Il gel di agarosio è una sostanza utilizzata in biochimica e biotecnologia per l’elettroforesi su gel e la cromatografia ad esclusione dimensionale, che sono metodi per selezionare grandi molecole in base alle loro dimensioni e carica elettrica. Questi processi utilizzano l’agarosio per separare e analizzare proteine e DNA. È molto adatto per queste applicazioni a causa della sua struttura molecolare, che consente a molecole di dimensioni diverse di muoversi attraverso di essa a velocità diverse. Il materiale è ottenuto da vari tipi di alghe, e si trova solitamente nei laboratori sotto forma di polvere. Per creare un mezzo adatto per un dato test, la polvere viene aggiunta all’acqua alla concentrazione appropriata, fatta bollire e poi lasciata raffreddare in un gel.
Produzione
L’agarosio viene estratto sotto forma di agar da diverse specie di alghe marine rosse, o alghe, che si trovano in California e nell’Asia orientale. Agar, un termine derivato dalla parola malese agar-agar, che significa gelatina, è tipicamente ottenuto dai tipi di alghe Gelidium. È composto da due diverse sostanze, note come agarosio e agaropectina, e fornisce supporto alle pareti cellulari all’interno delle alghe marine. Una volta rimosso, l’agar può essere utilizzato come addensante alimentare, proprio come la gelatina, o come lassativo. Se purificato, può essere utilizzato come mezzo per la crescita di batteri, funghi o altri microrganismi.
È abbastanza facile separare l’agarosi dall’agaropectina nell’agar perché le molecole di agarosio si legano fortemente l’una all’altra, mentre l’agaropectina gelifica male. Esistono diversi metodi per ottenere l’isolamento dell’agarosio. In un metodo, all’agar vengono aggiunti carragenina, un’altra molecola che si trova nelle alghe rosse, e un sale. Ciò provoca la precipitazione dell’agaropectina o la formazione di un solido che può essere rimosso dalla soluzione di agar. Un altro metodo aggiunge l’enzima pectinasi, una sostanza chimica che scompone l’agaropectina, permettendole di dissolversi in acqua.
Elettroforesi su gel
Il gel di agarosio è più comunemente associato all’elettroforesi. In questa procedura, gli scienziati applicano un campo elettrico su una lastra di materiale contenente DNA, RNA o frammenti proteici disciolti. Ciò fa sì che queste grandi molecole si muovano a causa delle loro cariche elettriche: i tipi caricati positivamente si sposteranno verso il lato negativo e viceversa. I frammenti di DNA e RNA hanno una carica negativa e quindi si sposteranno verso l’estremità positiva, mentre i frammenti di proteine possono essere negativi o positivi.
La velocità con cui le molecole si muovono dipende dalla loro dimensione e da quanta carica hanno. Il gel di agarosio è strutturato in modo tale da formare una sorta di rete, con fori attraverso i quali possono viaggiare altre molecole. È più facile che i più piccoli passino attraverso i fori e quindi viaggiano più velocemente. Tra le molecole più grandi gioca un ruolo anche la forma, in quanto quelle più compatte passano più facilmente. La tecnica viene utilizzata sia per analizzare campioni che per isolare particolari sequenze di DNA da utilizzare in applicazioni biotecnologiche.
Prima dell’elettroforesi, un campione di DNA verrebbe trattato con enzimi speciali che tagliano le lunghe molecole simili a filamenti in punti specifici, creando frammenti più piccoli. Il gel di agarosio viene preparato sciogliendo la polvere in una soluzione tampone, che resiste alle variazioni di pH – acidità/alcalinità – che potrebbero altrimenti derivare da effetti elettrochimici. Diverse quantità di polvere vengono utilizzate per diversi intervalli di molecole, ma di solito la concentrazione è compresa tra lo 0.7 e l’1.2%. A questo punto viene solitamente aggiunto un colorante fluorescente chiamato bromuro di etidio, poiché macchia il DNA e lo rende facilmente visibile alla luce ultravioletta. Questa miscela viene quindi scaldata al microonde e lasciata solidificare.
I campioni di DNA vengono inseriti in piccoli pozzetti nel gel e viene applicata una corrente elettrica continua attraverso di essi. Molecole di dimensioni diverse viaggiano attraverso il gel a velocità diverse, quindi dopo un certo tempo appariranno in posizioni diverse, con i frammenti più piccoli più verso l’estremità positiva. Ciò consente agli scienziati di determinare le dimensioni dei frammenti e di isolare diverse sequenze di DNA.
altri usi
Il gel di agarosio viene talvolta utilizzato in una tecnica correlata che non coinvolge l’elettricità, nota come cromatografia ad esclusione dimensionale. In questo metodo, una colonna di vetro viene riempita con perline di gel e viene versata una soluzione contenente molecole di dimensioni diverse. Contrariamente all’elettroforesi, le molecole più grandi si muovono più rapidamente lungo la colonna per emergere sul fondo, mentre il progresso di quelli più piccoli è rallentato nelle perline. Questo perché le molecole piccole tendono ad essere assorbite nei pori del gel, mentre quelle più grandi sono troppo grandi per entrare in questi pori e tendono invece a fluire tra le perle. Il tipo di gel e la concentrazione possono essere regolati per adattarsi alle dimensioni della molecola da separare.