BIOTECNOLOGIE E OGM
DOMANDE
1 Cosa sono le biotecnologie?
2 Biotecnologie antiche e moderne: quali differenze?
3 Cosa sono gli OGM?
4 Ma le biotecnologie sono utili o rischiose? Evidenzia aspetti negativi o positivi
5 Elenca esempi di biotecnologie nell’ambito agricolo, industriale e medico, sia antiche sia moderne.
6 Cosa si intende per clonazione?
7 Oggi è possibile clonare organismi viventi? Quali esempi si possono fare? (partendo dal primo, famoso
tentativo, fino a quelli più recenti)
8 Cosa si intende per organismo transgenico? In particolare cos’è il mais transgenico? E il cotone BT? Quali
vantaggi ha questa coltura rispetto al cotone tradizionale?
9 Cosa si intende per “progetto genoma umano” e quali gli obiettivi?
10 Cosa si intende per DNA ricombinante?
BIOTECNOLOGIE
Sono tecniche di manipolazione (più o meno naturali) degli organismi viventi per scopi medici, alimentari,
zootecnici o altro.
Le biotecnologie sono molto conosciute e già nell’antichità venivano usate: per preparare il pane, fermentare
l’uva per ottenere bevande alcoliche, produrre la birra, preparare formaggi; sono incluse anche le tecniche di
incrocio e selezione di razze di animali utili per l’uomo e anche gli incroci e selezione per produrre varietà di
piante utili ai bisogni dell’uomo.
Per migliaia di anni, all'oscuro delle leggi biologiche ha lavorato sugli organismi per ottenere o modificare
quanto era prodotto dalla natura.
Sono biotecnologie classiche: il miglioramento genetico ottenuto attraverso l'incrocio, l'ibridazione e la
selezione artificiale.
Per molto tempo, la costituzione di nuove colture è stata, del tutto casuale, essendo basata sulla selezione di
sementi ottenute dalla libera impollinazione di piante spontanee o coltivate. In alternativa si faceva ricorso a
tecniche di incrocio intervarietale ottenuto mediante impollinazione controllata dei fiori o facendo ricorso
all'ibridazione interspecifica.
Anche la fermentazione e la lievitazione che fanno uso di lieviti o batteri per la produzione di vino, birra, pane
e formaggi sono esempi di biotecnologie che vengono dal passato.
Anche le biotecnologie attuali sono legate a meccanismi di selezione degli organismi, ma si possono ora
modificare le caratteristiche genetiche di qualunque organismo. Le biotecnologie moderne sono in grado di
superare le barriere che separano tra loro le specie, al punto che si possono operare trasferimenti di geni tra
tutti i tipi di organismi, inclusi esseri umani, topi, pomodori, lieviti, batteri. Le biotecnologie moderne si
basano sul DNA ricombinante.
Particolarmente spettacolari sono i risultati che le biotecnologie hanno già ottenuto nella protezione dei
raccolti dagli insetti e dalle malattie. La scala del problema è in questo caso definita dai 3-5 miliardi di dollari
spesi annualmente nel mondo (con gravissimo danno ambientale) per il controllo chimico dei soli insetti. I
primi esempi di piante transgeniche (tabacco e pomodoro) resistenti a insetti grazie al gene derivato da un
batterio risalgono addirittura al 1987-88 e di quegli anni sono anche le prime piante "biotecnologiche"
resistenti a virus, rese tali da un derivato di geni virali. Negli scorsi due anni sono state autorizzate la
commercializzazione negli Stati Uniti di numerose piante - granoturco (YieldGardTM, Monsanto; MaximizerTM,
Ciba-Geigy), patata (NewLeafTM, Monsanto) cotone (BellgardTM, Monsanto) - contenenti geni batterici e
resistenti a insetti e altre - zucchina (Freedom IITM, Asgrow), papaya (Cornell Univ-Hawaii Grower Ass.) resistenti a virus. Sempre in tema di resistenze, appartenenti anch'esse alla prima generazione di prodotti
biotecnologici (e già commercializzabili negli USA) sono piante - granoturco (LibertyLinkTM, AgrEvo), soia
(Monsanto; AgrEvo), cotone (Dupont; RoundupReadyTM, Monsanto; BXNCottonTM, Calgene) - resistenti a
diversi erbicidi, caratteristica che permette di meglio dosare e mirare l'uso di queste sostanze chimiche
fortemente inquinanti. E’ cronaca recente la discussione sulla commercializzazione in Europa di una varietà di
granoturco (Ciba-Geigy) resistente contemporaneamente a un insetto e a un erbicida.
Come si transgenizza un vegetale?
Prendiamo un esempio pratico tra quelli piu` comuni: il mais transgenico.
La varieta` di mais coltivata e` soggetta
all’attacco di un parassita, la
piralide. La piralide e` un insetto (un farfalla)
che depone le sue uova nella
pannocchia del mais, contemporaneamente
alla maturazione della
pannocchia si sviluppano anche le larve che se
ne cibano rovinando gran parte
dei raccolti.
Si e` cosi` pensato di
"costruire" una pianta di mais
che potesse resistere
all’attacco di questo insetto.
In natura esiste un batterio, il Bacillus thuringensis il
quale`naturalmente nocivo per la piralide, esso
infatti possiede un gene
che codifica per una proteina che e` per essa una
tossina letale.
La prima operazione da fare e` quindi di isolare
questo gene (che
chiameremo gene R) dal DNA del batterio, il quale
naturalmente possiede
molti altri geni oltre ad R. Per fare cio` si utilizzano degli agenti biologici
chiamati enzimi di
restrizione. Questi enzimi sono in grado di riconoscere le sequenze di
inizio e di fine di un
gene e di tagliare il DNA in corrispondenza di esse in modo da ottenere il
gene R isolato. Poiche`
si desidera trangenizzare molte piante, il secondo passaggio consistera` nel fare molte copie del gene R attraverso la
replicazione controllata dei batteri in cultura.
Il passaggio piu` delicato consiste nel riuscire ad inserire il gene R del battere nel genoma della pianta. Per fare questo si
sfrutta la capacita` di alcuni organismi patogeni, i vettori biologici, che sono appunto organismi in grado di attaccarsi al
genoma dei loro ospiti. Questi organismi, generalmente batteri o virus, sono generalmente degli endoparassiti (che
parassitano l’interno della cellula). L’endoparassita utilizzato nella transgenizzazione del mais e` un batterio chiamato
Agrobacterium.
Per prima cosa, sfruttando la capacita` dei batteri di scambiarsi reciprocamente informazioni genetiche, si fa in modo di
introdurre il gene R nell’Agrobacterium; successivamente una colonia di questi batteri viene messa in cultura insieme a
cellule vegetali di pianta di mais per un tempo determinato. Le cellule disorganizzate non possiedono tutti i meccanismi
di difesa propri della pianta adulta e pertanto l’infezione ovvero l’intrusione dell’endoparassita risulta facilitata; per
evitare la morte delle piante in seguito all’azione patogena del parassita nei
confronti della pianta il patogeno viene modificato in modo da perdere le
sue capacita` nocive.
Allo scadere del tempo, nella piastra di cultura ci saranno alcune cellule
vegetali nelle quali l’Agrobacterium e` riuscito ad entrare portando con
se’ il gene R ma altre che sono rimaste integre. Come fare a distinguerle?
In realta` ogni volta che si opera l’inserzione di un gene estraneo in una
cellula, a questo gene ne viene attaccato un altro detto marcatore
biologico. Il marcatore biologico permette di riconoscere una cellula in cui
la transgenizzazione ha avuto successo da una cellula in cui non ha avuto
successo. Generalmente si sceglie come marcatore un gene che porta la
resistenza per un determinato antibiotico, nel caso del mais l’ampicillina.
Sara` quindi sufficiente trattare le cellule della cultura con ampicillina,
quelle che sopravviveranno saranno quelle che hanno ricevuto il gene che
le permette di essere resistenti all’antibiotico e poiche` attaccato a questo
gene c’era il gene R, una volta sviluppate daranno origine a piante di mais
resistenti anche all’attacco della piralide.
DNA RICOMBINANTE
Una molecola di DNA formata da 2 o più segmenti che solitamente non si trovano vicino oppure provengono
da un altro animale o anche da un’altra specie. La tecnologia del DNA RICOMBINANTE utilizza:
- ENZIMI DI RESTRIZIONE
- PLASMIDI
Per inserire un gene, che codifica per una specifica proteina in un plasmide:
- Il gene viene isolato con specifici enzimi di restrizione
- Il gene viene inserito in un plasmide (si forma un DNA ricombinante)
- Il plasmide (DNA ricombinante) viene inserito in una cellula batterica che si riproduce e sintetizza la
proteina codificata dal gene inserito
Clonazione: tecnica di produzione di copie identiche geneticamente all’organismo di partenza.
Quando si parla di clonazione si fa riferimento anche alla riproduzione asessuata di certi organismi che sono in
grado di riprodursi senza scambio genetico con organismi di sesso diverso. L'uomo utilizza da tempo questa
tecnica anche in agricoltura; ne sono un esempio le talee.
Clonare un organismo, pertanto, vuol dire creare ex-novo un essere vivente che possiede le stesse informazioni
genetiche dell'organismo di partenza.
Il primo animale ad essere clonato fu la pecora Dolly (1996-2003), creata a partire da nuclei di cellule non
riproduttive (mammarie) di una pecora donatrice trasferite in cellule embrionali private del nucleo e quindi
indotte ad avviare lo sviluppo del feto.
OGM: Organismo geneticamente modificato; organismo transgenico. Organismo con un gene o più modificati
o appartenenti ad altro organismo.
Il cotone Bt è modificato geneticamente con il gene del Bacillus thuringensis (Bt)e inserito nel vegetale per
fargli produrre una tossina letale rendendolo resistente ai parassiti; si è rivelato un grosso fallimento nel
controllo dei parassiti. In Cina dopo sette anni dall'introduzione della coltivazione su vasta scala del cotone Bt,
i vantaggi economici garantiti ai coltivatori cinesi dal suo uso sono svaniti. Il motivo è che nuovi parassiti
stanno aggredendo in maniera massiccia le coltivazioni di cotone Bt. Inoltre il costo economico delle sementi
transgeniche è maggiore rispetto a quelle tradizionali
ALCUNI FATTORI POSITIVI LEGATI ALLE BIOTECNOLOGIE
- Un'agricoltura meno inquinata, soprattutto per minor utilizzo e/o utilizzo mirato di antiparassitari ed
erbicidi (presenza di enzimi degradanti tali sostanze o resistenti agli insetti grazie a geni ad esempio del
Bacillus turigensis Bt o resistenti a virus o a funghi)
- Minor erosione del suolo
- Creazione di piante più adatte a climi aridi e a terreni contaminati (geni per la resistenza a basse
temperature)
- Piante con valori nutrizionali maggiori (es: maggior apporto di vitamina A in zone carenti di tale nutriente;
arricchimento in amminoacidi essenziali)
- Migliore qualità del raccolto (inibizione o ritardo, ad esempio, della maturazione di certi frutti) e conseguente
commerciabilità
Altri vantaggi:
- produzione di vaccini e farmaci a costi minori e con maggiore sicurezza
- creazione di organismi utilizzati per purificare l’ambiente da sostanze inquinanti
ALCUNI FATTORI NEGATIVI LEGATI ALLE BIOTECNOLOGIE
- Sviluppo di resistenze (le piante modificate causano una pressione selettiva che favorisce la comparsa di
insetti resistenti)
- Trasferimento dei geni per la resistenza a pesticidi a piante infestanti (in questo modo le infestanti erano
diventate supercompetitive non erano quindi più eliminabili con le normali dosi di pesticida)
- Riduzione della biodiversità (l’uso delle tossine insetticide sembra provocare non solo la morte degli insetti
nocivi ma anche di quelli normalmente presenti negli ecosistemi; l’introduzione di queste piante nell’ambiente
è in grado di causare grossi danni all’equilibrio degli ecosistemi: eliminare insetti che sono nutrimento per altri
organismi può alterare la catena alimentare)
Secondo un rapporto della FAO nel corso dell’ultimo secolo sono andate perdute il 75% delle varietà agricole.
Le biotecnologie sono chiaramente supportate da una logica che mira a promuovere specie caratterizzate dalla
alta resa nella produzione e quindi da alto guadagno più che dalla ricchezza nutrizionale e/o dalle proprietà
organolettiche. I danni per gli ecosistemi e per l’uomo che derivano dalla mancanza di biodiversità possono
essere esemplificati dal caso della "carestia della patata" che in Irlanda causo` nel 1840 oltre due milioni di
morti.
Poiché tutte le piante di patate coltivate sull’isola derivavano da un solo campione di semi importato dalle
Ande, la base genetica dei tuberi era molto piccola e nessuna pianta fu in grado di resistere alla infezione di un
fungo patogeno presente sull’isola. Una più ampia base genetica avrebbe aumentato la possibilità di
sopravvivenza di qualche ceppo
- Sviluppo di forme allergiche a determinate sostanze contenute nelle piante transgeniche.
PROGETTO GENOMA UMANO
Il Progetto Genoma Umano è un progetto di ricerca scientifica internazionale il cui obiettivo principale era
quello di determinare la sequenza delle coppie di basi azotate che formano il DNA e di identificare e mappare i
circa 25 mila geni umani, cercando di capirne la funzione. Il progetto ha avuto inizio nel 1988, negli Stati Uniti.
La mappatura è stata completata nel 2001. L'obiettivo principale del Progetto Genoma Umano è quello di
comprendere il ruolo, la funzione dei vari geni, individuarne le proteine da essi espresse e relative funzioni.
Oggi con le metodiche attuali per la clonazione del genoma di un organismo servono pochi giorni.
Da rilevare che poco più del 1% del genoma è rappresentato da geni poi tradotti in proteine. La maggior parte
del genoma è costituita da sequenze nucleotidiche non codificanti; non basta quindi il sequenziamento del
DNA per capire come funziona ogni parte del genoma degli organismi viventi: c’è ancora molto da studiare e
da scoprire!
