Organismi Geneticamente Modificati;
applicazioni agro industriali
Unità didattica per la classe A060
Prerequisiti:- genetica di base;
Cellula procariota ed eucariota, struttura del DNA,
plasmidi, enzimi di restrizione, primers e a DNA polimerasi,
sintesi delle proteine; DNA ricombinante
Obiettivi specifici: - comprendere le tecniche generali per la produzione di O.G.M.
- individuare i campi di applicazione degli O.G.M.
- conoscere i vantaggi e gli svantaggi legati agli O.G.M.
- prendere visione dei regolamenti nazionali ed internazionali
legati alla produzione e commercializzazione di O.G.M.
Classe IVa/ liceo scientifico;
Ore previste di lezione frontale: 2;
Verifica specifica al termine dell’U.D.;
Verifica finale, da inserire in argomento più generale.
Esperienza in collaborazione con Università:
http://www.univ.trieste.it/~orienta/files/lifelearningcentre.pdf
RICONOSCIMENTO DI ORGANISMI
GENETICAMENTE MODIFICATI (OGM)
Una giornata in laboratorio; a seguire, discussione dei risultati
Interdisciplinarità importanti con educazione civica
Roberto Lelli
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O.G.M. nel nostro immaginario
D.N.A. ricombinante
Campi di applicazione
(panoramica)
laboratorio
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Definiamo cosa significa O.G.M.
Concetti ed esempi di
ingegneria genetica e
Biotecnologie tradizionali e avanzate
Campi di applicazione
(in dettaglio)
Legislazione europea
e situazione in Italia
Considerazioni
socio-economiche
Pro e contro
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Roberto Lelli
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Ma… che cos’è un OGM?
Organismi Geneticamente Modificati sono batteri, funghi, virus,
piante e animali le cui caratteristiche genetiche sono state
modificate attraverso l’ingegneria genetica
ingegneria genetica : tutte quelle tecniche che permettono di identificare,
isolare e trasferire artificialmente un gene dal patrimonio genetico di un
organismo a quello di un altro essere.
è possibile creare artificialmente una nuova combinazione di geni,
MAI esistita prima
Sull’ingegneria genetica si fondano le
BIOTECNOLOGIE
Le biotecnologie
tradizionali
Biotecnologie
innovative
Roberto Lelli
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applicazioni agro indusitriali
Le biotecnologie
tradizionali
tecnologie produttive utilizzate
da millenni in zootecnia,
I microrganismi delle fermentazioni,
fermentazione e nell'agricoltura;
La scoperta degli antibiotici
L’uso dei vaccini
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Biotecnologie
innovative
Ingegneria genetica;
DNA ricombinante;
selezione
e incrocio
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Come si ottiene un O.G.M.
Ricapitoliamo le TAPPE NECESSARIE
PER IL DNA-RICOMBINANTE
A. DNA tagliato enzimi di restrizione
plasmide tagliato con stessi
enzimi
B. DNA, portatore del gene isolato,
incollato al plasmide tramite
enzima detto DNA ligasi
C. Ottengo plasmidio transgenico con
nuova caratteristica del gene
estraneo.
plasmidio
Si inserisce poi il plasmide in altre
cellule che possono replicare il
segmento milioni di volte durante
la proliferazione cellulare.
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APPLICAZIONI DEGLI O.G.M.
AGRICOLTURA
APPLICAZIONI BIOMEDICHE
ZOOTECNIA
ECOLOGIA
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AGRICOLTURA
•
Tabacco: prima coltivazione transgenica su larga scala
Normalmente soggetta al virus del mosaico
(ingiallisce le foglie e ne impedisce la funzione clorofilliana).
Il gene inserito la rende resistente.
Obiettivi delle biotecnologie in campo agricolo
1) Incremento della produttività delle colture:
Resistenza ai patogeni (Insetti, virus, funghi, ecc.); Tolleranza agli erbicidi
2) Modifica delle proprietà agronomiche:
Tolleranza alla siccità, salinità. Resistenza al freddo
3) Miglioramento delle caratteristiche qualitative dei prodotti:
Resistenza alla marcescenza. Modifica della qualità e tenore di aminoacidi, acidi grassi
4) Utilizzo delle piante come bio-reattori vegetali:
Produzione di farmaci, vaccini
5) Impiego delle tecniche di biologia molecolare per:
programmi di miglioramento genetico, certificazione genetica e varietale, attività di diagnosi
e controllo fitosanitario
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QUALCHE ESEMPIO
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QUALCHE ESEMPIO
La soia Roundup Ready è stata modificata
per tollerare Roundup, un diserbante
non selettivo che devitalizza
tutta la vegetazione con cui entra in contatto.
CINA: Ha sviluppato da sola
un cotone-GM →Riduzione
di 5 volte nella quantità
di insetticidi utilizzati
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QUALCHE ESEMPIO
Riso-GM presenta un aumento
nella produzione di beta carotene
(precursore della vitamina A)
e il suo seme è giallo.
Introduzione di antigeni di patogeni umani.
Mangiare il frutto può indurre la produzione
di anticorpi, come una vaccinazione,
rendendo la persona immune alla malattia.
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Caratteri genetici più frequentemente
inseriti nei vegetali
Piante GM maggiormente
diffuse nel mondo
La soia tollerante i diserbanti,
che ricopre il 60% della superficie
totale coltivata con piante gm,
continua a essere la varietà più diffusa.
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• Le più frequenti argomentazioni di chi è… contro
RISCHI AMBIENTALI
- Le modifiche genetiche potrebbero essere trasmesse alle piante non GM
della stessa specie tramite impollinazione.
- Le modifiche genetiche come la resistenza a certi erbicidi potrebbero essere
trasmesse alle piante infestanti.
- La popolazione di piante GM potrebbe crescere in modo invasivo riducendo
la biodiversità.
- Se venisse inserita nelle piante la possibilità di produrre pesticidi, gli insetti
nocivi sottoposti a dosi massicce potrebbero diventare resistenti a questi.
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RISCHI PER LA SALUTE UMANA
•
•
•
•
Possibile tossicità degli OGM e residui di erbicidi negli alimenti;
allergie e intolleranze alimentari dovute all’introduzione di nuove
proteine;
Trasmissione all’uomo di resistenza agli antibiotici che può provocare il
proliferare di batteri patogeni;
Possibili problemi di degradazione del DNA transgenico nel
metabolismo degli animali e dell’uomo.
ASPETTI SOCIO – ECONOMICI:
RAPPORTO TRA PRIMO E TERZO MONDO
- Diffusione O.G.M. → distruzione diversità, conoscenze locali, sistemi agricoli
sviluppati per millenni
- contadini → obbligati a comperare i semi e i prodotti chimici (erbicidi,
fertilizzanti, pesticidi) dalle multinazionali.
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Le più frequenti argomentazioni di chi è… pro
Possibilità di ottenere piante e prodotti con le seguenti
caratteristiche:
•
•
•
•
•
Resistenza ai patogeni ed ai parassiti
Tolleranza agli erbicidi
Resistenza agli stress ambientali (capacità di sopravvivenza in aree con
climi avversi)
Miglioramento della qualità degli alimenti e delle caratteristiche nutrizionali
Aumento della conservabilità
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Grazie a tali caratteristiche l’utilizzo di piante gm
può rappresentare un consistente aiuto per lo
sviluppo del terzo mondo e per la fame nel mondo
•
Il Golden Rice è una risorsa per i
denutriti poiché contiene maggiore
vitamina A.
•
Patate anti epatite B
•
Uova con vaccino
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APPLICAZIONI BIOMEDICHE
Bio-reattori
Vengono definiti bio-reattori quegli organismi, che siano
piante o animali, i cui geni sono stati modificati al fine di
produrre farmaci o proteine umane.
QUALCHE ESEMPIO
• Maryland (USA) → patata con un gene che stimola il sistema
immunitario umano a combattere parassiti intestinali.
•
(la pecora Dolly, primo esempio di clonazione animale, è nata
proprio nell’ambito di un progetto di questo genere).
• Dal latte di capra → l’attivatore tissutale del plasminogeno, che
scioglie i coaguli del sangue → somministrato agli infartuati.
• Dal latte di alcuni conigli transgenici → l’interleuchina-2, una
proteina umana implicata nella regolazione del sistema immunitario
→ ai malati di cancro
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Xenotrapianti: in avanzata fase di sperimentazione; così
definiti i trapianti fra specie diverse: animali transgenici come
donatori d’organi compatibili con gli esseri umani.
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ZOOTECNIA
- produzione di animali resistenti alle infezioni, allo scopo di
ridurrel’impiego di antibiotici negli allevamenti
- Utilizzo di mangimi contenenti materie prime G.M.
ECOLOGIA
microrganismi transgenici da microrganismi che naturalmtente
si nutrono di inquinanti (idrocarburi e
metalli pesanti) possono aiutare nel recupero
danni dovuti a disastri ambientali
(bioremediation)
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Legislazione europea
Le principali norme adottate dalla UE attualmente in vigore sono:
- la Direttiva 2001/18/CE sull’emissione deliberata di ogm nell’ambiente
che supera la precedente direttiva 90/220/CE.
- Il regolamento CE n. 1829/2003 relativo alla commercializzazione di
alimenti e mangimi prodotti o derivati da OGM
- Il Regolamento CE n. 1830/2003 che regolamenta l’etichettatura e la
tracciabilità degli OGM
•
•
•
Tutti i prodotti contenenti ingredienti (o derivati da un ingrediente) con
più dello 0,9% di OGM devono essere etichettati con la dicitura "questo
prodotto contiene Ogm" oppure "questo prodotto deriva da Ogm".
L'etichettatura sarà richiesta anche per i prodotti in cui la presenza degli Ogm
non può più essere identificata nel prodotto finale [ è il caso di oli vegetali,
amidi, zuccheri, ecc., che prima erano esclusi dall'obbligo di etichettatura ].
Mangimi e additivi devono essere etichettati [ era finora mancata qualsiasi
norma per il settore mangimistico ].
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E in Italia ?
In Italia non è possibile coltivare per scopi commerciali nessuna
delle piante GM autorizzate in Europa
La coltivazione di piante GM è permessa solo a scopo sperimentale
(normativa europea 2001/18/CE, recepita dall’Italia con il decreto
legislativo n. 224 del 08.07.2003.)
cereali
orticole
Sperimentazioni
autorizzate
in Italia
1994-2002
pt industriali
piante da frutto, olivo,
vite
ornamentali
6%
7%
6%
36%
17%
28%
microrganismi uso
agrario
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Esperienza di laboratorio: riconosimento O.G.M.
Prerequisiti.
Conoscenze sull'organizzazione della cellula eucariotica, sulla struttura dei plasmidi, sugli
enzimi di restrizione.
Introduzione: un OGM è un organismo il cui materiale genetico è stato modificato, in modo
diverso da quanto si verifica in natura, mediante incrocio o con la ricombinazione genetica
naturale. In particolare per le piante dicotiledoni (leguminose, ortaggi, alberi da frutto), il
vettore più usato è l'Agrobacterium tumefaciens, un batterio che viene modificato con
l'inserimento di un gene esogeno. Frammenti del tessuto della pianta vengono "infettati" con
questo batterio, che ha la capacità di produrre dei piccoli tumori sulla superficie del tessuto
vegetale. Queste escrescenze, dette calli, contengono le cellule infettate, modificate con il gene
estraneo. Da queste cellule germogliano le nuove piantine transgeniche. L'approccio
sperimentale che verrà usato è simile a quello impiegato nella trasformazione batterica. Anche
in questo caso il gene estraneo viene clonato in un vettore che è sotto il controllo di un
promotore forte, il promotore P 35S del DNA del Virus del Mosaico del Cavolfiore (CaMV). Le
sequenze nucleotidiche di questo promotore sono specifiche e non presenti nel genoma delle
piante trasformate. La sua presenza indica quindi la natura transgenica del prodotto. Il
riconoscimento di un OGM viene ottenuto amplificando la regione del promotore P 35S del
CaMV impiegando un tecnica nota come Polymerase Chain Reaction (PCR).
Giorno 1: Screening di OGM
Obiettivo dell'esperienza. Verificare se i campioni in esame (alimenti di origine vegetale)
provengono da coltivazioni geneticamente modificate.
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Roberto Lelli
