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Dalla biologia sintetica alla genomica sintetica: sintesi di un genoma eucariotico per S. Cerevisiae attraverso SCRaMbLE

Dalla biologia sintetica alla genomica sintetica: sintesi di un genoma eucariotico per S. Cerevisiae attraverso SCRaMbLE

di Carlo Leonardi


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  • Tipologia: Tesi di Laurea di primo livello
  • Anno accademico: 2016/2017
  • Relatore: A. m. Albertini
  • Relatore: A. m. Albertini
  • Università: Università degli Studi di Pavia
  • Facoltà: Scienze Biotecnologiche
  • Corso: Biotecnologie
  • Cattedra: professore ordinario di genetica
  • Lingua: Italiano
  • Formato: PDF
  • Protezione: Adobe DRM (richiede software gratuito Adobe Digital Edition)
Questa tesi focalizza l’attenzione su un ramo nuovo e particolare dell’attuale biologia sintetica, ovvero la genomica sintetica, attraverso il lavoro recentemente pubblicato del consorzio “Progetto genoma sintetico di lievito (sc2. 0)”. La biologia sta vivendo ora un’importante transizione dall’epoca in cui si cercava di decifrare la sequenza nucleotidica dei genomi di specie biologiche diverse all’epoca della genomica sintetica, sotto-disciplina della biologia sintetica che cerca di sintetizzare genomi di vario tipo per finalità diverse. Il consorzio “sc2. 0” ha riprogettato la sequenza dei cromosomi di lievito, eliminando sequenze introniche, ltr, sequenze per corti rna nucleolari e affiancando ad ogni gene non essenziale un sito di ricombinazione loxpsym: in tal modo si costruisce un genoma stabile, la cui sequenza è nota e ridotta rispetto alla nativa. Il processo dbt (design-build-test), introdotto per la prima volta dal gruppo di j. C. Venter nella progettazione e sintesi di syn3. 0, si ripete per un certo numero di volte per il genoma di un organismo e permette l’ingegnerizzazione (= suddivisione in parti minime funzionali) del genoma di saccharomyces cerevisiae. I siti loxpsym possono ricombinare attraverso l’induzione di una ricombinasi sito specifica, causando aberrazioni cromosomiche più o meno diverse, contribuendo a generare, per le mitosi seguenti, genomi strutturalmente diversi, causando diversità fenotipica rimanendo nel range wt. Tale sistema, chiamato scramble – ricombinazione e modificazione di cromosomi sintetici grazie all’evoluzione diretta mediata dai siti loxp, permette l’evoluzione diretta di ceppi di lievito il cui genoma è stato ingegnerizzato, permettendo la selezione e la crescita di ceppi il cui fenotipo è desiderabile. La sintesi di un genoma progettato ad hoc con siti loxpsym, in corso ad oggi, permette di fornire un sistema genomico adatto ad effettuare studi sistematici sulle proprietà fondamentali dei cromosomi, sull’organizzazione genomica, sul contenuto genico di un genoma funzionante, sulla funzione del rna splicing, sull’importanza con cui i corti rnas giocano un ruolo fondamentale nella biologia del lievito e altre domande volte alla comprensione della struttura comune di un genoma e della sua evoluzione. Un esempio pratico di tale sistema è dato dalla circolarizzazione del cromosoma sintetico v di lievito: in questo modo si offre un sistema per studiare la formazione per cromotripsi di cromosomi circolari in cellule eucariote, evento rilevante in numerose patologie genetiche, o per studiare nuove metodiche di cura per chromosome editing, inducendo la circolarizzazione e distruzione di un cromosoma che porta alleli mutanti in cellule ips eterozigoti per la mutazione da eliminare, ristabilendo poi la diploidia per endoduplicazione. Inoltre la disponibilità di un intero nuovo genoma sintetico potrà consentire test diretti alla comprensione e alla risposta di domande sull’evoluzione dei genomi, altrimenti non accessibili. Il processo di debugging, cioè il revertire sequenze sintetiche a sequenze wt quando quelle sintetiche causano un fenotipo di colonia a crescita lenta, è molto importante per ristabilire di colonie a crescita rapida e viene attuato secondo diverse metodiche descritte. L’architettura dei cromosomi sintetici all’interno del nucleo e la posizione del nucleolo è stata studiata attraverso analisi hi-c: si è scoperto che la posizione di sequenze altamente ripetute, come rdna, sono fondamentali per determinare la posizione del nucleolo all’interno del nucleo. In conclusione, da questi esperimenti si può osservare come la genomica sintetica possa offrire nuovi strumenti per una più approfondita comprensione dei fenomeni biologici o fornire nuovi approcci per le applicazioni biotecnologiche.