DISEGNARE IL FUTURO CON LA BIOTECNOLOGIA

GENIALE
DISEGNARE IL FUTURO CON LA BIOTECNOLOGIA
Con il patrocinio di
2
Con il contributo di
3
personaggi:
NANDO
DANA
ha una passione smisurata per la scienza e la tecnologia
il suo film preferito? I goonies!
ha una compagna di giochi e di avventure inseparabile di cui,
si dice, sia anche un po’ innamorato.
entrambi hanno un amico speciale che ha un laboratorio
nel sottosuolo con un ingresso segreto.
Dana ha 11 anni e da grande vuole fare il medico. è una
studentessa modello e cerca sempre di aiutare gli altri.
ama la natura e forse anche nando, ma non lo dice.
Fino all’anno scorso aveva in giardino un allevamento di vermi
e altri insetti, che alla fine ha deciso di liberare, facendo
infuriare un comune amico scienziato che ha dovuto “aprire
il suo laboratorio” a tanti piccoli amichetti.
6
7
Professor ADAN
indice
cos’è la biotecnologia
Cos’è la cellula
La biotecnologia nei processi naturali
Cos’è il DNA
Le proteine e il DNA ricombinante
La biotecnologia e la cura del diabete
Esperimento
esperimento
I campi di azione della biotecnologia
Introduzione al BioTechQuiz
Il professore è considerato un genio a livello mondiale e ha
vinto innumerevoli premi per le sue importanti scoperte.
Nessuno conosce la sua vera età, qualcuno dice che abbia
inventato una pozione per l’eterna giovinezza e che fosse amico
di Albert einstein.
vive felice nel suo laboratorio, nel sottosuolo, tra provette
e ampolle a cui ha finito per assomigliare.
di iniziare a leggere rispondi alle
* Prima
domande dei quiz che ci sono in fondo al libro.
Poi, dopo aver letto tutte le storie, riprovaci!
11
15
19
23
27
31
35
41
45
49
Capitolo 1
Cos’è la biotecnologia
etimologia del termine e spiegazione.
11
cos’è la biotecnologia
capitolo 1
Dai Dana,
digli cosa
abbiamo visto!
Ci siete dentro!
La biotecnologia è la scienza
del futuro! Chissà quante
scoperte entusiasmanti da
qui a 20 anni!
Buongiorno
professor Adan, oggi io e
Nando abbiamo scoperto un posto
che si chiama “laboratorio di
biotecnologia”. Che cos’è?
12
Mi aiuterà a far
diventare Nando
più bello?
13
Ehm..
Non proprio!
La parola biotecnologia deriva dall’unione di due termini:
bio, cioè “vita” in greco, e tecnologia, che potremmo definire
come la capacità di fare dell’uomo, il suo saper costruire,
operare. in altre parole la sua perizia tecnica.
Quindi la biotecnologia è un’applicazione tecnica sui
processi vitali di tutti gli organismi viventi, o parti di essi,
per produrre sostanze e prodotti utili all’uomo.
Capitolo 2
Cos’è la cellula
dove si trova e quali sono le sue caratteristiche.
il biotecnologo è uno scienziato che applica il suo sapere su
cellule, piante, microrganismi, batteri...
Ma andiamo piano!
Gli organismi più comunemente utilizzati e studiati dalle
biotecnologie sono:
�
�
�
�
�
Batteri
Lieviti
Cellule animali
Cellule vegetali
Piante e animali
Detti così uno in fila all’altro possono sembrare cose
diversissime, eppure una somiglianza c’è...
14
15
cos’è la cellula
capitolo 2
Il professor Adan mostra ai due ragazzi uno strumento per ingrandire le cose
fino a 1500 volte: il microscopio ottico!
Bleah!
Che cos’è?
La forfora di
Nando?
Ed eccoti tutti i
miei batteri!
PPPRRRR!!
Nando e Dana osservano
la vita di una cellula.
16
17
La cellula è la più piccola parte di ogni organismo vivente
e ha le stesse caratteristiche degli esseri viventi;
essa infatti respira, reagisce agli stimoli e si riproduce.
Tutti gli esseri viventi sono costituiti da cellule.
Un organismo può essere formato da una cellula sola
ed è chiamato organismo unicellulare,per esempio i batteri.
questi possono essere utili o nocivi, tra cui il batterio patogeno,
che causa infezioni all’organismo che lo ospita, come ad esempio
il raffreddore; ma anche il lievito è un organimo unicellulare
in grado di far fermentare alcune sostanze, come il frumento,
l’orzo o il mais.
Capitolo 3
La biotecnologia
nei processi naturali
gli antichi egizi e il lievito.
se un organismo è formato da più cellule è invece chiamato
organismo pluricellulare come gli animali, le piante
e, naturalmente, gli uomini.
le cellule sono composte da proteine, lipidi,
zuccheri, acidi nucleici ed acqua. Tutte le strutture
di una cellula sono costituite da queste sostanze.
Le cellule possono avere forme e funzioni diverse, ma la
caratteristica che le accomuna è la presenza in ciascuna
di esse del DNA.
Proprio il DNA e le cellule hanno un ruolo fondamentale nelle
biotecnologie. Ma ne parliamo dopo, perché Nando e Dana stanno
litigandosi un pezzo di pane e infastidiscono il professor adan!
18
19
la biotecnologia nei processi naturali
capitolo 3
No!
È mio!
È mio!
È mio!
È mio!
È mio!
Adesso
è suo!!!
Ma chi è?!
hi hi hi!!!
Quello che si dice “un topo
di laboratorio!!”
20
21
La biotecnologia si nasconde dietro tantissimi processi naturali
che noi viviamo ogni giorno!
Capitolo 4
Pensiamo per esempio alla trasformazione del latte in burro
e in formaggio oppure dell’uva in aceto, o della farina in pane;
tutti questi processi possono essere appunto velocizzati grazie
alla biotecnologia!
Cos’è il dna
l’essere umano come il computer:
il DNA come l’hard disk.
Le biotecnologie sono state infatti utilizzate
dall’uomo sin dal 6000 a.C. quando gli antichi Egizi
usavano i lieviti per produrre alimenti come il pane,
l’aceto e il formaggio.
Il pane viene prodotto grazie alla fermentazione prodotta dal
lievito: è quello che accade quando si impastano farina, acqua,
zucchero e appunto lievito. Solo così il pane si gonfia e diventa
soffice e morbido.
Tutti prodotti comunque molto amati dai piccoli roditori,
come avete potuto vedere!
22
23
cos’è il dna
capitolo 4
Nando sta giocando al computer del professor Adan...
Sta facendo
il record!
Abbiamo provato a
giocare con quelle strane
catene colorate, ma non si
capiva come fare e allora le
abbiamo cancellate!
Ma che cavolo
stai facendo!?
24
25
Ma lì ci sono
i miei calcoli del
DNA e non avevo
salvato niente!
Abbiamo visto cos’è la biotecnologia e come si è sviluppata.
Cerchiamo di capire adesso il ruolo importante del DNA,
ma soprattutto che cos’è!
Proviamo a immaginare che l’uomo sia come un computer.
Il computer ha un suo centro dove vengono raccolti,
conservati, rielaborati e utilizzati i dati: l’hard disk.
Il DNA è proprio come l’hard disk: uno strumento che conserva
tutti i dati!
Capitolo 5
Le proteine
e il DNA ricombinante
come funziona e a cosa serve.
Il DNA ci dice se siamo uomini o donne, alti o bassi,
dà il colore ai nostri occhi, ai nostri capelli, alla
nostra pelle e produce tutte quelle sostanze
e processi che sono necessari alla vita.
Nel DNA ci sono in altri termini i dati che fanno funzionare
le cellule.
Ora facciamo un altro salto con l’immaginazione e pensate
che il DNA sia uno spartito musicale e che gli elementi che lo
compongono siano le note. Una sequenza di note produce una
melodia così come una sequenza degli elementi del DNA (le sue
note) produce il nostro insieme di informazioni.
Questa “melodia” viene eseguita nelle cellule e serve per
produrre le proteine che sono un elemento importantissimo
per tutti gli esseri viventi, perché servono per lo sviluppo
e la crescita degli organi!
26
27
le proteine e il dna ricombinante
capitolo 5
Mentre il topo di laboratorio aveva
trovato una soluzione...
... anche sulla superficie, qualcuno
ne aveva trovata un’altra...
Dana
smettilaaaaa!!!
28
29
Le proteine sono parte fondamentale delle cellule e derivano
dalla lettura delle informazioni contenute nel DNA.
Tutto questo è fondamentale per le biotecnologie, e soprattutto
per la cura di alcune malattie.
Vediamo perché.
Grazie alle biotecnologie è possibile creare una catena di DNA
in modo artificiale, combinando anche DNA di origini differenti.
In che modo?
Finora abbiamo detto che il corpo umano è come un computer
e che il DNA è il suo hard disk.
Capitolo 6
La biotecnologia
e la cura del diabete
spiegazione della malattia e della cura.
Come per ogni dato contenuto in un hard disk è possibile
tirar fuori dal DNA delle informazioni e mandarle in un
altro organismo proprio come si fa con una chiavetta USB
che copia ed incolla i dati da un computer ad un altro.
Questa si chiama tecnica del DNA “ricombinante”.
Oggi noi possiamo prendere frammenti del DNA di un organismo
e trasferirlo all’interno di altre cellule.
Questa tecnica negli ultimi anni ha rivestito sempre maggior
importanza nel mondo della medicina per la cura di alcune
malattie come ad esempio il diabete.
30
31
la biotecnologia e la cura del diabete
capitolo 6
Eccolo!
Ciao ragazzi!
Avete per caso
visto il mio camice
bianco?
Ma che cosa
hai fatto?!
?!
Vi ho
ricombinati
per le feste!!
...
32
33
Il diabete è una malattia molto comune. Una persona è diabetica
quando il suo DNA non produce una sostanza chiamata insulina.
L’insulina serve tantissimo perché regola i livelli di zucchero
all’interno del corpo umano. Quello che bisogna quindi fare
se si ha il diabete è fare delle iniezioni di insulina ogni giorno.
CapITOLO 7
Inizialmente l’insulina che veniva utilizzata per la cura del
diabete era estratta da maiali e iniettata nei pazienti malati.
come estrarre il dna (prima parte).
ESPERIMENTO
Tuttavia, l’insulina di maiale, sebbene fosse molto simile a
quella umana, a lungo termine risultava tossica per gli uomini
e inoltre bisognava impiegare un numero ingente di maiali per
la produzione della sostanza.
Con l’avvento dell’era biotecnologica l’insulina si è
prodotta in laboratorio, grazie alla produzione di
una sostanza umana perfettamente compatibile.
“Tagliando” il tratto di DNA che produce l’insulina, lo si è
“incollato” in una chiavetta USB chiamata plasmide. Infine si è
“copiato” il tratto di DNA in un altro ospite producendo così
la nostra sostanza.
Abbiamo parlato di DNA, abbiamo spiegato come si fa a
trasportare il DNA da un organismo all’altro, ma ci siamo
chiesti come dobbiamo fare per portar fuori il DNA dalla
cellula?
Per tirar fuori l’hard disk dal pc cosa facciamo? Smontiamo
il computer. Ebbene i biotecnologi fanno in un certo senso
lo stesso: smontano la cellula.
34
35
ESPERIMENTO 1
capITOLO 7
Venite qui!
Ora vi insegno
qualcosa di
divertente!
A fare
lo yogurt ?
Vi insegno
ad estrarre
il DNA!
A fare il
formaggio?
36
37
FASE 2
Frullare e Filtrare
FASE 1
Preparare
-
100 g di piselli
100 ml acqua
sale
detergente liquido
succo di ananas
o liquido per lenti
- alcool etilico
Proveremo a estrarre ora il DNA di una cellula.
Il processo è relativamente semplice e può essere fatto anche in
casa.
Frulliamo alla massima velocità per circa 30 secondi.
Useremo come fonte il DNA dei piselli.
I piselli che sono stati frullati verranno ora filtrati con un colino
utilizzando un recipiente possibilmente graduato in modo da
quantificare l’omogeneizzato ottenuto.
Mettiamo in un frullatore la fonte di DNA (100 g di piselli
aggiunti di 100 ml di acqua).
Aggiungiamo ora un volume di detergente liquido pari a circa
1/6 della quantità di omogeneizzato ottenuta.
Aggiungiamo un po’ di sale (circa metà di un cucchiaino
di tè).
Mescoliamo vigorosamente e lasciamo riposare per circa
15 minuti.
Aggiungiamo a questo punto dell’acqua calda (circa
il doppio della quantità di materiale da cui estraiamo
il nostro DNA)
38
39
FASE 3
Versare
CapITOLO 8
ESPERIMENTO
come estrarre il dna (seconda parte).
Aggiungiamo ora succo di ananas o la soluzione che serve
per pulire le lenti a contatto sempre in quantità pari ad 1/6
del volume totale.
A questo punto dividiamo l’omogeneizzato ottenuto in tre o
quattro provette.
Continuiamo però domani.
40
41
FASE 4
Aggiungere
FASE 5
Mescolare
DNA
Aggiungiamo ad ogni provetta in cui c’è il nostro
omogeneizzato una quantità pari di alcool etilico
(possibilmente tenuto nel congelatore per qualche ora)
in maniera che formi uno strato sulla nostra zuppetta.
42
A questo punto il DNA tende a salire dalla soluzione alla fase
alcolica, e per farlo basta usare un bastoncino di legno o una
bacchetta di vetro creando un piccolo vortice nella provetta.
43
FASE 6
Diventare Biotecnologi
CapITOLO 9
I campi d’azione
della biotecnologia
I farmaci biotecnologici e la depurazione delle acque.
Ed ecco a voi il DNA estratto.
Spieghiamo ora che cosa succede a livello biologico alle cellule
durante le varie fasi che abbiamo appena descritto.
Il passaggio nel frullatore è servito per separare le cellule.
Il DNA all’interno della cellula è avvolto da proteine.
L’utilizzo del succo di ananas serve a togliere le proteine
che lo circondano per poterlo cosi liberare.
L’aggiunta dell’alcool etilico serve a separare il DNA
da proteine e carboidrati che restano nella fase acquosa.
Complimenti ragazzi! AVETE ESTRATTO IL DNA!
Siete dei biotecnologi!
44
45
I CAMPI D’AZIONE DELLA BIOTECNOLOGIA
capITOLO 9
Dana è alle prese con un frullatore dove mette della frutta, dello
yogurt, dell’acqua, dello zucchero…
Nando invece sta spaccando tanti piccoli cubetti di ghiaccio e li
passa a Dana che li mette nel frullatore...
46
Sono
contento che vi
siate appassionati alle
biotecnologie! Cosa
state facendo?
Frappè
di DNA di pesca!
Squisito!
47
Uno dei settori in cui le biotecnologie sono maggiormente
sviluppate, e soprattutto utili all’uomo, è quello che riguarda
la salute.
Sono infatti tantissimi i farmaci biotecnologici, non solo
in Italia, ma in tutto il mondo! Queste medicine sono molto
innovative e servono per la cura di malattie che purtroppo
fino a poco tempo fa non potevano essere curate.
CapITOLO 10
INTRODUZIONE
al BioTechQuiz
Quelli descritti sono soltanto alcuni dei campi di applicazione
delle biotecnologie che derivano dalle tecniche di
manipolazione del DNA. Infatti la possibilità di manipolare
il DNA nelle cellule permetterà di poter correggere errori
genetici.
Già oggi i biotecnologi inoltre possono produrre tessuti
artificiali, studiando sistemi per far crescere e sviluppare
cellule umane in coltura.
Le biotecnologie ricombinanti possono avere inoltre impatto
su processi industriali, per i quali è possibile ottenere
dei prodotti attraverso l’uso di proteine (enzimi) in grado
di far avvenire reazioni di interesse (esempio per la produzione
di antibiotici).
Oltre al loro impatto sulla salute umana, le biotecnologie sono
in rapido sviluppo per applicazioni legate all’ambiente: infatti
microorganismi “biotecnologici” possono essere utilizzati
per eliminare le sostanze inquinanti dall’ambiente, e già oggi
alcuni di questi trattamenti servono ad aiutare ad eliminare
il petrolio dal mare.
48
49
Se vi è piaciuto l’argomento, tornate al quiz che avete
fatto all’inizio e provate a rispondere di nuovo.
Dopo sdraiatevi sul prato con Dana, Nando
e il Professor adan.
Prendete il foglio che il vostro professore vi ha
consegnato e provate a dare forma e colore alle
biotecnologie: se doveste disegnare la biotecnologia,
come la illustrereste?
Al lavoro!
50
51
QUIZ 1
1) La biotecnologia è:
1
2
3
52
un nuovo gioco della playstation
un periodo storico in cui hanno aperto
i primi supermercati biologici
la tecnologia applicata agli organismi
viventi
53
QUIZ 2
QUIZ 3
2) Quando sono nate le
biotecnologie?
1
2
3
Nell’anno della scoperta dell’America
L’anno scorso
3) La biotecnologia cosa analizza?
1
I libri che parlano di biologia
2
Le cellule, i batteri, i lieviti
3
La velocità della luce
Fin dai tempi dei Sumeri
54
55
QUIZ 4
QUIZ 5
4) Dove si trovano le cellule?
1
In tutti gli esseri viventi
2
In un movimento politico
5) Che cos’è il DNA?
1
2
3
Nei frullati con poco zucchero
3
56
Una struttura che contiene tutte
le informazioni di un organismo vivente
Il nome di una nuova costellazione
vicino al Tropico del Cancro
Il nome di un nuovo gruppo musicale
americano
57
QUIZ 6
QUIZ 7
6) Le proteine servono:
1
2
3
per aumentare l’abbronzatura d’estate
per aumentare la velocità della macchina,
mischiate alla benzina
7) Il DNA ricombinante è utile per:
1
curare molte malattie
2
prendere voti migliori a scuola
3
essere più veloci nella corsa a ostacoli
per lo sviluppo e la crescita degli organi
58
59
QUIZ 8
QUIZ 9
8) In quale settore le biotecnologie
hanno importanza per l’uomo?
9) Un esempio di biotecnologie
ambientali sono:
1
Nel settore automobilistico
1
2
Nella produzione di farmaci innovativi
2
3
Nel settore dei videogiochi
3
60
le tecniche per depurare i mari
i nuovi metodi per fare la raccolta
differenziata
i nuovi detersivi per la pulizia della casa
61
QUIZ 10
origami
10) La causa del diabete è:
1
la carenza di sport durante la settimana
2
il disordine nella propria cameretta
3
- costruisci il tuo dna!
segui le istruzioni Della pagina
successiva e divertiti a costruire
il tuo modellino di DNA!
una carenza di insulina nel proprio
corpo
62
63
8. Piega dalla parte opposta l’altro
bordo con le lettere, RENDENDO
sempre le lettere visibili. Dispiega
parzialmente entrambi i bordi.
6. Piegalo lungo la prima linea
diagonale e riaprilo. POI lungo la
seconda linea diagonale e riaprilo.
Ripeti fino ad avere le pieghe in
corrispondenza delle linee diagonali
lungo tutto il foglio.
9. Ora è possibile vedere come il
modello stIA iniziando a rigirarsi.
A
7. Piega il bordo bianco senza lettere,
in modo da RENDERE le lettere visibili.
5. Adesso gira il foglio.
3. Adesso piega i primi due segmenti
seguendo la linea orizzontale
successiva e riaprili.
C
T
G
C
C
G
A
4. Ripeti la stessa operazione per
tutti i segmenti orizzontali, fino ad
avere le pieghe in corrispondenza
delle linee orizzontali lungo tutto
il foglio.
2. Tieni la carta in modo che le linee
spesse siano diagonali e le linee sottili
orizzontali. Piega in basso il primo
segmento orizzontale e poi riaprilo.
G
T
G
C
T
1. Piega a metà il foglio.
Aiutati con le unghie
per una piega perfetta!
C
A
G
C
T
istruzioni
A
G
C
T
Costruisci il tuo dna!
Ecco una doppia
elica di DNA!
CE NE Sono “solo”
altre 2.999.999.989
a completare il tuo
intero genoma!
10. Tieni le due estremità, avvicinale
l’una verso l’altra roteando la carta
su se stessa.
11. ORA Lascia andare
la carta.
65
Una produzione Ground Control
Illustrazioni di Antonio Colomboni
66
67