Nel 1953, gli stessi scienziati che annunciarono la scoperta del DNA esposero anche le modalità con cui esso veniva sintetizzato all’interno degli organismi viventi. Quella di Watson e Crick era solo un’ipotesi, ma descriveva alcuni dei passaggi che successivamente vennero riordinati dall’esperimento di Meselson e Stahl. Intorno al 1958 infatti, grazie ai risultati di questo test, divenne chiaro che l’unico modello di sintesi possibile per il DNA era quello della replicazione semiconservativa.
Nel 1970, il gruppo guidato da M. Caruthers implementò lo studio sulla sintesi sintetica di oligonucleotidi (serie di nucleotidi). La ricerca sviluppò la sintesi fosfito triestere su fase solida: processo che subì ulteriori miglioramenti per diventare poi una tecnica consolidata.
Gli oligonucleotidi prodotti per via chimica trovano oggi una vasta gamma di applicazioni nel campo della biologia molecolare e della medicina. Essi sono comunemente utilizzati come oligonucleotidi antisenso, piccoli RNA interferenti , primer per il sequenziamento e o l’amplificazione del DNA , sonde per la rilevazione di DNA complementare o RNA tramite ibridazione molecolare , strumenti per l’introduzione mirata di mutazioni e siti di restrizione.
DNA negli esseri viventi
La sintesi del DNA negli organismi viventi avviene secondo la replicazione semiconservativa. Durante questo processo il DNA viene srotolato dalla forma ad elica e i due filamenti costituenti vengono aperti esponendo le basi azotate. L’enzima DNA polimerasi quindi si sposta sui filamenti aperti in direzione 5’-3’ applicando le basi azotate complementari ai filamenti originali formando in questo modo due nuovi segmenti. Si parla di replicazione semiconservativa proprio perché i due nuovi DNA sintetizzati avranno un filamento che proviene dal DNA da cui il processo è partito ed uno di nuova formazione.
Negli esseri viventi il DNA può essere sintetizzato in tutta la sua lunghezza, nel caso in cui vi sia una duplicazione cellulare. Oppure solo parzialmente, nel caso in cui alla cellula servano determinate informazioni.
DNA in laboratorio
Il DNA può essere anche sintetizzato in laboratorio attraverso la tecnica di sintesi su fase solida. Tale modalità prevede che siano duplicati segmenti più brevi dell’intero DNA detti oligonucleotidi (serie di nucleotidi), aventi struttura e sequenza definita. Nella sintesi in fase solida, un oligonucleotide viene covalentemente legato, tramite il gruppo idrossile in posizione 3′ ad un supporto solido e rimane attaccato ad esso durante l’intero corso del montaggio della catena. Il supporto solido è contenuto in colonne le cui dimensioni dipendono dalla scala di sintesi e possono variare tra i 0,05mL e diversi litri. La stragrande maggioranza degli oligonucleotidi sono sintetizzati su piccola scala che va da 10nmol a 1nmol. Alla fine del processo di sintesi l’oligonucleotide viene rilasciato dal supporto solido e viene eluito dalla colonna.
Durante il processo di sintesi possono verificarsi reazioni collaterali, quindi la tecnica su fase solida permette di duplicare oligonucleotidi sintetici fino ad una certa lunghezza (circa 200 nucleotidi residui) ponendo attualmente un limite significativo alla resa della tecnologia. Nel corso degli anni, inoltre, sono state implementante le funzionalità e le modifiche che possono essere introdotte entro i nucleotidi consentendoci di ottenere molecole sintetiche meno simili a quelle contenute nelle cellule, ma con immense potenzialità dal punto di vista applicativo.