L’operone della timidilato sintasi (TRP) è un gruppo di geni presenti nei batteri e negli archei che codifica gli enzimi necessari per sintetizzare il precursore della timidina trifosfato, che viene poi utilizzato per produrre il DNA. Questi enzimi sono chiamati timidilato sintasi, timidilato chinasi e timidilato reduttasi.
Se un microbo possiede questo operone, significa che è in grado di trasformare il triptofano in una o entrambe queste molecole, l’operone TRP ha anche implicazioni per i protocolli di editing genico CRISPR-Cas9, poiché la capacità di un organismo di produrre il proprio enzima timidilato sintasi può avere un impatto sulla capacità di questi organismi di rispondere a queste procedure.
Cosa fa l’operone TRP?
L’operone TRP codifica gli enzimi necessari per sintetizzare il precursore della timidina trifosfato, che viene poi utilizzato per produrre il DNA. Questi enzimi sono chiamati timidilato sintasi, timidilato chinasi e timidilato reduttasi. L’enzima timidilato sintasi è responsabile della prima fase del percorso, convertendo il 5-metil-tetraidrofolato e il fosfato in 5-metil-timidilato.
L’enzima timidilato chinasi è necessario per convertire il 5-metil-timidilato in timidina-5-fosfato. L’enzima timidilato reduttasi è responsabile della riduzione della timidina-5-fosfato in timidina, il prodotto finale.
Come funziona nello specifico
L’operone TRP si trova nei procarioti, in questi organismi, ogni gene dell’operone è adiacente a uno o più promotori. I geni associati all’operone vengono trascritti come una singola, lunga molecola di RNA che viene poi tradotto in più proteine mentre si muove attraverso la cellula e verso la sua superficie esterna. La trascrizione e la traduzione dell’operone TRP avvengono in un momento specifico del ciclo cellulare.
Il momento più comune per la produzione di timidina è quando la cellula sta replicando il proprio DNA, questo avviene nella fase S del ciclo cellulare. Una volta prodotta, la timidina viene utilizzata per creare l’acido desossiribonucleico (DNA), la molecola che contiene tutte le informazioni necessarie per creare altre cellule.
Perché è importante?
L’operone TRP è importante perché aiuta i batteri e gli archei a produrre timidina, la molecola che viene aggiunta al DNA durante il processo di replicazione per renderlo a doppio filamento. Questo processo è importante perché crea nuove copie del genoma dell’organismo, in modo che ogni cellula figlia abbia le stesse informazioni della cellula madre. La timidina viene utilizzata anche per creare la timidina-5-fosfato, uno dei precursori del DNA. Ciò significa che l’operone TRP aiuta i microbi a sintetizzare il DNA, l’RNA ed eventualmente altre molecole necessarie per la crescita e la replicazione.
Come viene utilizzato l’operone TRP?
L’operone TRP può essere utilizzato per modificare i geni nei batteri e negli archei. Quando si modificano i geni con un approccio CRISPR-Cas9, i ricercatori devono selezionare microrganismi in grado di crescere in laboratorio con i loro geni modificati. Se un microrganismo possiede l’operone TRP, è più probabile che cresca in laboratorio con i suoi geni modificati.
Se un microrganismo non possiede l’operone TRP, ha meno probabilità di crescere in laboratorio con i suoi geni modificati. Questo perché i microrganismi che non hanno l’operone TRP hanno più probabilità di avere scorte sufficienti di timidina, mentre quelli che hanno l’operone TRP hanno meno probabilità di avere scorte sufficienti.
I geni dell’operone sono presenti nella maggior parte degli organismi, ma non sono sempre funzionali poiché in alcuni casi, i geni sono mutati e non producono più gli enzimi necessari per sintetizzare la timidina. In altri casi sono presenti, ma inattivi. Quando i geni sono attivi, è possibile aggiungerli a un organismo di laboratorio per farlo crescere in laboratorio. Questo può essere fatto in due modi:
- i ricercatori possono aggiungere i geni a un organismo embrionale
- possono aggiungere i geni a un organismo già esistente che ha già un gene in più. Quando si aggiungono i geni a un organismo embrionale, i ricercatori iniziano con una cellula priva di geni. Poi aggiungono i geni a questa cellula e lasciano che la cellula cresca in un nuovo organismo con i geni aggiunti.
- i ricercatori possono anche aggiungere i geni a un organismo esistente che ha già un gene in più. In questo caso, possono aggiungere i geni a un organismo a cui sono stati aggiunti più geni o a uno che ha un gene non funzionale.