Il DNA (acido desossiribonucleico) e l’RNA (acido ribonucleico) sono macromolecole adibite alla trasmissione dell’informazione ereditaria in tutti gli organismi viventi, dai Virus alle cellule Eucariote.
A seconda della cellula considerata esso può essere associato a particolari proteine che hanno la funzione di impaccare e ridurre notevolmente lo spazio occupato all’interno della cellula. Nel caso delle cellule eucariote (come quelle umane) inoltre, esso è segregato all’interno di un nucleo, costituito da una doppia membrana fosfolipidica di composizione simile al plasmalemma.
Il DNA può essere facilmente estratto dalle cellule di qualsiasi tessuto biologico attraverso l’utilizzo di determinate procedure di laboratorio che sfruttano le proprietà chimico-fisiche proprie della molecola.
Il DNA è, infatti, un polimero costituito da sequenze ripetute di quattro nucleotidi che grazie alla presenza di gruppi fosfato lungo le impalcature del doppio filamento, conferiscono un carattere acido in soluzione e una polarizzazione elettronegativa della macromolecola.
L’estrazione e la purificazione di acidi nucleici deve essere condotta in controllate condizioni di temperatura e di pH, onde evitare la denaturazione o la distruzione del DNA e dei legami ad idrogeno tra i vari nucleotidi. Generalmente la procedura prevede diversi passaggi:
1) lisi della membrana delle cellule
2) inattivazione delle nucleasi cellulari (enzimi che digeriscono il DNA = DNAsi)
3) separazione dell’acido nucleico dai residui cellulari associati.
Per lisare le cellule è possibile utilizzare agenti enzimatici, agenti caotropici (ovvero sali denaturanti) o più semplicemente detergenti come l’SDS (sodiododecilfosfato) o Triton X100. Questi ultimi legano i fosfolipidi di membrana causandone la rottura con conseguente lisi e fuoriuscita di tutto il contenuto intracellulare.
Per isolare la doppia elica in soluzione dal resto del lisato intracellulare viene utilizzato del fenolo o del fenolo cloroformio, i quali hanno la capacità di dividere in modo preferenziale l’acido nucleico in una fase acquosa e gli altri componenti cellulari comprese le proteine, in una fase organica.
Utilizzando delle proteinasi (come le proteinasi K) è possibile separare ora le molecole di DNA dalle proteine associate nel lisato, inattivando così anche enzimi (DNAsi) in grado di digerire la macromolecola disciolta ora in soluzione. Talvolta viene aggiunto inoltre un tampone a pH lievemente basico per mantenere il DNA in soluzione e dell’EDTA per sottrarre alla soluzione ioni Ca++ e Mg++ necessari al funzionamento delle DNAsi.
L’acido nucleico così estratto viene ora fatto precipitare utilizzando dell’etanolo e infine tramite centrifugazione viene recuperato e isolato.
Per lungo tempo l’isolamento delle molecole di DNA è stato un grande problema che ha frenato gli sviluppi della moderna biologia molecolare. Dagli anni settanta la ricerca ha compiuto notevoli passi avanti grazie alla scoperta di particolari enzimi e grazie alla messa a punto di moderne tecniche di laboratorio in grado non solo di isolare il DNA, ma addirittura di amplificarlo e modificarlo secondo determinate necessità, rendendo ad esempio più facile l’identificazione di geni.
Attualmente nei laboratori le procedure manuali di estrazione e purificazione di DNA sono state sostituite dall’utilizzo di kit commerciali che promettono una maggiore affidabilità dei risultati e un notevole risparmio di tempo.