Che cos'è un cromosoma artificiale batterico?
Un cromosoma artificiale batterico (BAC) fa parte di una classe di strumenti, chiamati vettori, che i microbiologi usano per inserire i geni in un batterio - di solito e coli . L'inserimento di geni altera le proprietà del batterio in un processo chiamato trasformazione. Uno scienziato può alterare un ceppo di batteri usando un BAC, quindi confrontare i batteri alterati con un ceppo inalterato per scoprire quale ruolo svolgono i geni inseriti nella biologia cellulare. Mentre tutti i vettori sono usati dagli scienziati in modo simile, il BAC è degno di nota per essere in grado di trasportare molto più materiale genetico rispetto agli strumenti concorrenti.
Nel corso degli anni, gli scienziati hanno sviluppato diversi tipi di vettori per modificare la composizione genetica dei batteri. La maggior parte di questi sono creati modificando i fagi - virus che infettano solo le cellule batteriche - o strutture chiamate plasmidi. Il cromosoma artificiale batterico è uno dei numerosi vettori a base di plasmidi. I plasmidi sono anelli fluttuanti di DNA che molti batteri contengono oltre al loro DNA cromosomico. Non sono considerati una forma di vita separata, ma si comportano comunque come un organismo all'interno di un organismo: possono riprodursi indipendentemente dai batteri in cui "vivono".
Plasmidi come il cromosoma artificiale batterico vengono inseriti nei batteri usando un processo chiamato elettroporazione. L'elettroporazione comporta il disturbo della membrana cellulare con una scossa elettrica, che crea aperture temporanee attraverso le quali possono essere inserite molecole. I precursori del BAC includevano plasmidi modificati con nomi esotici come il cosmide e il fosmide. Questi tentativi di ricerca spesso frustrati perché potevano trasportare solo poche decine di migliaia di coppie di basi del DNA, abbastanza per inserire solo geni molto piccoli.
Nel 1992 il primo cromosoma artificiale batterico è stato creato da Hiroaki Shizuya, un ricercatore del California Institute of Technology, modificando un plasmide chiamato fattore F. I plasmidi a fattore F vengono utilizzati naturalmente dai batteri per trasferire il DNA da una cellula all'altra durante i periodi di stress ambientale, al fine di aumentare la variabilità genetica e la probabilità di sopravvivenza. A differenza dei suoi predecessori, il BAC poteva trasportare geni di grandi dimensioni con centinaia di migliaia di coppie di basi del DNA o più geni contemporaneamente.
Un certo numero di grandi biblioteche BAC sono ora gestite da università, industria privata e gruppi governativi. Oltre ai geni in esame, molti BAC contengono strumenti che consentono una ricerca più semplice. Ad esempio, alcuni BAC contengono geni che rendono blu i batteri o li rendono luminosi, per una più facile identificazione. Alcuni contengono geni che rendono l'ospite resistente a determinati anticorpi. Le colture possono essere purificate sciacquandole con l'anticorpo in questione, uccidendo tutti i batteri tranne quelli che portano il BAC.
Poiché i batteri si riproducono rapidamente, il cromosoma artificiale batterico può anche essere usato per clonare grandi quantità di una particolare sequenza genetica per lo studio. Ciò ha permesso di studiare meglio i genomi degli organismi che crescono lentamente o imprevedibilmente in condizioni di laboratorio. La capacità di clonare ha accelerato la ricerca sul trattamento delle malattie consentendo una più rapida identificazione di efficaci farmaci antivirali e antibatterici. Ha anche permesso una produzione più efficace delle sequenze utilizzate nella modificazione genetica di altri organismi, per la ricerca e l'industria.