Genetica 8
(facoltativo)
Le biotecnologie e gli
organismi geneticamente
modificati
ISAAA
GLOBAL AREA OF BIOTECH CROPS
Million Hectares (1996 to 2007)
Total
140
23 Biotech Crop Countries
Industrial
Developing
120
100
80
60
40
20
0
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Increase of 12%, 12.3 million hectares (30 million acres), between 2006 and 2007.
Source: Clive James, 2007.
“ ‘If there’s one thing I
won’t stand for’, said
Mrs. Fussell, who lives
down the block, ‘it’s
genes in my tomatoes’. ”
Restriction Enzyme
Action of EcoRI
Recombinant DNA
I bioreattori:
quando le cellule rappresentano fabbriche chimiche miniaturizzate
Expressed protein
-
+
-
+
induction
+
-
+
Global Area of Biotech Crops, 1996 to 2007:
By Trait (Million Hectares)
80
70
Herbicide Tolerance
60
Insect Resistance
Herbicide Tolerance/Insect Resistance
50
40
30
20
10
0
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Source: Clive James, 2008
ISAAA
*
Mais-RR (Roundup Ready)
Roundup è il nome commerciale (di proprietà di Monsanto) di un diserbante a
base di glifosate, il principio attivo erbicida a largo spettro più venduto al
mondo. E’ un erbicida sistemico a largo spettro di azione che inibisce la
biosintesi degli amminoacidi aromatici, tra i migliori sotto l’aspetto
tossicologico e dell’impatto ambientale.
Il brevetto relativo al glifosate è scaduto nel 1994 in Europa e nel 2000 negli
Stati Uniti
Colza-RR e Soia-RR
(Roundup Ready*)
Mais-Bt:
trasformazione con il gene cry1
codificante la tossina di Bacillus
thuringensis
Larva di piralide
Piralide adulta
Specie orticole resistenti ai funghi
La produzione di piante transgeniche in
grado di esprimere in modo costitutivo i
geni codificanti gli enzimi che
degradano i principali costituenti delle
pareti cellulari fungine (b–1,4–chitine e
b–1,3–glucani) costituisce la strategia
più seguita per la costituzione di varietà
transgeniche resistenti ai funghi.
Sviluppo di cultivar tolleranti a infezioni di Fusarium
Pioppo Bt
Foglie di pioppo transgenico resistente agli
insetti in seguito ad inserimento del gene Bt
Cotone-Bt:
trasformazione con il gene cry1
codificante la tossina di Bacillus
thuringensis
Pomodoro “Flavr-Savr”
bloccata la funzionalità di gene endogeno (poligalatturonasi, PG)
Pomodori a
marcescenza
ritardata:
tale proprietà dipende
dalla inibizione della
senescenza
conseguente ad un
abbassamento della
sintesi dell’enzima
poligalatturonasi (PG)
coinvolto nei processi
degradativi a carico
della parete cellulare.
PIANTE COME VACCINI
“GOLDEN RICE”
MOLECULAR FARMING
EuroFresh Farms,
Wilcox, Arizona.
Willcox, AZ
40 acres (~ 15.4 hectares)
Gli animali transgenici:
biofabbriche di molecole utili
Da dove provengono i geni
inseriti negli OGM?
“Gli OGM sono gli organismi
geneticamente modificati, cioe’ un
qualche cosa che la tecnica oggi
rende possibile. Si tratta di
combinare fra loro geni di
specie diverse. Un caso classico
è la fragola in cui viene immesso
il gene del pesce artico per
permettere alla pianta di produrre
in
condizioni
climatiche
di
maggior freddo”
“Gli OGM non esistono in natura”
http://www.liberidaogm.org/liberi/unomattinaogm.wmv
Una pianta di mais trasformata con un gene di mais
NON è un OGM
Cosa sono gli OGM?
Direttiva 90/220/CE
Art. 2
Organismo Geneticamente Modificato: organismo il cui materiale genetico è
stato modificato in un modo che non avviene in natura mediante incrocio e/o
ricombinazione naturale. Nell’ambito di tale definizione:
• Una modificazione genetica e' ottenuta almeno mediante l'impiego delle
tecniche elencate nell'allegato IA, parte 1
• Le tecniche elencate nell’allegato IA, parte 2, non sono considerate tecniche
che hanno per effetto una modificazione genetica
Art. 3
Il presente decreto non si applica qualora la modificazione genetica sia ottenuta
con l’impiego delle tecniche elencate nell’allegato 1B
ALLEGATO 1A
Parte 1:
Le tecniche considerate tecniche di modificazione genetica, comprendono,
tra l'altro:
1) tecniche di ricombinazione dell'acido nucleico che comportano la
formazione di nuove combinazioni di materiale genetico mediante
inserimento in un virus, in un plasmide batterico o in qualsiasi altro vettore, di
molecole di acido nucleico prodotte con qualsiasi meno all'esterno di un
organismo, nonche' la loro incorporazione in un organismo ospite nel quale
non compaiono per natura, ma nel quale possono replicarsi in maniera
continua;
2) tecniche che comportano l'introduzione diretta in un organismo di
materiale ereditabile preparato al suo esterno, tra cui la microiniezione, la
macroiniezione e il microincapsulamento;
3) fusione cellulare, inclusa la fusione di protoplasti, o tecniche di ibridazione
per la costruzione di cellule vive, che presentano nuove combinazioni di
materiale genetico ereditabile, mediante la fusione di due o piu' cellule,
utilizzando metodi non naturali.
ALLEGATO 1A
Parte 2
Tecniche che non sono considerate tecniche di modificazione genetica
se non comportano il ricorso a molecole di DNA ricombinante o a organismi
geneticamente modificati:
-Fecondazione in vitro
-Coniugazione, trasduzione, trasformazione o qualsiasi altro processo
naturale
-Induzione della poliploidia
Cosa sono gli OGM?
Direttiva 90/220/CE
Art. 2
Organismo Geneticamente Modificato: organismo il cui materiale genetico è
stato modificato in un modo che non avviene in natura mediante incrocio e/o
ricombinazione naturale. Nell’ambito di tale definizione:
• Una modificazione genetica e' ottenuta almeno mediante l'impiego delle
tecniche elencate nell'allegato IA, parte 1
• Le tecniche elencate nell’allegato IA, parte 2, non sono considerate tecniche
che hanno per effetto una modificazione genetica
Art. 3
Il presente decreto non si applica qualora la modificazione genetica sia ottenuta
con l’impiego delle tecniche elencate nell’allegato 1B
ALLEGATO 1B
Tecniche di modificazione genetica che devono essere ESCLUSE dal campo
di applicazione del presente decreto se non comportano il ricorso a organismi
geneticamente modificati come organismi riceventi o parentali:
-Mutagenesi
-Costruzione e impiego di ibridomi somatici di animali (es. anticorpi
monoclonali)
-Fusione cellulare (compresa la fusione di protoplasti) di cellule di piante che
possono essere ottenute mediante metodi tradizionali di riproduzione
-Autoclonazione di microrganismi non patogeni presenti in natura ….
Direttiva 2001-18-EC
(entrata in vigore nell’Ottobre 2002)
Art. 2
Organismo Geneticamente Modificato: un organismo, ad eccezione dell'uomo, il
cui materiale genetico è stato modificato in un modo che non avviene in natura
mediante incrocio e/o ricombinazione naturale. Nell’ambito di tale definizione:
• Una modificazione genetica e' ottenuta almeno mediante l'impiego delle
tecniche elencate nell'allegato IA, parte 1
• Le tecniche elencate nell’allegato IA, parte 2, non sono considerate tecniche
che hanno per effetto una modificazione genetica
(20 novembre 2007)
Due équipe arrivano indipendentemente allo stesso risultato
rivoluzionario
Cellule pluripotenti, senza utilizzare embrioni. Redi: "E' la via da seguire,
l'avevamo indicata nel 2001“
Ricerche Usa-Giappone, cellule della pelle
ringiovanite in staminali embrionali
di ALESSIA MANFREDI
CELLULE somatiche adulte trasformate in staminali simili in tutto e per
tutto a quelle embrionali. Pluripotenti, capaci cioè di differenziarsi e
trasformarsi in diversi tipi di cellule, neuroni e tessuti cardiaci compresi.
Il tutto senza bisogno di andare a toccare l'embrione, superando così i
problemi etici. La quadratura del cerchio, insomma. Ad arrivarci, in
modo indipendente, sono stati due gruppi di ricerca, che sono riusciti a
riprogrammare cellule adulte di pelle umana per ottenere staminali.
Un risultato epocale, anche se gli scienziati vogliono essere prudenti: occorrono altri studi e accertamenti
per essere certi che queste cellule siano davvero sicure e non presentino imprevisti. Ma le possibili
applicazioni sono di assoluto interesse: in futuro, infatti, dallo stesso paziente si potrebbero prelevare le
cellule da "ringiovanire", per un trattamento personalizzato e a prova di rigetto. La promessa è che queste
nuove staminali artificiali abbiano come le "originali" il potere di trasformarsi per andare a formare nuovi
organi e tessuti.
Per Carlo Alberto Redi è un salto in avanti importantissimo, che si commenta da sé. "In questo modo si
hanno a disposizione cellule di tipo embrionale, senza dilemmi di tipo etico" spiega il genetista,
direttore scientifico della fondazione Irccs-San Matteo Pavia. "
Gli OGM sono ‘innaturali’?
Mario Capanna ha ragione quando sostiene che gli OGM non
esistono in natura
“Gli OGM sono gli organismi
geneticamente modificati, cioe’ un
qualche cosa che la tecnica oggi
rende possibile. Si tratta di
combinare fra loro geni di specie
diverse. Un caso classico è la
fragola in cui viene immesso il
gene del pesce artico per
permettere alla pianta di produrre
in
condizioni
climatiche
di
maggior freddo”
“Gli OGM non esistono in natura”
http://www.liberidaogm.org/liberi/unomattinaogm.wmv
Ma.. siamo sicuri che ciò che consideriamo “naturale” esista
in natura?
Peach and Nectarine (Amygdalus persica).—The best
authorities are nearly unanimous that the peach has
never been found wild. It was introduced from Persia into
Europe a little before the Christian era, and at this period few
varieties existed. Alph. De Candolle, from the fact of the
peach not having spread from Persia at an earlier period, and
from its not having pure Sanscrit or Hebrew names, believes
that it is not an aboriginal of Western Asia, but came from the
terra incognita of China. The supposition, however, that the
peach is a modified almond which acquired its present
character at a comparatively late period, would, I presume,
account for these facts; on the same principle that the
nectarine, the offspring of the peach, has few native
names, and became known in Europe at a still later period.
Andrew Knight, from finding that a seedling-tree, raised from
a sweet almond fertilised by the pollen of a peach, yielded
fruit quite like that of a peach, suspected that the peach-tree
is a modified almond; and in this he has been followed by
various authors. A first-rate peach, almost globular in shape,
formed of soft and sweet
http://pages.britishlibrary.net/charles.darwin/texts/variation/variation10.html
Snustad, Simmons – Fondamenti di Genetica – Capitolo 6
Le mutazioni aumentano la biodiversità e creano nuovi
fenotipi
Snustad, Simmons – Fondamenti di Genetica – Capitolo 6
Griffiths et al., GENETICA 6/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006
Gli organismi “naturali”
sono sicuri?
Ancient farmers selected banana strains that were
seedless and thus sterile, and grew the fruit through
vegetative sprouting. Cultivated bananas have,
therefore, been at a near evolutionary standstill for
thousands of years and lack the genetic diversity
needed to fight off disease.
As a result, some varieties of bananas have vanished.
In the 1960s, an earlier strain of Panama disease
wiped out the Gros Michel species, once the primary
sweet banana grown for export to the United States
Bananas are threatened by the rapidly spreading
fungus Black Sigatoka that has been undermining
banana production for the past three decades. It has
reached almost every banana-growing region in the
world and typically reduces yield by 30 to 50 percent.
http://www.futureharvest.org/news/banana_release.shtml
http://www.musagenomics.org/ (FAO membro del consorzio)
Commercial growers can afford and rely extensively on
chemical fungicides, often spraying their crops 50
times per year–the equivalent of spraying nearly
once per week, which is about 10 times the average
for intensive agriculture in industrialized countries.
Agricultural chemicals used on bananas for diseases
and pests have harmed the health of plantation
workers and the environment.
La Grande Carestia (1845-50)
(dal quotidiano "Il Sole 24 ore" del 26/06/1999)
"…Per ottenere un miglioramento delle rese produttive del tubero
della patata – che rappresentava all’epoca la principale risorsa
alimentare per gli otto milioni di abitanti dell’Irlanda – venne immesso
nella coltivazione un ibrido che sembrava particolarmente produttivo.
E per due anni circa le rese furono effettivamente al di là delle
aspettative. Come conseguenza diretta, gli agricoltori irlandesi
decisero di orientarsi, tutti, verso quella nuova varietà di patata. Ma
quando nel 1845, una grave malattia – dovuta all’azione del fungo
infestante Phitophtora infestans – aggredì l’ibrido distruggendolo, il
sistema agricolo, ormai caratterizzato da una sostanziale
monocultura, venne disastrosamente coinvolto.(…) un impatto
catastrofico sul sistema agricolo di un intero Paese e sui destini di
generazioni di irlandesi: l’agricoltura ne fu distrutta, un milione di
persone morirono di fame e di stenti…"
Miglioramento genetico
convenzionale e avanzato
a confronto……
I popoli antichi praticavano tecniche di genetica. Il bassorilievo assiro mostra la tecnica di impollinazione
artificiale della palma da datteri nel 900 AC
Pierce, GENETICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
La comunita’ scientifica, è davvero
divisa sugli OGM?
I prodotti da agricoltura biologica
I cibi biologici sono più sani?
L'IFOAM, la Federazione Internazionale dei Movimenti per l'Agricoltura
Biologica (International Federation of Organic Agriculture Movements), così
definisce l'agricoltura biologica: "Tutti i sistemi agricoli che promuovono la
produzione di alimenti e fibre in modo sano socialmente, economicamente e
dal punto di vista ambientale. Questi sistemi hanno come base della capacità
produttiva la fertilità intrinseca del suolo e, nel rispetto della natura delle
piante degli animali e del paesaggio, ottimizzano tutti questi fattori
interdipendenti. L'agricoltura biologica riduce drasticamente
l'impiego di input esterni attraverso l'esclusione di
fertilizzanti, pesticidi e medicinali chimici di sintesi. Al
contrario, utilizza la forza delle leggi naturali per
aumentare le rese e la resistenza alle malattie".
Agricoltura biologica e BSE:
Nel Decreto ministeriale n. 91436 del 4 agosto 2000 — Modalità di
attuazione del Regolamento Ce n. 1804/99 sulle produzioni animali
biologiche — si autorizza l’utilizzazione delle farine animali — che
potrebbero contenere prioni — come prodotti per la concimazione e
l’ammenda
(http://sole.ilsole24ore.com/cultura/domenica/focus_2101/focus_corbellini.ht
m)
MINISTERO DELLE POLITICHE AGRICOLE E FORESTALI
CIRCOLARE 4 aprile 2002, n.1
Regolamento (CE) n. 473/2002 della Commissione del 15 marzo 2002 che modifica gli allegati I, II e IV del
regolamento (CEE) n. 2092/91 del Consiglio relativo al metodo di produzione biologico di prodotti agricoli e
all'indicazione di tale metodo sui prodotti agricoli e sulle derrate alimentari e che stabilisce norme dettagliate
per quanto concerne la trasmissione di informazioni sull'impiego dei composti di rame
Allegato I
Modalita' di impiego del rame nel caso di utilizzazione della deroga
Dal 1 gennaio 2003 al 31 dicembre 2007 l'impiego di rame non dovra' superare i 36 kg/ha.
Dal 1 gennaio 2004 al 31 dicembre 2008 l'impiego di rame non dovra' superare i 34 kg/ha.
Dal 1 gennaio 2005 al 31 dicembre 2009 l'impiego di rame non dovra' superare i 32 kg/ha.
Dal 1 gennaio 2006 al 31 dicembre 2010 l'impiego di rame non dovra' superare i 30 kg/ha.
Per tutti gli anni successivi l'impiego di rame non dovra' superare il limite di 30 kg/ha ogni 5 anni.
Allegato II
Le modifiche riguardano:
2o considerando e punto 1.2.1 dell'allegato, sostituzione della parola "mangimi" con la parola "alimenti";
art. 3, primo e secondo trattino, sostituire la parola "riconversione" con la parola "conversione";
punto 2.2 dell'allegato, sostituire la parola "antiparassitari" con le parole "prodotti fitosanitari";
punto 2.2.3. secondo trattino, la parola "rispettivamente" va portata alla penultima riga dopo le parole "di rame
per ettaro".
- In plant pathology, many secondary metabolites produced by bacteria and fungi are
pathogenicity or virulence factors that play a role in causing or exacerbating the plant
disease.
- The term mycotoxin was coined in 1962 in the aftermath of an unusual veterinary crisis
near London, England, during which approximately 100,000 turkey poults died. When
this mysterious turkey X disease was linked to a peanut (groundnut) meal contaminated
with secondary metabolites from Aspergillus flavus (aflatoxins), it sensitized scientists to
the possibility that other occult mold metabolites might be deadly - mycotoxins can be classified as hepatotoxins, nephrotoxins, neurotoxins,
immunotoxins, and so forth. Cell biologists put them into generic groups such as
teratogens, mutagens, carcinogens, and allergens - mycotoxicoses are examples of “poisoning by natural means” and thus are
analogous to the pathologies caused by exposure to pesticides or heavy metal
residues -
Gli organismi clonati sono
OGM?
DOLLY:
un clone NON è un OGM?
Come riconoscere un OGM?
Ricerca degli OGM in alimenti e mangimi:
le analisi di laboratorio
• Analisi delle proteine (metodi immunoenzimatici)
LIMITE: può essere utilizzato solo su matrici non lavorate
Qualitativa (presenza/assenza di OGM)
• Screening (es. ricerca del promotore 35S)
• Identificazione (ricerca del transgene specifico)
• Analisi del DNA
Quantitativa (quantità di OGM in %)
Riconoscimento della
proteina ricombinante
Semi-quantitative analysis of CP4 epsps
soybean by the use of the ELISA test
% GMO in
Sample
Samples
classified as
positive
Samples
classified as
negative
% of wrong
classification
0
0
148
0
0.5
0
148
0
1
8
147
5.4
2
140
1
0.7
See Lipp et al., J. AOAC Int., in press
Detection of GMOs
Sample
DNA Extraction
% GMO content
M nt 0 0.1 0.5 2 100 C+
base
pairs
(bp)
500
400
300
200
100
Results
Amplification
180 bp
Electrophoresis
Riconoscimento del DNA transgenico
Promotore
Gene d’interesse
Terminatore
L’analisi del DNA si svolge schematicamente secondo
i seguenti passaggi:
• estrazione del DNA dal campione
• ricerca del transgene mediante PCR
(Reazione a catena della Polimerasi)
• analisi quantitativa del transgene mediante Real-Time PCR
NB: In alcune matrici (per esempio prodotti lavorati che hanno subito trattamenti
termici, raffinazioni o purificazioni) non è possibile ottenere DNA amplificabile, in
quanto tali trattamenti hanno danneggiato il DNA stesso.
Qualitative analysis of maize CERMs, by
multiplication of the 35S promoter
Number of samples that
were classified as
% correctly
classified
GMO
negative
% correctly
classified
GMO
positive
% GMO in
matrix
GMO
negative
GMO
positive
0%
88
1
98.8%
--
0.1%
14
74
--
84.1%
0.5%
3
83
--
96.5%
2%
0
89
--
100%
Overall
105
247
98.8%
93.5%
See Lipp et al., J. AOAC Int., 82, 923 (1999)
