30 REPLICAZIONE SEMICONSERVATIV A DEL DNA (Meselson e Stahl-1957)

31 DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA

32 GENOTIPO AMBIENTE FENOTIPO

33 AMBIENTE E FENOTIPO i gemelli

34 oggi domani domani

35 Oggi Domani

36 La DNA polimerasi è un enzima impreciso 1 errore ogni basi 6000 mutazioni ogni divisione cellulare

37 La DNA polimerasi è un enzima impreciso 1 errore ogni basi 6000 mutazioni ogni divisione cellulare Esistono meccanismi di riparazione 1 errore ogni basi 600 mutazioni ogni divisione cellulare

38 1 errore ogni basi 600 mutazioni ogni divisione cellulare 97% circa di DNA non codificante (JUNK DNA) 18 mutazioni su DNA codificante vacillamento della terza base Circa 6 mutazioni su 3 miliardi di basi, 16/12/2010 LICEO SCIENTIFICO FERMI BOLOGNA PROF. M. DELLA MEA ossia lo E %

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40 INGEGNERIA GENETICA IL DNA RICOMBINANTE

41 5 3 A G GC C A T T C G T AAAAT C TCCGGTAAGCATTTTAG 5 3 A G GC C A TCCGGT 5 G T AAAAT C CATTTTAG 3 AGGCCACGAGTAAAATC TCCGGTGCTCATTTTAG

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44 Trasformazione Biolistica (Bio-balistica)???

45 DNA legato a microproiettili d oro

46 Particle Gun: spara i microproiettili nel campione

47 GFP Green Fluorescent Protein Dip. BES UNIBO

48 Dip. BES UNIBO

49 GFP-AtPNG1P Dip. BES UNIBO

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53 Il caso del Bacillus turingensis

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55 KNOCK OUT GENE- DNA GENE- DNA mrna mrna PROTEINA PROTEINA

56 RNA antisenso GENE- DNA GENE- DNA mrna mrna PROTEINA PROTEINA

57 Dip. BES UNIBO Dip. BES UNIBO A. thaliana AtPng1p WT 10 days 30 C Dip. BES UNIBO Dip. BES UNIBO A. thaliana KO 16/12/2010 LICEO SCIENTIFICO FERMI30 C BOLOGNA PROF. M. DELLA MEA 10E.days

58 AtPNG1p Dip. BES UNIBO KO Dip. BES UNIBO Dip. BES UNIBO Dip. BES UNIBO Wt Dip. BES UNIBO

59 TOPI KNOCK OUT

60 INGEGNERIA GENETICA e Homo sapiens The Human Genome Project

61 The Human Genome Project Circa il 92% di genoma mappato + altri genomi coppie di basi Circa geni presenti (come il topo) 97% del DNA a funzione ignota (JUNK DNA) Differenti etnie uguali al 99.99% unica derivazione molto probabile La maggior parte delle mutazioni è di origine maschile

62 Genomica e post-genomica the omics era Genoma genomica Proteoma proteomica Metaboloma metabolomica Ecceteroma ecceteromica

63 -omiche e salute umana Diabete (iperglicemia) insulina normalizzazione

64 -omiche e salute umana 16/12/2010 LICEO SCIENTIFICO E. FERMI BOLOGNA PROF. M. DELLA MEA insulina

65 -omiche e salute umana ATGGGAAAAATCAGCAGTCTTC CAACCCAATTATTTAAGTGCTGC TTTTGTGATTTCTTGAAGGTGAA GATGCACACCATGTCCTCCTCG CATCTCTTCTACCTGGCGCTGT GCCTGCTCACCTTCACCAGCTC TGCCACGGCTGGACCGGAGAC GCTCTGCGGGGCTGAGCTGGT GGATGCTCTTCAGTTCGTGTGT GGAGACAGGGGCTTTTATTTCA ACAAGCCCACAGGGTATGGCTC CAGCAGTCGGAGGGCGCCTCA GACAGGCATCGTGGATGAGTG CTGCTTCCGGAGCTGTGATCTA AGGAGGCTGGAGATGTATTGCG CACCCCTCAAGCCTGCCAAGTC AGCTCGCTCTGTCCGTGCCCAG CGCCACACCGACATGCCCAAGA CCCAGAAGTATCAGCCCCCATC TACCAACAAGAACACGAAGTCT CAGAGAAGGAAAGGTTGGCCAA AGACACATCCAGGAGGGGAAC AGAAGGAGGGGACAGAAGCAA GTCTGCAGATCAGAGGAAAGAA GAAAGAGCAGAGGAGGGAGAT TGGAAGTAGAAATGCTGAATGC AGAGGCAAAAAAGGAAAA 16/12/2010 LICEO SCIENTIFICO E. FERMI BOLOGNA PROF. M. DELLA MEA insulina

66 -omiche e salute umana Nanismo ipofisario GH (Growth Hormon) normalizzazione

67 -omiche e salute umana GH (Growth Hormon)

68 -omiche e salute umana TTC CCA ACC ATT CCC TTA TCC AGG CTT TTT GAC AAC GCT ATG CTC CGC GCC CAT CGT CTG GH (Growth Hormon)

69 CELLULE STAMINALI STEM CELLS

70 CELLULE STAMINALE OMBELICALI

71 CELLULE STAMINALI ADULTE MULTIPOTENZA

72 DIFFERENZIAMENTO E SDIFFERENZIAMENTO Vol. 1 Vol. 2 Vol. 3 Vol. 4 Vol. 5 Vol.. Vol. SANGUE OSSA NERVI PELLE MUSCOLI ECC. ECC.

73 DIFFERENZIAMENTO E SDIFFERENZIAMENTO Vol. 1 Vol. 2 Vol. 3 Vol. 4 Vol. 5 Vol.. Vol. SANGUE OSSA NERVI PELLE MUSCOLI ECC. ECC.

74 DIFFERENZIAMENTO E SDIFFERENZIAMENTO Vol. 1 Vol. 2 Vol. 3 Vol. 4 Vol. 5 Vol.. Vol. SANGUE OSSA NERVI PELLE MUSCOLI ECC. ECC.

75 DIFFERENZIAMENTO E SDIFFERENZIAMENTO Vol. 1 Vol. 2 Vol. 3 Vol. 4 Vol. 5 Vol.. Vol. SANGUE OSSA NERVI PELLE MUSCOLI ECC. ECC.

76 DIFFERENZIAMENTO E SDIFFERENZIAMENTO Vol. 1 Vol. 2 Vol. 3 Vol. 4 Vol. 5 Vol.. Vol. SANGUE OSSA NERVI PELLE MUSCOLI ECC. ECC.

77 Szabo, E. et al. : Direct conversion of human fibroblasts to multilineage blood progenitors (Nature, 2010). Staminali multipotenti del sangue Sdifferenziamento geneticamente indotto

78 ALCUNI ARGOMENTI DI RIFLESSIONE

79 CELLULE STAMINALI EMBRIONALI

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