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CLONAZIONE E CELLULE STAMINALI
(Tratto dal libro di Scienze Campbell del Liceo Scienze Appl.)
- Il potenziale genetico delle cellule Dopo aver studiato come viene regolata l'espressione genica, possiamo cercare di capire in che modo la regolazione genica influenza nella clonazione
Sappiamo che cellule differenziate esprimono soltanto una piccola percentuale dei loro geni. Ma allora come facciamo a sapere se tutti i geni sono ancora presenti all'interno della cellula? E ammettendo che siano ancora tutti lì, le cellule differenziate sono in grado di attivarli? Un modo per rispondere a questi interrogativi consiste nel verificare se una cellula differenziata possa generare un nuovo organismo completo: se può farlo, allora significa che in essa sono presenti tutti i geni e che è in grado di attivarli tutti. Questa capacità è comune nelle piante. Per esempio, partendo da una talea (un pezzo di pianta) si può ottenere una pianta adulta. Più in generale si possono produrre centinaia o migliaia di cloni, ovvero di organismi geneticamente identici, partendo dalle cellule di una singola pianta. Oggi la clonazione delle piante è una tecnica ampiamente usata in agricoltura. Per alcune piante, come per esempio le orchidee, la clonazione è il solo mezzo utile dal punto di vista commerciale per ottenere nuove piante. In altri casi, la clonazione è stata usata per riprodurre piante con caratteristiche di particolare interesse come, per esempio, la capacità di generare con continuità un buon raccolto o la resistenza alle malattie. Il successo della clonazione mostra che, nelle piante, il differenziamento cellulare non porta a cambiamenti irreversibili nel DNA.
Esiste un processo simile, del tutto naturale, che riguarda gli animali, noto come RIGENERAZIONE , ossia la ricrescita di parti del corpo perdute. Per esempio, quando una salamandra perde un arto, alcune cellule del moncherino (moncone) ritornano allo stato indifferenziato, si dividono e infine si differenziano di nuovo, dando origine a un nuovo arto. Molti animali, specialmente fra gli invertebrati, sono in grado di rigenerare parti perdute; inoltre, in alcuni animali relativamente semplici come le stelle di mare, le cellule di una parte del corpo che si è staccata, possono tornare allo stato indifferenziato e svilupparsi dando origine a un nuovo organismo intero.
- La clonazione riproduttiva degli animali La clonazione animale si ottiene mediante una particolare procedura nota come trasferimento (o trapianto) nucleare (Figura 1).
Il trapianto nucleare, i cui primi esperimenti su embrioni di rana risalgono agli anni cinquanta del Novecento, consiste nel sostituire il nucleo di una cellula uovo o di uno zigote con quello di una cellula somatica adulta. A quel punto, la cellula ricevente può cominciare a dividersi. Le ripetute divisioni cellulari formano una blastocisti, una piccola sfera di circa 100 cellule che costituisce la fase iniziale del normale sviluppo animale. Se l'animale che deve essere clonato è un mammifero, il suo ulteriore sviluppo richiede l'impianto della blastocisti nell'utero di una cosiddetta "madre sostituta" (o surrogata)(Figura, in alto). L'animale che nascerà sarà geneticamente identico al donatore del nucleo, cioè un suo clone. Il tipo di clonazione appena illustrato, che porta alla nascita di un nuovo individuo, è detto clonazione riproduttiva. Lo scienziato scozzese Ian Wilmut e i suoi colleghi hanno utilizzato la clonazione riproduttiva per far nascere nel 1997 la famosa pecora Dolly. I ricercatori hanno isolato 227 cellule provenienti dalle ghiandole mammarie di una pecora adulta e, mediante uno shock elettrico, le hanno indotte a fondersi con altrettante cellule uovo cui avevano precedentemente estratto il nucleo. Dopo alcuni giorni, 29 degli embrioni che si erano sviluppati sono stati impiantati nell'utero delle madri sostitute. Uno di essi ha generato Dolly. Come ci si aspettava, Dolly aveva lo stesso aspetto del suo genitore genetico, cioè il donatore del nucleo cellulare, mentre non aveva nulla in comune con il donatore della cellula uovo o con la madre sostituta.
Le applicazioni pratiche della clonazione riproduttiva Dal 1997 i ricercatori hanno clonato più di una dozzina di mammiferi, compresi topi, cavalli, cani, mucche, maiali, conigli, furetti e gatti. Nell'ambito agricolo, per esempio, la clonazione potrebbe servire per clonare gli animali da allevamento dotati di specifiche combinazioni di caratteristiche vantaggiose. Nella ricerca scientifica, invece, la clonazione di animali potrebbe essere utilizzata per scopi medici. Per
Le cellule staminali embrionali Nei mammiferi, le cellule staminali embrionali derivano dalla blastocisti. Durante lo sviluppo, le cellule staminali embrionali della blastocisti si differenziano, dando vita a tutte le cellule specializzate dell'organismo. Se rimosse da un embrione e coltivate in laboratorio, le cellule staminali embrionali possono dividersi in modo illimitato. In particolari condizioni, come in presenza di determinati fattori di crescita, potrebbero verificarsi cambiamenti nell'espressione genica tali da indurre le cellule a differenziarsi in un particolare tipo di cellula specializzata (Figura 3 ). Se gli scienziati riuscissero a identificare le giuste condizioni, sarebbero in grado di coltivare cellule per riparare organi danneggiati o malati. Tuttavia, l'uso di cellule staminali embrionali per la clonazione terapeutica è molto controverso, perché la loro rimozione distrugge l'embrione.
Le cellule staminali adulte
Le cellule staminali embrionali, tuttavia, non sono le uniche cellule staminali di cui i ricercatori possono servirsi. Le cellule staminali adulte sono cellule che hanno la funzione di sostituire, in caso di necessità, cellule specializzate che non si riproducono. Diversamente da quelle embrionali, le cellule staminali adulte possono dare origine solo ad alcuni tipi di cellule specializzate, ma non a tutti. Per esempio, le cellule staminali presenti nel midollo osseo possono generare solamente i diversi tipi di cellule del sangue (Figura 3). Le cellule staminali adulte sono molto più difficili da coltivare in laboratorio rispetto a quelle embrionali, e non sono nemmeno così versatili, ma i ricercatori sono stati in grado di conseguire alcuni importanti successi. Dal momento che non coinvolge tessuti embrionali, l'uso di cellule staminali adulte per curare organi o tessuti umani costituisce un'opzione meno problematica.
Un'altra fonte di staminali: il cordone ombelicale Un'altra fonte di cellule staminali è il sangue estratto dal cordone ombelicale e dalla placenta al momento del parto: un medico inserisce un ago nel cordone ombelicale e preleva una piccola
quantità di sangue. Le cellule in esso presenti sono quindi congelate e conservate in una banca del sangue fino a quando non serviranno per le eventuali terapie mediche future. Le cellule staminali raccolte dal cordone ombelicale sono parzialmente differenziate, più delle staminali embrionali ma meno di quelle adulte. Sebbene alcuni tentativi si siano rivelati vincenti (nel 2005, per esempio, le cellule staminali del cordone ombelicale hanno permesso di guarire alcuni bambini affetti dalla malattia di Krabbe (*), nella maggior parte dei casi le trasfusioni di sangue proveniente dal cordone ombelicale non hanno dato, finora, i risultati sperati.
(*) La malattia di Krabbe è una malattia rara, spesso fatale, caratterizzata dalla degenerazione della guaina mielinica degli assoni del sistema nervoso centrale. La malattia è ereditaria con carattere autosomico recessivo.
