innovare - Docenti.unina

guida alle biotecnologie 2008
ricerca e sviluppo
salute
innovare
bioetica
Biotechnology Industry Organization
1201 Maryland Avenue, SW
Suite 900
Washington, DC 20024
bio.org
Facoltà di Scienze Biotecnologiche
Università degli Studi di Napoli Federico II
Ufficio di Presidenza
Complesso Monte S.Angelo
via Cinthia, 26
I-80126 Napoli
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alimentazione e
agricoltura
industria e ambiente
difesa biologica
Ceinge - Biotecnologie Avanzate s.c. a r.l.
Via Comunale Margherita, 482
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immaginare
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informare
BIOTECNOLOGIE AVANZATE
Facoltà di Scienze Biotecnologiche
La Facoltà di Scienze Biotecnologiche dell’Università di Napoli Federico II e il CEINGE (membro di BIO dal
1994) sono lieti di presentare la versione italiana di questo opuscolo informativo concernente le biotecnologie
a livello internazionale.
Facoltà di Scienze Biotecnologiche dell’Università di Napoli Federico II
Preside: Gennaro Marino
Presidenti dei corsi di laurea
Corso di laurea in Biotecnologie per la Salute: Giuseppe Castaldo
Corso di laurea in Biotecnologie Biomolecolari e Industriali: Renata Piccoli
Corso di laurea magistrale in Agrobiotecnologie: Edgardo Filippone
Corso di laurea magistrale in Biotecnologie del Farmaco: Gennaro Piccialli
Corso di laurea magistrale in Biotecnologie Mediche: Francesco Salvatore
Corso di laurea magistrale in Biotecnologie Molecolari e Industriali: Renata Piccoli
Ceinge – Biotecnologie Avanzate s.c.a r.l. Presidente e Coordinatore Scientifico: Francesco Salvatore
Edizione italiana della Guida alle Biotecnologie 2008 prodotta da
BIOTECNOLOGIE AVANZATE
Ceinge - Biotecnologie Avanzate s.c. a r.l.
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Facoltà di Scienze Biotecnologiche
Università degli Studi di Napoli Federico II
Ufficio di Presidenza
Complesso Monte S.Angelo
via Cinthia, 26
I-80126 Napoli
www.scienzebiotecnologiche.unina.it
Traduzione italiana a cura di
Titolo originale: Guide to Biotechnology 2008
Translated and reprinted with the permission of the Biotechnology Industry Organization
Scientific Communication srl
Via Quagliariello 35/E
I-80131 Naples, Italy
[email protected]
www.jeangilder.it
Biotechnology Industry Organization
1201 Maryland Avenue, SW
Suite 900 Washington, DC 20024 USA
bio.org
Finito di stampare (versione italiana) nel mese di settembre 2008
nelle Officine Grafiche Francesco Giannini e Figli S.p.A.
Via Cisterna dell’Olio 6/B - 80134 - Napoli
www.gianninispa.it
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Indice
Prefazione
1
Applicazioni in ambito sanitario
37
Strumenti diagnostici ....................................................37
Biotecnologia: Una scienza o disciplina che studia
un insieme di tecnologie
2
Cos’è la biotecnologia? ................................................ 2
Cellule e molecole biologiche ........................................ 2
Agenti terapeutici ..........................................................37
La medicina personalizzata ...........................................40
Medicina rigenerativa ....................................................42
Vaccini ..........................................................................42
4
Farmaci a base vegetale ...............................................43
Capitalizzazione del mercato USA, 1994-2006 ............. 5
Cenni sullo sviluppo di prodotti terapeutici ....................44
Dati statistici dell’industria biotecnologica USA:
1994-2006 .............................................................. 6
Applicazioni per la produzione agricola
Biotecnologia: dati sull’industria biotecnologica
Distribuzione regionale delle aziende quotate in borsa
negli USA, 2006 ....................................................... 6
Totale dei finanziamenti negli USA, 1998-2007 ............. 7
Finanziamento dell’industria biotecnologica negli USA .. 7
Cronologia
8
Le tappe fondamentali della politica degli Sati Uniti sulle
biotecnologie ......................................................... 18
Tecnologie e strumenti
47
Biotecnologie nella coltivazione.....................................47
Biotecnologie ad uso forestale ......................................51
Biotecnologie animali ....................................................52
Applicazioni biotecnologiche in acquacoltura ................59
Area totale coltivata con piante transgeniche,
1995-2007: Paesi industrializzati
ed in via di sviluppo .................................................60
Area totale coltivata con piante transgeniche
nel 2006 e 2007 per nazione ...................................60
21
Tecnologia dei bioprocessi .......................................... 21
Agricoltura biotecnologica: prodotti sul mercato 61
Tecnologia del DNA ricombinante ............................... 22
Anticorpi monoclonali ................................................. 22
Clonazione ................................................................. 23
Ingegnerizzazione di proteine ........................................24
Biosensori ....................................................................24
Nanobiotecnologia........................................................24
Tecnologia dei microarray .............................................25
Dalla biotecnologia alla biologia:
Usare gli strumenti della biotecnologia
per comprendere la vita
Biotecnologie alimentari
68
Migliorare le materie prime ............................................68
Trasformazioni alimentari...............................................70
Test di sicurezza alimentare ..........................................71
Applicazioni industriali e ambientali
72
Sostenibilità industriale .................................................72
Biocatalizzatori .............................................................73
Biocarburanti ................................................................74
27
Applicazioni delle biotecnologie alla ricerca ...................27
Mettere insieme i pezzi: le discipline “omiche”
ed i loro strumenti ....................................................31
Il prossimo passo: utilizzare nuove conoscenze per
sviluppare prodotti ...................................................34
Plastiche ecologiche .....................................................76
Nanotecnologia ............................................................77
Biotecnologie ambientali ...............................................78
Industrie che ne beneficiano .........................................78
Guida alle Biotecnologie
i
Beni di consumo prodotti con le biotecnologie
industriali
80
Etica
Esempi di enzimi industriali
81
92
Questioni etiche ............................................................93
Dichiarazioni dei principi etici di BIO
98
Vendite di prodotti chimici collegati all’industria
biotecnologica negli Stati Uniti nel 2005
82
Risorse biotecnologiche
Preparazione alle pandemie ed alla biodifesa
83
Riviste scientifiche ......................................................101
Un vantaggio strategico ................................................83
Formazione biotecnologica e offerte di lavoro .............101
Altri approcci ................................................................84
Selezione di resoconti recenti sulle biotecnologie ........101
Altri usi
Glossario dei termini correlati alle biotecnologie 105
85
DNA fingerprinting .......................................................85
Proprietà intellettuale
87
Cos’è un brevetto? .......................................................87
Lo scopo di un brevetto ................................................88
Invenzioni brevettabili ....................................................88
Requisiti di un brevetto .................................................89
La domanda di brevetto................................................89
Brevettare organismi .....................................................90
Concessione di licenze di brevetto ................................90
Sviluppi recenti sulla brevettazione ................................91
ii
Guida alle Biotecnologie
100
Periodici, servizi di rassegna stampa e siti web ...........100
Prefazione
S
iamo molto contenti di poter presentare a tutti i lettori italiani, e soprattutto ai nostri discenti della Facoltà di Biotec-
nologie dell’Università di Napoli Federico II, la versione italiana
di questo piccolo ma “aureo” volumetto che BIO ha preparato
per i lettori di lingua inglese e che riguarda la presentazione dei
più rilevanti aspetti ed applicazioni delle biotecnologie negli Stati
Uniti, e, in maniera più diffusa, nel mondo intero.
In realtà, al fine di evitare interpretazioni deformate tra i termini italiani “biotecnologia” e “biotecnologie”, noi desideriamo
specificare il loro significato. Infatti, con la prima ci si riferisce
soprattutto alla disciplina o alla scienza che ormai indipendentemente si affaccia come nuova scienza tra la biologia e il knowhow tecnologico di cui essa si serve per scopi produttivi o di
servizio, mentre il termine “biotecnologie” si riferisce proprio
all’insieme di tecnologie che si applicano alla biologia per gli
scopi di cui sopra.
Pertanto, su questa base, ci siamo permessi di tradurre “biotechnology” e “biotechnologies” nelle italiane “biotecnologia” e “biotecnologie” non rispettando la forma inglese delle parole, ma scegliendo tra di esse quella che maggiormente si riferiva al vero significato nel
contesto del testo scritto.
Buona lettura,
Gennaro Marino e Francesco Salvatore
Guida alle Biotecnologie
1
Biotecnologia:
Una scienza o disciplina che studia
un insieme di tecnologie
Cos’è la biotecnologia?
A questa domanda si potrebbe rispondere semplicemente:
la biotecnologia è una tecnologia basata sulla biologia. Una
tecnologia che ha svolto un ruolo centrale nel percorso
millenario della società umana da quando, 10.000 anni
fa, l’uomo iniziò ad utilizzare i processi biologici per
addomesticare gli animali e coltivare piante facendo così
fronte all’elementare fabbisogno di cibo e di vestiario e
successivamente imparò ad utilizzare processi (micro-)
biologici per produrre alimenti come pane e formaggi e per
conservare prodotti deperibili come quelli lattiero-caseari.
Ma se la biotecnologia ha origini che risalgono nella notte dei
tempi, come mai improvvisamente suscita ora tanto interesse?
La risposta sta nel fatto che negli ultimi quarant’anni nella
pratica delle biotecnologie siamo passati da un livello
macroscopico – ad esempio l’allevamento del bestiame e
la coltivazione delle piante – ad un livello microscopico.
Durante gli anni ‘60 e ‘70 la nostra conoscenza della biologia
ha raggiunto un punto in cui è stato possibile iniziare ad
utilizzare le molecole biologiche di cui sono composti oltre
che gli organismi interi.
Una definizione più appropriata dell’attuale significato della
parola biotecnologia potrebbe essere: “uso di processi cellulari
e biomolecolari atti a risolvere problemi o creare prodotti
utili”.
Si può facilitare la comprensione del significato della
parola biotecnologia, che è una scienza o una disciplina,
semplicemente sostituendo alla forma grammaticale singolare
il suo plurale: biotecnologie. Questo perché la biotecnologia è
un insieme di tecnologie che traggono profitto dalle proprietà
delle cellule, come ad esempio la loro capacità produttiva,
facendo lavorare per noi molecole biologiche come il DNA e
le proteine.
Cellule e molecole biologiche
Le cellule sono i mattoni di cui sono costituite tutte le cose
viventi. I più semplici esseri viventi, come i lieviti, sono
formati da una singola cellula autosufficiente. Creature
complesse a noi più familiari, come le piante, gli animali e gli
esseri umani, sono formate da tanti tipi di cellule differenti,
ciascuna delle quali svolge specifici compiti.
2
Guida alle Biotecnologie
Nonostante la straordinaria diversità di tipi cellulari negli
esseri viventi, la cosa che colpisce maggiormente è la loro
notevole somiglianza.
Tutte le cellule hanno la stessa struttura di base, sono fatte
degli stessi materiali ed operano utilizzando essenzialmente
gli stessi processi. Quasi tutte le cellule hanno un nucleo,
che contiene il DNA che dirige la formazione e le funzioni
della cellula. Allo stesso modo, le cellule condividono altre
strutture, quali ad esempio gli apparati che producono le
proteine. Questo aspetto unificante di tutti gli organismi
viventi a livello cellulare costituisce il vero fondamento delle
biotecnologie moderne.
COS’È IL DNA?
Il DNA, o acido desossiribonucleico, è il materiale ereditario
degli uomini e di quasi tutti gli altri organismi viventi. Le
cellule del corpo di una persona hanno quasi tutte lo stesso
DNA. La maggior parte del DNA è localizzato nel nucleo
cellulare (DNA nucleare), ma una piccola parte del DNA
si trova anche in un’altra parte della cellula che si chiama
mitocondrio (DNA mitocondriale o mtDNA).
Nel DNA l’informazione è conservata sotto forma di codice
formato da 4 basi chimiche: adenina (A), guanina (G),
citosina (C) e timina (T). Il DNA umano è composto da
circa 3 miliardi di basi e più del 99% di queste basi sono le
stesse per tutti. L’ordine, o sequenza, di queste basi determina
l’informazione disponibile per costruire e conservare un
organismo, un po’ come le lettere dell’alfabeto si susseguono
in un certo ordine per formare parole e frasi. Non esistono due
persone, ad eccezione dei gemelli omozigoti, che abbiano una
sequenza di DNA perfettamente identica.
Le basi del DNA si appaiano tra loro, A con T e C con G, per
formare unità che si chiamano coppie di basi. Ogni base si
lega anche ad una molecola di zucchero e ad una molecola di
fosfato, e l’insieme viene chiamato nucleotide. I nucleotidi
sono organizzati in due lunghi filamenti che formano una
spirale denominata doppia elica. Lunghi, ininterrotti filamenti
di DNA sono organizzati in cromosomi. Le cellule umane
(ad eccezione di quelle sessuali o cellule germinali) hanno
46 cromosomi, combinati in 23 coppie, metà derivanti dalla
madre e metà dal padre.
Sezioni specifiche del DNA che contengono il codice per
costruire determinate proteine vengono chiamate geni.
Quando serve una determinata proteina, le coppie di basi
del DNA si separano e le basi di RNA (acido ribonucleico)
si legano alle basi di DNA aperte, formando un filamento di
mRNA (RNA messaggero). L’mRNA viaggia verso altre parti
della cellula dove la sequenza di mRNA viene “letta” da altre
strutture cellulari che producono la proteina.
I National Institutes of Health (NIH) offrono un manuale
molto chiaro su DNA e genetica: Help Me Understand Genetics,
che si può scaricare dal sito http://ghr.nlm.nih.gov/.
PERCHÉ IL DNA È IL PILASTRO DELLE
BIOTECNOLOGIE?
Poiché virtualmente tutte le cellule parlano lo stesso linguaggio
genetico, il DNA di una cellula può essere letto e funzionare in
un’altra cellula – anche in differenti tipi cellulari di specie differenti. Questa caratteristica spiega perché il DNA è il pilastro delle
moderne biotecnologie. Ad esempio, gli scienziati possono utilizzare una cellula di lievito per produrre insulina umana inserendo
il gene dell’insulina umana nel lievito.
Il DNA è anche la base di centinaia di test diagnostici messi a
punto per individuare malattie genetiche e predisposizioni alle
malattie. Alcuni nuovi test possono anche individuare quale sia
il trattamento, e quale il dosaggio, più adatto ad un particolare
paziente.
Poiché il DNA ed i processi cellulari correlati sono così
specifici, i prodotti biotecnologici possono spesso risolvere
i problemi riducendo la percentuale di effetti indesiderati
rispetto ad altri approcci. Infatti gli aggettivi migliori per
descrivere i processi della biotecnologia contemporanea sono
specifici, precisi, prevedibili.
Guida alle Biotecnologie
3
Biotecnologia
Dati sull’industria
biotecnologica
●
●
●
●
●
●
●
L’industria biotecnologica è nata negli anni 70, basandosi in
gran parte sulla nuova tecnica del DNA ricombinante i cui
dettagli furono pubblicati nel 1973 da Stanley Cohen dell’Università di Stanford ed Herbert Boyer dell’Università della
California, San Francisco. La tecnica del DNA ricombinante
è una metodologia per ottenere proteine in colture cellulari in
condizioni di produzione controllata, ad esempio l’insulina
umana e altri prodotti terapeutici. Boyer divenne co-fondatore
della Genentech che oggi è la maggiore azienda biotecnologica
capitalizzata sul mercato.
Le biotecnologie hanno creato finora più di 200 nuove terapie
e vaccini, inclusi prodotti per trattare il cancro, il diabete,
l’HIV/AIDS e le malattie autoimmuni.
Ci sono più di 400 medicinali e vaccini biotecnologici sottoposti attualmente a sperimentazioni cliniche per la terapia
di più di 200 malattie, inclusi diversi tipi di cancro, morbo di
Alzheimer, malattie cardiologiche, diabete, sclerosi multipla,
AIDS ed artrite.
Le biotecnologie hanno reso possibili centinaia di test clinicodiagnostici che sono, tra l’altro, in grado di garantire che le
scorte di sangue non siano infette dall’HIV e che si possano
effettuare diagnosi precoci, consentendo di trattare le patologie tempestivamente e con successo. Il test di gravidanza che
si acquista in farmacia è anch’esso un prodotto diagnostico
biotecnologico.
Le biotecnologie agricole recano vantaggio ai produttori,
ai consumatori ed all’ambiente incrementando i raccolti e i
ricavi delle aziende agricole, riducendo l’impiego di pesticidi
e migliorando la qualità del suolo e dell’acqua, e offrendo cibi
salutari ai consumatori.
I prodotti delle biotecnologie ambientali rendono più efficiente lo smaltimento dei rifiuti pericolosi sfruttando microbi
in grado di metabolizzare gli agenti inquinanti.
Le applicazioni delle biotecnologie all’industria hanno
introdotto processi più puliti, che producono meno rifiuti,
richiedono meno energia e meno acqua, con applicazioni nei
settori dell’industria chimica, della carta, tessile, alimentare,
energetica, dei metalli e dei minerali. Ad esempio, negli Stati
Uniti molti detersivi per la biancheria contengono enzimi a
base biotecnologica.
●
La tecnica del DNA fingerprinting (“impronta digitale” del
DNA) è un processo biotecnologico che ha fornito notevole
aiuto alle investigazioni nell’ambito del diritto penale e della
medicina legale. Ha anche dato un impulso significativo all’antropologia ed alla gestione della fauna selvatica.
●
Le industrie biotecnologiche sono controllate in USA dalla
Food and Drug Administration (FDA), dall’Agenzia di Protezione Ambientale (Environmental Protection Agency – EPA) e
dal Dipartimento dell’Agricoltura (USDA).
●
Al 31 dicembre 2006, negli Stati Uniti vi erano 1452 aziende
biotecnologiche delle quali 336 erano quotate in borsa*.
●
Capitalizzazione di mercato: il valore totale delle industrie
biotecnologiche quotate in borsa (USA) ha raggiunto una quotazione di 360 miliardi di dollari alla fine dell’aprile 2008 (dati
ottenuti da BioWorld).
●
A partire dal 1992 l’industria biotecnologica è cresciuta rapidamente; i ricavi nel campo della salute sono passati da 8 miliardi
di dollari a 58,8 miliardi di dollari nel 2006*.
●
Quella biotecnologica è tra le industrie a più alta intensità di
ricerca nel mondo. Le industrie biotecnologiche quotate in
borsa hanno investito in ricerca e sviluppo 27,1 miliardi di
dollari nel 2006*.
●
Nel 2006 le compagnie biotecnologiche negli USA contavano
180.000 dipendenti*.
●
Nel 2007, le cinque principali industrie biotecnologiche hanno
investito in media 170.000 dollari per dipendente nel settore
ricerca e sviluppo.
●
Nel 1982, l’insulina umana ricombinante è stata la prima
terapia biotecnologica ad ottenere l’approvazione della FDA. Il
prodotto è stato messo a punto da Genentech ed Eli Lilly & Co.
●
Il partenariato tra le aziende è stato fondamentale per il
successo delle biotecnologie. Secondo BioWorld, nel 2007 le
aziende biotecnologiche hanno firmato 417 nuove collaborazioni con le case farmaceutiche e 473 accordi con aziende
biotecnologiche. L’industria ha visto anche 126 tra fusioni e
acquisizioni.
*Nuovi dati sono attesi per la metà del 2008 da Ernst & Young che pubblicano ogni anno un resoconto globale sull’industria biotecnologica.
4
Guida alle Biotecnologie
●
●
La maggior parte delle aziende biotecnologiche sono aziende
giovani, che mettono a punto i loro primi prodotti e la cui
sopravvivenza dipende dal capitale degli investitori. Secondo
BioWorld, nel 2007 le biotecnologie hanno attratto più di 24,8
miliardi di dollari di finanziamenti e hanno raccolto più di 100
miliardi di dollari nel quinquennio 2003-2007.
●
La media annuale dei salari dei lavoratori impiegati nelle bioscienze negli USA è stato di 65.775 dollari nel 2004, cioè oltre
26.000 dollari in più della media del salario annuale corrisposto nel settore privato*.
●
La Biotechnology Industry Organization (BIO) è stata
fondata nel 1993 per rappresentare le aziende biotecnologiche a livello locale, statale, federale ed internazionale.
BIO ha più di 1200 membri, tra cui aziende biotecnologiche, centri accademici, associazioni statali e locali ed
imprese correlate.
Negli Stati Uniti, le bioscienze, che comprendono tutte le
attività correlate alle scienze della vita, hanno impiegato 1,2
milioni di persone nel 2004 e hanno generato 5,8 milioni di
posti di lavoro in attività correlate*.
Capitalizzazione del mercato USA, 1994–2006
450
408
400
353,5
392
336,8
330,8
350
miliardi di dollari
300
225
250
206
200
137,9
150
83
100
45
41
93
52
50
0
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Fonte:
Ernst & Young LLP**
*Dati del rapporto del Battelle Memorial Institute, Growing the Nation’s Biotech Sector: State Bioscience Initiatives 2006. Un nuovo rapporto è atteso
entro il 2008.
**Nuovi dati sono attesi per la metà del 2008 da Ernst & Young che pubblicano ogni anno un resoconto globale sull’industria biotecnologica.
Guida alle Biotecnologie
5
Dati statistici dell’industria biotecnologica USA, 1994–2006
Anno
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
Vendite*
45,3
39,7
28,1
28,4
24,3
21,4
19,3
16,1
14,5
13
10,8
9,3
7,7
Ricavi*
53,5
48,5
43,8
39,2
29,6
29,6
26,7
22,3
20,2
17,4
14,6
12,7
11,2
Spese in R&S*
22,9
16,6
19,6
17,9
20,5
15,7
14,2
10,7
10,6
9,0
7,9
7,7
7,0
Perdite nette*
3,5
1,4
6,8
5,4
9,4
4,6
5,6
4,4
4,1
4,5
4,6
4,1
3,6
N. di aziende
quotate
336
331
331
314
318
342
339
300
316
317
294
260
265
N. di aziende
1.452
1.475
1.346
1.473
1.466
1.457
1.379
1.273
1.311
1.274
1.287
1.308
1.311
*In miliardi di dollari.
R&S, ricerca e sviluppo
Fonte:
Ernst & Young LLP, rapporti annuali sull’industria biotecnologica, 1995–2006. I dati finanziari sono basati principalmente sui bilanci annuali delle aziende
quotate in borsa. Nuovi dati sono attesi per la metà del 2008 da Ernst & Young che pubblicano ogni anno un resoconto globale sull’industria biotecnologica.
Distribuzione regionale delle aziende quotate in borsa negli USA, 2006
REGIONE
N. AZIENDE QUOTATE
IN BORSA
CAPITALIZZAZIONE*
San Francisco Bay Area
69
145.553
17.668
7.485
New England
60
62.936
10.384
3.919
San Diego
38
20.916
3.252
1.432
New Jersey
28
28.556
1.747
802
Mid-Atlantic
23
17.111
2.061
1.270
Southeast
19
5.301
544
271
New York State
17
8.893
1.373
685
Mid-West
RICAVI*
R&S*
8
1.161
121
90
Pacific Northwest
15
4.928
196
521
Los Angeles/Orange County
11
81.585
14.692
4.898
191
North Carolina
9
2.017
328
Pennsylvania/Delaware Valley
12
7.140
2.078
603
Texas
11
1.495
160
170
Colorado
6
1.847
296
195
Utah
2
1.454
160
170
Altri
8
1.526
384
107
*In milioni di dollari.
R&S, ricerca e sviluppo
Fonte:
Ernst & Young LLP
6
Guida alle Biotecnologie
Totale dei finanziamenti negli USA, 1998–2007
38
40
35
30
24,8
miliardi di dollari
25
20,8
20
20,1
20,3
16,9
15,1
15
11,8
10,5
10
5,4
5
0
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Fonte:
BioWorld
Finanziamento dell’industria biotecnologica negli USA
Totale: 24.773,8 milioni di dollari
Offerte pubbliche*
5.125,0
(20,7%)
Finanziamenti con capitale a
rischio*
6.230,1
(25,1%)
Altri tipi di finanziamento di
aziende quotate in borsa*
13.418,7
(54,2%)
*In milioni di dollari
Fonte:
BioWorld
Guida alle Biotecnologie
7
Cronologia
8000 A.C.
●
L’uomo coltiva le piante e addomestica il bestiame.
●
Prime patate coltivate per uso alimentare.
4000-2000 A.C.
●
Viene utilizzata per la prima volta la biotecnologia per far
lievitare il pane e fermentare la birra con il lievito (Egitto).
●
Inizia la produzione di formaggio e la fermentazione del vino
(Mesopotamia, Cina, Egitto).
●
I Babilonesi controllano la riproduzione delle palme da dattero
impollinando selettivamente alberi femminili con polline
prelevato da specifici alberi maschili.
500 A.C.
●
Primo antibiotico: viene utilizzato caglio di soia ammuffito per
trattare infiammazioni cutanee (Cina).
100 D. C.
●
Il crisantemo polverizzato viene utilizzato come primo insetticida (Cina).
1797
●
1830−1833
●
1830 − Vengono scoperte le proteine.
●
1833 − Viene scoperto ed isolato il primo enzima.
1835−1855
●
Il capo di una tribù araba utilizza per primo l’inseminazione
artificiale per ottenere cavalli migliori.
1590-1608
●
●
●
●
1865
●
Il fisico inglese Robert Hooke scopre l’esistenza della cellula.
Lo scienziato olandese Antonie van Leeuwenhoek scopre i
batteri.
Il botanico tedesco Joseph Koelreuter (noto anche come Josef
Kölreuter o Kohlreuter) riferisce di avere incrociato con successo piante di diverse specie.
8
Inizia la scienza della genetica: il monaco austriaco Gregor
Mendel studia la coltivazione dei piselli e scopre che alcuni
tratti genetici sono trasmessi da una generazione all’altra
in maniera prevedibile − è la prima definizione delle leggi
dell’ereditarietà. La scoperta di Mendel fu ignorata fino all’inizio del ventesimo secolo.
●
Utilizzando la teoria di Darwin, i coltivatori incrociano il cotone, sviluppando centinaia di varietà di qualità superiore.
●
Gli agricoltori irrigano per la prima volta i campi con batteri
azoto-fissatori al fine di incrementare la produzione.
●
Il botanico americano William James Beal produce in laboratorio il primo ibrido di mais. Beal inizia anche il più lungo studio
al mondo (ancora in corso) sulla germinabilità dei semi.
●
1877 − Il medico e batteriologo tedesco Robert Koch, uno
degli antesignani di questa disciplina, elabora una tecnica per
colorare ed identificare i batteri.
1761
●
Il naturalista inglese Charles Darwin pubblica la teoria dell’evoluzione basata sulla selezione naturale. Il concetto dell’attenta selezione dei genitori e dell’abbattimento della progenie che non mantiene i caratteri influenza molto gli allevatori e gli agricoltori alla fine
dell’800 nonostante la loro ignoranza in materia di genetica.
1870-1890
1675
●
Il chimico e microbiologo francese Louis Pasteur suggerisce
che i microbi sono la causa della fermentazione.
1859
In Olanda viene inventato il microscopio. Ci sono alcune incertezze su chi sia precisamente l’autore dell’invenzione; Hans
Jansen, suo figlio Zacharias Jansen e Hans Lippershey vengono
tutti riconosciuti come inventori.
1663
Gli scienziati tedeschi Mathias Schleiden e Theodor Schwann
propongono una teoria secondo la quale tutti gli organismi
sono composti da cellule, ed il patologo tedesco Rudolf Virchow dichiara: “Ogni cellula deriva da un’altra cellula”.
1857
1322
●
Il chirurgo inglese Edward Jenner per la prima volta inocula un
bambino con un vaccino virale per proteggerlo dal vaiolo.
Guida alle Biotecnologie
●
1878 − Viene messa a punto la prima centrifuga dall’ingegnere
e inventore svedese Gustaf de Laval.
●
1879 − Walther Flemming, medico e tra i fondatori degli studi
di citogenetica, scopre la cromatina: strutture simili a bastoncini all’interno del nucleo della cellula, che in futuro saranno
chiamati cromosomi.
1897
●
Il biochimico tedesco Eduard Buchner scopre proteine specializzate (enzimi) che trasformano gli zuccheri in alcool.
1900
●
Il moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) è utilizzato
nei primi studi sui geni. Il moscerino della frutta è ancora oggi
un importante organismo modello.
●
L’agronomo e inventore americano George Washington
Carver cerca nuove applicazioni industriali per materie prime
di provenienza vegetale come le arachidi e la soia.
●
Inizia in Europa un test su piccola scala del formulato a base
di Bacillus thuringiensis (Bt) per controllare il baco del mais.
La produzione commerciale di questo biopesticida inizia in
Francia nel 1938.
●
Lo scienziato russo Georgii Karpechenko incrocia ravanelli e
cavoli, creando progenie fertili tra piante di generi differenti.
●
Il botanico tedesco Friedrich Laibach utilizza per primo il “recupero degli embrioni” per ottenere ibridi da incroci tra specie
di uno stesso genere o di generi diversi (wide crosses) in varietà
di piante coltivate – tecnica chiamata oggi ibridazione.
1902
●
Appare per la prima volta il termine immunologia.
1906
●
Viene introdotto il termine genetica.
1930
●
Il Congresso degli Stati Uniti approva il Plant Patent Act, che
consente di brevettare gli incroci ottenuti dai coltivatori.
1911
●
Il patologo americano Peyton Rous scopre il primo virus
cancerogeno.
1933
●
1914
●
A Manchester (Inghilterra), vengono utilizzati per la prima
volta i batteri per trattare i liquami.
1915
●
Vengono scoperti i fagi, o virus batterici.
1919
●
Viene usata per la prima volta in un testo la parola biotecnologia.
1938
●
Gli scienziati americani Herbert McLean Evans e Joseph Long
individuano l’ormone umano della crescita.
●
Lo scienziato scozzese Alexander Fleming scopre la penicillina.
Il microbiologo danese A. Jost utilizza per la prima volta il termine ingegneria genetica durante una conferenza sulla riproduzione dei lieviti presso l’istituto tecnico di Lwow in Polonia.
1942
●
Viene usato il microscopio elettronico per identificare e caratterizzare un batteriofago – un virus che infetta i batteri.
●
Inizia la produzione di massa della penicillina dai microbi.
1928
●
Viene coniato il termine biologia molecolare.
1941
1920
●
Viene commercializzato il mais ibrido prodotto da Henry
Wallace nel 1920. La crescita di mais ibridi esclude la
possibilità di conservare i semi. L’incremento della resa è tale
da rendere marginale l’aumento dei costi per l’acquisto annuale
di semi e, a partire dal 1945, gli ibridi di mais rappresentano il
78% della coltivazione di mais degli USA.
Guida alle Biotecnologie
9
1943
●
Il botanico tedesco Friedrich Laibach propone di utilizzare
l’Arabidopsis thaliana come organismo modello per le ricerche
di genetica vegetale.
1944
●
●
Oswald Avery, un batteriologo americano di origine canadese,
ed i suoi colleghi scoprono che il DNA contiene informazioni
genetiche.
Selman Waskman, un biochimico americano di origine ucraina,
isola la streptomicina, un antibiotico efficace contro la tubercolosi.
1946
●
Alcuni scienziati scoprono che il materiale genetico proveniente da differenti virus si può combinare per formare un nuovo
tipo di virus, un esempio di ricombinazione genetica.
1947
●
La citogenetista americana Barbara McClintock scopre gli
elementi trasponibili, o “trasposoni”, nel mais.
●
Viene dimostrato che l’anemia falciforme è causata dalla sostituzione di un singolo aminoacido.
●
Per la prima volta il DNA è prodotto in provetta.
1959
●
Il chimico americano Linus Pauling dimostra che l’anemia
falciforme è una “malattia molecolare” che dipende dalla mutazione a livello molecolare dell’emoglobina.
●
Vengono scoperti gli interferoni.
●
Viene prodotto il primo antibiotico di sintesi.
●
Sfruttando l’appaiamento delle basi, vengono create molecole
ibride DNA-RNA.
●
Viene scoperto l’RNA messaggero.
1961
Viene compiuta l’inseminazione artificiale di bestiame utilizzando seme congelato.
●
●
La rivista scientifica Nature pubblica il manoscritto di James
Watson e Francis Crick in cui si descrive la struttura a doppia
elica del DNA, questo evento segna l’inizio dell’era moderna
della genetica.
L’agronomo americano Norman Borlaug sviluppa nuove varietà di grano in grado di aumentare la resa del 70%.
1964
●
1955
●
Il Ministero dell’Agricoltura degli Stati Uniti (USDA) registra
il primo biopesticida: Bacillus thuringiensis, o Bt.
1963
1953
●
Vengono sviluppati i fungicidi sistemici. Vengono chiariti i
passaggi della biosintesi delle proteine.
1960
1951
●
1958
SEMPRE NEGLI ANNI ’50
1949
●
l’enzima DNA polimerasi I, chiarendo così i meccanismi di
replicazione del DNA.
Viene isolato per la prima volta un enzima coinvolto nella
sintesi degli acidi nucleici.
L’International Rice Research Institute delle Filippine inizia la
“Rivoluzione Verde” con nuove varietà di riso che, se sufficientemente fertilizzate, raddoppiano il raccolto rispetto alle
varietà preesistenti.
1965
●
1956
●
Il biochimico e medico americano Arthur Kornberg scopre
10
Guida alle Biotecnologie
Henry Harris e John Watkins dell’Università di Oxford effettuano con successo la fusione di cellule umane con quelle di
topo.
1966
●
Viene decifrato il codice genetico, dimostrando che ognuno
dei 20 aminoacidi esistenti è determinato da una sequenza di
tre basi nucleotidiche, o codone (da allora sono stati scoperti
altri due aminoacidi).
1967
●
Viene perfezionato il primo sequenziatore automatico di
proteine.
1969
●
1975
●
1976
●
Per la prima volta la tecnologia del DNA ricombinante
(rDNA) è applicata ad una malattia umana ereditaria.
●
L’ibridazione molecolare viene utilizzata per la diagnosi prenatale dell’alfa talassemia.
●
Geni del lievito vengono espressi nel batterio E. coli.
●
Viene determinata la sequenza di coppie di basi di DNA di uno
specifico gene.
●
La Commissione Consultiva sul DNA ricombinante dei National Institutes of Health diffonde le prime linee guida per gli
esperimenti sul DNA ricombinante.
●
Il pioniere del DNA ricombinante, Herbert Boyer, fonda insieme ad altri la Genentech, la prima azienda basata su questa
tecnologia.
Per la prima volta viene sintetizzato un enzima in vitro.
1970
●
●
Norman Borlaug riceve il Premio Nobel per la Pace (vedi
1963).
Gli scienziati scoprono gli enzimi di restrizione che possono
tagliare e ricongiungere il materiale genetico; si apre così la
strada alla clonazione dei geni.
1971
●
Viene portata a termine la prima sintesi completa di un gene.
Vengono prodotti i primi anticorpi monoclonali.
1977
●
Per la prima volta viene espresso un gene umano in un batterio.
●
Vengono sviluppate procedure per sequenziare rapidamente
lunghe parti di DNA utilizzando l’elettroforesi.
1972
Il biochimico americano Paul Berg pubblica i risultati
relativi alla creazione delle prime molecole di DNA che
combinano geni provenienti da differenti organismi.
1978
●
Per la prima volta viene identificata la struttura complessa di
un virus.
●
Si scopre che la composizione del DNA umano ha una
similarità del 99% con quella degli scimpanzé e dei gorilla.
●
Viene prodotta per la prima volta insulina umana ricombinante.
●
●
Vengono effettuati i primi esperimenti con il trasferimento embrionale.
Alcuni scienziati del North Carolina dimostrano che è possibile introdurre mutazioni specifiche in determinate posizioni in
una molecola di DNA.
●
1973
●
I biochimici americani Stanley Cohen e Herbert Boyer
perfezionano la tecnica per tagliare e legare di nuovo il
DNA (utilizzando enzimi di restrizione e ligasi) e riprodurre il nuovo DNA in batteri.
1974
●
●
I National Institutes of Health (NIH) istituiscono una
Commissione Consultiva sul DNA ricombinante per
supervisionare la ricerca nel campo della genetica ricombinante.
Inizia la ricerca finalizzata ad utilizzare microrganismi
geneticamente migliorati per applicazioni industriali.
1979
●
Viene sintetizzato per la prima volta l’ormone umano della
crescita.
SEMPRE NEGLI ANNI ’70
●
Vengono perfezionate le tecniche per sequenziare rapidamente i
nucleotidi.
1980
●
La Corte Suprema Americana, nel caso paradigmatico Diamond
contro Chakrabarty, approva il principio della brevettabilità degli
organismi, cosa che consentirà all’azienda Exxon Oil di brevettare un microrganismo in grado di biodegradare il petrolio.
Guida alle Biotecnologie
11
●
Il brevetto americano per la clonazione genica viene assegnato ai
biochimici americani Stanley Cohen e Herbert Boyer.
●
Vengono sviluppate le prime macchine per sintetizzare i geni.
●
Alcuni ricercatori introducono con successo il gene umano
dell’interferone in un batterio.
●
Paul Berg, Walter Gilbert e Frederick Sanger ricevono il Premio Nobel per la Chimica per aver creato la prima molecola
ricombinante.
1984
●
Viene sviluppata la tecnica DNA fingerprinting, utilizzando la
PCR.
●
L’intero genoma del virus dell’immunodeficienza umana
(HIV) viene clonato e sequenziato.
1985
●
Vengono trovati marcatori per malattie renali e fibrosi cistica.
●
La tecnica del DNA fingerprinting viene utilizzato come prova
legale in tribunale.
1981
●
Gli scienziati dell’Università dell’Ohio producono i primi animali transgenici trasferendo nel topo geni di altri animali.
●
Per la prima volta piante transgeniche resistenti ad insetti, virus
e batteri vengono testate in campo.
●
Uno scienziato cinese è il primo a clonare un pesce – la carpa dorata.
●
I NIH approvano le linee guida per effettuare esperimenti di
terapia genica sull’uomo.
1982
●
L’Applied Biosystems Inc. introduce in commercio il primo
sequenziatore di proteine a fase gassosa, riducendo in modo
drastico la quantità di campione proteico necessaria per il
sequenziamento.
●
Viene sviluppato il primo vaccino a DNA ricombinante per
bestiame.
●
La prima medicina biotecnologica viene approvata dalla Food
and Drug Administration (FDA) americana: insulina umana
prodotta in batteri geneticamente modificati. Il prodotto è
stato sviluppato da Genentech ed Eli Lilly.
●
Avviene la prima trasformazione genetica di cellule vegetali
nella petunia.
1983
●
Il biochimico americano Kary Mullis inventa la tecnica PCR
(reazione a catena della polimerasi). La PCR usa calore ed
enzimi per produrre copie illimitate di geni o frammenti
genici. Diventerà lo strumento principale nella ricerca e nello
sviluppo dei prodotti biotecnologici a livello mondiale.
●
Viene effettuata la prima trasformazione genetica di cellule
vegetali mediante il plasmide TI.
●
Viene sintetizzato il primo cromosoma artificiale.
●
Vengono scoperti i primi marcatori genetici per alcune malattie ereditarie.
●
La biotecnologia è utilizzata per la prima volta per far crescere
una pianta intera: la petunia. La petunia trasferisce ai discendenti le sue nuove caratteristiche.
12
Guida alle Biotecnologie
1986
●
Viene approvato il primo vaccino ricombinante per uso umano, il vaccino per l’epatite B.
●
L’interferone diventa il primo farmaco contro il cancro prodotto utilizzando le biotecnologie.
●
Gli scienziati dello Scripps Institute e dell’Università della
California-Berkeley descrivono come si combinano anticorpi
ed enzimi (abzimi). Gli abzimi hanno la capacità di rompere
un legame chimico, compresi i legami peptidici, con grande
precisione.
●
Viene testata la prima coltivazione in campo di piante transgeniche (tabacco).
●
L’Agenzia di Protezione Ambientale USA approva la distribuzione della prima varietà transgenica: una pianta di tabacco con un
gene modificato.
●
Il Gruppo di Esperti Nazionali sulla Sicurezza nelle Biotecnologie dell’Organizzazione per la Cooperazione Economica e lo
Sviluppo (OECD) dichiara che: “le modificazioni genetiche
ottenute con tecniche di rDNA possono spesso avere maggiore
predittività rispetto alle tecniche tradizionali” e “i rischi associati
a organismi rDNA possono essere valutati generalmente allo
stesso modo di quelli associati a organismi non-rDNA.”
●
Sono utilizzati per la prima volta microbi per smaltire residui
di petrolio (il primo brevetto biotecnologico industriale viene
rilasciato per microrganismi che bonificano le fuoriuscite di
petrolio; vedi 1980).
1987
●
Viene approvata la prima coltivazione in natura di piante transgeniche biotecnologiche: pomodori resistenti ai virus.
●
Frostban, un batterio geneticamente modificato che inibisce la
formazione di brina in piante coltivate, viene testato in campo
in California su piante di fragola e patata, si tratta della prima
sperimentazione all’aperto di batteri ricombinanti.
●
Viene creata la prima mucca da latte transgenica, usata per
produrre proteine di latte umano da utilizzare in formula per
lattanti.
●
Viene prodotto il primo mais resistente agli insetti: mais Bt.
●
Viene approvato il primo prodotto alimentare biotecnologico in
UK: lievito modificato.
●
Inizia la sperimentazione “in natura” su un vertebrato geneticamente modificato: una trota.
1988
●
Viene assegnato ai genetisti molecolari di Harvard il primo
brevetto USA per un animale geneticamente modificato: si tratta
di un topo transgenico.
●
Viene assegnato un brevetto per fabbricare enzimi (proteasi)
resistenti all’ipoclorito di sodio da impiegare nei detergenti.
●
I giudici negli Stati Uniti e nel Regno Unito pronunciano le
prime sentenze di omicidio utilizzando prove basate sull’analisi
del DNA.
1989
●
Prima approvazione per testare in campo il cotone transgenico,
una varietà resistente agli insetti (Bt).
●
Inizia il Progetto Genoma Vegetale.
●
Avviene la prima scarcerazione basata sulle prove ottenute con il
DNA fingerprinting. Secondo The Innocence Project, fino all’aprile
2008, 216 persone sono state scagionate grazie al DNA.
SEMPRE NEGLI ANNI ’80
●
Gli studi sul DNA vengono utilizzati per determinare la storia
dell’evoluzione.
●
In Europa viene approvato l’impiego di un vaccino animale a
DNA ricombinante.
●
Vengono identificati ribozimi e retinoblastomi.
1992
●
Scienziati americani ed inglesi scoprono una tecnica per testare
embrioni in vitro per anomalie genetiche come la fibrosi cistica e
l’emofilia.
●
La FDA dichiara che i cibi transgenici “non sono intrinsecamente dannosi” e non richiedono una regolamentazione speciale.
1993
●
Si fondono due piccole associazioni professionali e viene creata
la Biotechnology Industry Organization (BIO).
●
La FDA approva la somatotropina bovina ricombinante (rBST)
per incrementare la produzione di latte nelle mucche da latte.
L’rBST è commercializzato con il nome di POSILAC®.
●
La FDA approva Betaseron® (interferone beta-1a), il primo di
diversi prodotti biotecnologici che hanno avuto un impatto
significativo nel trattamento della sclerosi multipla.
1994
●
La FDA approva il primo alimento interamente prodotto biotecnologicamente: il pomodoro FLAVRSAVRTM.
●
Viene scoperto il primo gene correlato al tumore del seno.
●
Viene approvato Pulmozyme® (dornase alfa), una versione ricombinante della DNasi umana. Il medicinale riduce l’accumulo
di proteine nei polmoni di pazienti con fibrosi cistica.
1990
●
Chy-MaxTM, una forma prodotta artificialmente dell’enzima
chimosina per produrre formaggi, viene introdotta sul mercato.
È il primo prodotto in USA derivante dalla tecnologia del DNA
ricombinante per uso alimentare.
●
Grazie ad uno sforzo internazionale, viene avviato il Progetto
Genoma Umano con l’obiettivo di mappare tutti i geni umani.
●
Il primo trattamento di terapia genica sperimentale viene applicato con successo ad una bambina di 4 anni che soffriva di una
malattia immunitaria.
1995
●
Viene effettuato il primo trapianto di midollo osseo da babbuino
ad uomo in un paziente ammalato di AIDS.
●
Viene completato il sequenziamento del primo genoma completo di un organismo vivente diverso da un virus, il batterio
Haemophilus influenzae.
●
La terapia genica, la modulazione del sistema immunitario e
la produzione di anticorpi ricombinanti entrano nella pratica
clinica della lotta contro il cancro.
Guida alle Biotecnologie
13
1996
●
La scoperta di un gene associato alla malattia di Parkinson apre
una nuova strada nella ricerca della causa e il potenziale trattamento di questo disturbo neurologico debilitante.
●
Per la prima volta gli agricoltori coltivano piante biotecnologiche – mais, soia e cotone.
●
La sequenza del genoma del microrganismo Methanococcus
jannaschii conferma che c’è un terzo dominio nella classificazione degli organismi viventi sulla Terra oltre ai batteri ed agli
eucarioti (funghi, protisti, piante e animali). Il terzo dominio
viene chiamato Archea.
1997
●
In Scozia la pecora Dolly viene presentata come il primo animale clonato da una cellula adulta.
●
Vengono commercializzate le prime varietà biotecnologiche di
piante resistenti ad infestanti ed insetti: soia Roundup Ready® e
cotone resistente agli insetti Bollgard®.
●
Piante biotecnologiche vengono coltivate per scopi commerciali
su circa 5 milioni di acri nel mondo. Le coltivazioni sono in
Argentina, Australia, Canada, Cina, Messico e Stati Uniti.
●
Il Rituxan® (rituximab) è il primo anticorpo monoclonale
anticancro a ricevere l’approvazione della FDA.
●
Un gruppo di ricercatori dell’Oregon sostiene di aver clonato
due scimmie Rhesus.
●
Viene sequenziato il primo genoma di un microrganismo
Gram positivo (Bacillus subtilis) ad uso industriale.
●
●
Alcuni scienziati dell’Università delle Hawaii clonano tre generazioni di topi partendo da nuclei di cellule adulte del cumulo ooforo.
●
Gli scienziati dell’Università Kinki in Giappone clonano otto vitelli identici utilizzando cellule prese da un singolo bovino adulto.
●
Primo genoma animale completo sequenziato, il nematode C.
elegans.
●
Viene prodotto il primo abbozzo della mappa del genoma
umano, che indica la posizione di migliaia di geni.
●
Cinque paesi del Sud-est asiatico formano un consorzio per
sviluppare la papaia resistente alle malattie.
●
Viene progettato il primo chip di geni per studiare il profilo
trascrizionale di un organismo industriale.
1999
●
La Wellcome Trust (UK) unisce le sue forze con dieci grandi
case farmaceutiche creando il Consortium SNP allo scopo di
individuare e mappare 300.000 polimorfismi di singoli nucleotidi (SNPs) tra i più diffusi nel genoma umano.
●
Il Progetto Genoma Umano porta a termine il sequenziamento
del cromosoma 22, la prima sequenza completa di un cromosoma umano. Il 2000 viene indicato dal Progetto Genoma
Umano come anno di scadenza per una mappatura completa
del genoma umano.
●
Per la prima volta, gli investitori impegnano più di 10 miliardi
di dollari nelle industrie biotecnologiche. Da allora la quantità
di investimenti non è mai diminuita.
●
Un nuovo test diagnostico consente di identificare rapidamente l’encefalopatia spongiforme bovina (BSE, altrimenti nota
come “morbo della mucca pazza”) e la malattia di CreutzfeldtJakob (CJD).
●
La morte di Jessie Gelsinger nel corso di un esperimento di terapia genica sull’uomo fa sì che questo tipo di tecnologia venga
sottoposto ad esami più severi.
Vengono introdotti sul mercato mondiale biocarburanti
prodotti da microalghe opportunamente migliorate biotecnologicamente.
1998
●
Vengono prodotte linee cellulari di cellule staminali embrionali umane.
●
La FDA approva Herceptin® (trastuzumab) per il trattamento
del carcinoma mammario per pazienti in cui il tumore sovraesprime il recettore HER2. Questo viene considerato il primo
prodotto della farmacogenomica o medicina personalizzata.
●
La Perkin-Elmer Corporation nomina il biologo americano Craig Venter capo della nuova azienda chiamata Celera
Genomics che ha l’obiettivo di sequenziare il genoma umano
più velocemente rispetto al Progetto Genoma Umano (Celera
viene poi assorbita da Applera Corp.).
14
Guida alle Biotecnologie
SEMPRE NEGLI ANNI ’90
●
Viene scoperto ed associato al tumore ereditario del colon un
difetto in un gene di riparo del DNA.
●
Un vaccino ricombinante della rabbia viene testato sui procioni.
●
Negli Stati Uniti viene approvata la vendita di un biopesticida
di origine biotecnologica.
●
Il primo brevetto Europeo riguardante un animale transgenico
viene rilasciato per un topo transgenico sensibile ai carcinogeni.
●
Viene completata la prima bozza della mappa funzionale del
proteoma del lievito mostrando un’intera rete di complessi
proteici e le loro interazioni.
●
Consorzi internazionali sequenziano i genomi del parassita che
causa la malaria e della specie di zanzara che trasmette il parassita.
2000
●
Viene annunciata una bozza preliminare della sequenza del
genoma umano.
●
Viene pubblicata la versione preliminare della mappa completa
del genoma umano.
●
Viene sviluppata la prima mappa completa di un genoma vegetale: Arabidopsis thaliana.
●
●
Le varietà biotecnologiche di piante vengono coltivate su
108,9 milioni di acri in 13 paesi.
Gli scienziati sono costretti a rivedere le loro teorie sull’RNA
quando scoprono l’importanza del ruolo svolto da piccole
particelle di RNA nel controllo di numerose funzioni cellulari.
●
Gli scienziati fanno importanti progressi per chiarire i fattori
che controllano la differenziazione delle cellule staminali, identificando più di 200 geni coinvolti in questo processo.
●
I ricercatori annunciano risultati positivi di un vaccino contro
il cancro alla cervice uterina, si tratta del primo caso di vaccino
preventivo per un tipo di cancro.
●
Gli scienziati completano la bozza della sequenza del più importante patogeno del riso, un fungo che distrugge ogni anno
una quantità di riso sufficiente a sfamare 60 milioni di persone.
●
Viene sequenziato il genoma del pesce palla giapponese. La
sequenza del pesce palla è il genoma più piccolo conosciuto di
un vertebrato.
●
Gli scienziati dell’Università Stony Brook di New York assemblano un virus sintetico, il polio, utilizzando le informazioni
della sequenza genomica.
●
●
Gli inventori del riso transgenico arricchito con beta carotene
– “Golden Rice” – annunciano che renderanno la tecnologia disponibile ai paesi in via di sviluppo nella speranza di migliorare
la salute dei popoli denutriti e prevenire alcune forme di cecità.
Il Kenia sperimenta sul campo la sua prima varietà biotecnologica: patata dolce virus-resistente.
2001
●
Alcuni ricercatori in collaborazione con il Centro di Ricerca
Nazionale Cinese sugli Ibridi di Riso, sviluppano un “superriso” in grado di avere una resa di produzione doppia rispetto
al riso normale.
●
Viene completato il sequenziamento del DNA di batteri di
interesse agricolo: Sinorhizobium meliloti, un azoto fissatore, e
Agrobacterium tumefaciens, nocivo per le piante.
●
Un singolo gene di Arabidopsis viene inserito in piante di
pomodoro per creare la prima varietà in grado di crescere in
acqua e terreno ad alte concentrazioni saline.
●
La prima bioraffineria al mondo si inaugura a Blair, in Nebraska, per convertire zuccheri da mais in acido polilattico (PLA)
– un biopolimero, completamente biodegradabile, che può
essere usato per produrre materiali da imballaggio e materiali
tessili.
●
La FDA approva l’impiego di un farmaco a target genetico,
il Gleevec® (imatinib), per curare pazienti affetti da leucemia
mieloide cronica. Si ritiene che sia il primo di una serie di
farmaci per curare il cancro ottenuti direttamente da scoperte
genetiche.
2002
●
Viene completata la prima bozza della sequenza del genoma
del riso, prima sequenza di un genoma di una pianta alimentare di uso primario.
2003
●
Le coltivazioni biotecnologiche vengono ammesse per la prima volta in Brasile e nelle Filippine.
●
L’Agenzia di Protezione Ambientale USA approva il primo
mais transgenico resistente alla diabrotica del mais, questo farà
risparmiare ai coltivatori un milione di dollari all’anno causati
dalla perdita del raccolto e dall’uso dei pesticidi.
●
Vengono clonate per la prima volta specie in via di estinzione
(come il bue banteng). Nel 2003 sono stati clonati per la prima
volta diversi altri organismi come muli, cavalli e cervi.
●
Dolly, la pecora clonata che fece scalpore nel 1997, è sottoposta
ad eutanasia in seguito ad un cancro polmonare progressivo.
●
I ricercatori giapponesi sviluppano un chicco di caffè biotecnologico che è naturalmente decaffeinato.
●
La Cina concede per la prima volta nel mondo l’approvazione
ad un prodotto per la terapia genica. La Gendicine, sviluppata
Guida alle Biotecnologie
15
da Shenzhen SiBiono GenTech, rilascia il gene p53 per curare
il carcinoma a cellule squamose della testa e del collo.
●
●
McKinsey & Co prevede che le biotecnologie industriali possano raggiungere nel 2010 il valore di 160 miliardi di dollari.
2005
●
I ricercatori dell’Università della Georgia clonano con successo una mucca dalle cellule di una carcassa.
●
La FDA approva per la prima volta un farmaco specifico per
una razza: il farmaco, BiDil®, cura lo scompenso cardiaco congestizio in pazienti di colore.
●
L’Energy Policy Act viene approvato e diventa legge, autorizzando numerosi incentivi per lo sviluppo del bioetanolo.
●
I NIH varano a dicembre un progetto pilota per determinare la
fattibilità dell’Atlante del Genoma del Cancro. Lo scopo è una
mappa completa delle mutazioni genetiche coinvolte in tutti i
tipi di cancro umano.
●
Scienziati dei Centers for Disease Control and Prevention
(Centri per il Controllo e la Prevenzione delle Malattie)
sintetizzano parzialmente il virus dell’influenza che ha ucciso
almeno 20 milioni di persone nel mondo nel 1918-1919.
●
Gli scienziati dell’Università di Harvard riferiscono di aver
trasformato con successo cellule epiteliali in cellule staminali
embrionali mediante fusione con cellule staminali embrionali
preesistenti.
La FDA approva il primo vaccino antinfluenzale a nebulizzazione nasale: FluMist®.
2004
●
La FDA approva il primo farmaco anti-angiogenico contro il
cancro, Avastin® (bevacizumab).
●
La FDA autorizza l’AmpliChip® Cytochrome P450 Genotyping Test, un test di genotipizzazione basato su metodo di rilevazione a DNA microarray, che rende più efficace la selezione
di farmaci per molte malattie comuni.
●
Un prodotto basato sulla tecnica dell’interferenza dell’RNA
(RNAi) per la degenerazione maculare senile umida diventa il
primo prodotto RNAi ad essere testato nella sperimentazione
clinica.
●
Il Glofish®, il primo animale domestico biotecnologico , viene
introdotto sul mercato nordamericano.
●
L’Organizzazione per l’Alimentazione e l’Agricoltura delle
Nazioni Unite (FAO) avallano le colture biotecnologiche.
●
Il 7 maggio vengono seminati un miliardo di acri con semi
biotecnologici.
●
L’Istituto di Medicina della National Academy of Sciences
(IOM) trova che le coltivazioni biotecnologiche non pongono
alcun problema aggiuntivo alla salute rispetto ad altre tecniche.
L’IOM raccomanda di valutare la sicurezza degli alimenti sul
prodotto finito, piuttosto che sulla tecnica utilizzata per crearlo.
●
L’Organizzazione Mondiale per la Salute (OMS) pubblica il
rapporto su Alimenti Moderni Biotecnologici, Salute Umana
e Sviluppo nel quale dichiara che i cibi biotecnologici possono contribuire a migliorare la salute umana e ad accrescere lo
sviluppo economico.
●
Dopo uno studio della letteratura in materia di sicurezza
alimentare, la FDA afferma che il frumento biotecnologico è
sicuro.
●
La società inglese PG Economics Ltd. stima che l’uso globale
delle piante biotecnologiche ha incrementato di 27 miliardi di
dollari il reddito dei coltivatori, e ha ridotto notevolmente gli
impatti negativi dell’agricoltura sull’ambiente.
●
Il genoma del pollo viene sequenziato dal Chicken Genome
Sequencing Consortium (Consorzio per il Sequenziamento del
Genoma di Pollo).
●
Un consorzio di scienziati capeggiati dal National Human
Genome Research Institute pubblica il genoma del cane. Il
genoma appartiene ad un boxer di 12 anni.
Il primo animale domestico clonato, un gattino, viene consegnato al suo proprietario.
●
Vengono commercializzati i primi enzimi isolati dal mais per la
produzione a basso consumo di energia (a freddo) di etanolo.
La produzione raggiunge i 15 miliardi di litri all’anno.
●
●
Viene sequenziato il genoma del ratto da laboratorio.
●
I ricercatori completano il sequenziamento genetico dello
scimpanzé – il primate più simile agli esseri umani.
2006
●
●
L’azienda biotecnologica canadese Iogen realizza la prima produzione e distribuzione commerciale di bioetanolo, producendo carburante con enzimi biotecnologici e paglia di frumento.
16
Guida alle Biotecnologie
L’American Dietetic Association pubblica una dichiarazione
che conferma il suo appoggio all’agricoltura e ai cibi biotecnologici.
●
La Dow AgroScience ottiene per la prima volta l’approvazione
per produrre un vaccino a base vegetale. Il vaccino protegge il
pollame dalla malattia di Newcastle.
●
La Renessen LLC ottiene l’approvazione per iniziare a vendere
mangimi animali prodotti con mais biotecnologico ad alti contenuti di lisina. La lisina è essenziale nella dieta degli animali,
specialmente dei maiali e dei polli.
●
Alcuni ricercatori sviluppano maiali ingegnerizzati che producono un alto concentrato di acidi grassi omega 3, grazie al gene
derivante dal verme nematode Caenorhabditis elegans.
●
La FDA approva il vaccino ricombinante Gardasil®, il primo
vaccino che previene il papilloma virus umano (HPV), un’infezione coinvolta nel cancro della cervice uterina.
Fonti:
Access Excellence
Biotech 90: Into the Next Decade, G. Steven Burrill with the Ernst
& Young High Technology Group
Biotechnology Industry Organization
Genentech, Inc.
Genetic Engineering News
International Food Information Council
ISB News Report
International Service for the Acquisition of Agri-Biotech Applications
Texas Society for Biomedical Research
Science
Science News
The Scientist
2007
●
I ricercatori dell’Università del Wisconsin, Madison, USA e
dell’Università di Kyoto in Giappone annunciano il successo
nella riprogrammazione di cellule epiteliali umane per creare
cellule indistinguibili dalle cellule embrionali staminali.
●
I ricercatori del Children’s Hospital di Boston e dell’Harvard
Stem Cell Institute confermano che lo scienziato coreano
Hwang Woo-Suk, che era stato screditato, aveva creato le
prime linee cellulari staminali embrionali al mondo tramite
partenogenesi.
●
La FDA approva il vaccino contro l’H5N1, il primo vaccino
contro l’influenza aviaria.
●
I ricercatori dell’Università di Buffalo descrivono il principale
meccanismo di azione degli enzimi.
●
Alcuni ricercatori di Taiwan sviluppano un albero di eucalipto biotecnologico che metabolizza tre volte più diossido di
carbonio rispetto alle varietà convenzionali. Questo eucalipto
biotecnologico produce anche meno lignina e più cellulosa.
●
I ricercatori coreani annunciano il primo clone di barboncino.
●
I ricercatori americani annunciano la produzione di bestiame
biotecnologico che non sviluppa proteine prioniche. I prioni
sono implicati nell’encefalopatia spongiforme bovina, una
malattia neurologica degenerativa.
2008
●
La bozza del genoma del mais è completata. Questo è solo il
terzo genoma di pianta ad essere completato, dopo Arabidopsis
e riso.
Guida alle Biotecnologie
17
Le tappe fondamentali della politica
degli Stati Uniti sulle biotecnologie
1902
●
anziani (Medicare) (la copertura per i disabili verrà introdotta nel
1972) ed il supporto medico per le classi più disagiate (Medicaid).
Medicare copre il costo di farmaci per i pazienti ricoverati, ma non
prevede il rimborso per i pazienti ambulatoriali. Questo divario
tenderà a diventare più gravoso man mano che i farmaci, compresi quelli biotecnologici, diventano più importanti per la cura
dei pazienti (per ulteriori dettagli vedi la cronologia completa di
Medicare elaborata dalla Kaiser Family Foundation all’indirizzo
http://www.kff.org/medicare/medicaretimeline.cfm).
In USA viene approvato il Biologics Control Act, che garantisce la
purezza e la sicurezza di sieri, vaccini e prodotti analoghi.
1906
●
Diventa legge il Food and Drug Act, che proibisce il commercio
tra uno stato e l’altro di alimenti, bevande e farmaci fraudolentemente etichettati e adulterati (Nota: per ulteriori dettagli
sulla cronologia della Food and Drug Administration [FDA],
visita il sito: http://www.fda.gov/opacom/backgrounders/
miles.html).
●
1930
●
1971
Viene fondato il National Institute of Health (che diventerà in
seguito National Institutes of Health man mano che confluiscono nuovi istituti di ricerca dedicati a malattie o aree di ricerca
specifiche).
1974
●
1938
●
Il Congresso USA approva il Federal Food, Drug, and Cosmetic
(FDC) Act del 1938, una delle leggi fondamentali che governano la FDA. Tra le altre norme nell’FDC Act c’è l’obbligo di
dimostrare la sicurezza dei nuovi farmaci prima che questi siano
messi in commercio. Si dà inizio così ad un nuovo sistema di
regolamentazione dei farmaci.
Il Congresso degli Stati Uniti riconosce il rischio della perdita
della biodiversità e stanzia fondi per la raccolta, la conservazione
e l’introduzione di piante in modo sistematico ed estensivo.
●
Si scopre che il Thalidomide, un nuovo sonnifero, ha causato
gravi malformazioni in migliaia di neonati in Europa occidentale.
Vengono approvati gli emendamenti noti come Kefauver-Harris
Drug Amendments che impongono ai produttori di farmaci di
dimostrare l’efficacia e una maggiore sicurezza dei farmaci. La
principale novità è che, per la prima volta, i produttori di farmaci
sono tenuti a dimostrare alla FDA l’efficacia dei prodotti prima
della loro commercializzazione.
1965
●
Il Presidente degli Stati Uniti Johnson firma il disegno di legge
H.R. 6675 in cui si dispone l’assicurazione medica pubblica per gli
18
Guida alle Biotecnologie
Circa 150 tra scienziati, giuristi, rappresentanti ufficiali del
governo USA e giornalisti si incontrano al Centro Congressi
di Asilomar vicino Monterey, in California, per discutere sulla
ricerca sul DNA ricombinante e per elaborare severi protocolli
di sicurezza.
1976
●
1962
●
I più importanti biologi fanno un appello per una moratoria
volontaria sugli esperimenti con il DNA ricombinante in attesa
che vengano stabiliti standard di sicurezza.
1975
1946
●
Il Presidente Nixon si fa promotore della lotta contro il cancro
approvando il National Cancer Act, una legge che darà impulso a
nuove ricerche.
I NIH adottano nuove linee guida sul finanziamento della ricerca sul DNA ricombinante a livello federale sotto la supervisione
della Recombinant DNA Advisory Committee (Commissione
Consultiva sul DNA Ricombinante).
1980
●
La Corte Suprema Americana nel caso Diamond contro Chakrabarty stabilisce che “tutto quello che esiste sotto il cielo
prodotto dalle mani dell’uomo”, inclusi gli organismi modificati con le biotecnologie, è brevettabile. La decisione innesca una
valanga di investimenti e le prime quotazioni (IPO) in borsa di
aziende biotecnologiche.
●
Il Patent and Trademark Act Amendments del 1980, comunemente
noto come il Bayh-Dole Act, fissa le regole di base per il trasferimento tecnologico dal mondo accademico all’industria. La legge
crea una politica uniforme in materia di brevetti tra tutte le agenzie
federali che finanziano la ricerca e chiarisce che i beneficiari dei
fondi federali, come le università o le piccole imprese, sono proprietari delle invenzioni ottenute grazie ai finanziamenti federali.
1983
●
L’Orphan Drug Act viene approvato con lo scopo di creare
incentivi alle attività di ricerca e sviluppo di farmaci per la cura
di malattie rare. Da allora, più di 250 farmaci “orfani” sono stati
diffusi sul mercato americano.
●
Il Congresso crea il programma Small Business Innovation
Research (SBIR) per il sostegno finanziario a piccole imprese
che sono all’avanguardia nella ricerca biotecnologica.
1986
●
Il governo americano pubblica il Coordinated Framework for
Regulation of Biotechnology [quadro normativo coordinato per
la regolamentazione delle biotecnologie], che stablisce regole
più restrittive per l’utilizzo di organismi rDNA in agricoltura
rispetto a quelle adottate nei confronti di prodotti ottenuti con
tecniche di modificazione genetica tradizionale. Il quadro normativo indica inoltre, in relazione all’agricoltura biotecnologica,
quali siano gli ambiti di competenza della FDA, del Ministero
dell’Agricoltura e dell’Agenzia di Protezione Ambientale.
dalla fusione di due organizzazioni preesistenti, la Industrial
Biotechnology Association e l’Association of Biotechnology
Companies (la storia di BIO è presente su Bio.org nella sezione “About BIO”).
1997
●
Viene approvato il Food and Drug Administration Modernization
Act (FDAMA) che regola i cambiamenti amministrativi già avviati nel 1995 ed introduce nuove riforme. Le norme comprendono indicazioni per un iter burocratico snellito per velocizzare
lo sviluppo di medicinali, accesso facilitato dei pazienti ai farmaci e alle apparecchiature mediche sperimentali e l’istituzione di
una banca dati online delle sperimentazioni cliniche.
1998
●
Il Congresso si impegna a raddoppiare il budget dei National
Institutes of Health in 5 anni, raggiungendo i 27 miliardi di dollari
entro il 2003. Da allora il budget dell’Agenzia è rimasto inalterato.
1999
●
Il Presidente Clinton firma un’ordinanza esecutiva per promuovere lo sviluppo di prodotti su base biologica (bio-based) e
lo sviluppo delle bioenergie.
2000
1988
●
L’Ufficio Brevetti e Marchi Registrati degli USA assegna alla
Harvard University un brevetto per un topo utilizzato nella
ricerca contro il cancro (OncoMouse®).
●
Gli Stati Uniti varano il Progetto Genoma Umano grazie allo
stanziamento di fondi da parte del Congresso al Department
of Energy dei National Institutes of Health per la ricerca volta
a determinare la struttura di genomi complessi. Il progetto
inizierà in forma compiuta nel 1990.
1992
●
La FDA spiana la strada ai prodotti delle biotecnologie agricole con una valutazione di sicurezza e direttive per le industrie.
●
Il Prescription Drug User Fee Act (PDUFA) diventa legge, stabilendo delle tariffe per la valutazione di applicazioni farmacologiche e biologiche, fornendo alla FDA le risorse sufficienti esaminare i prodotti più velocemente. Il programma ha successo e
viene nuovamente autorizzato nel 1997, nel 2002 e nel 2007.
●
Il Biomass Research and Development Act viene approvato per
promuovere la conversione della biomassa in prodotti industriali di origine biologica.
2001
●
Il Presidente Bush annuncia che finanziamenti federali verranno messi a disposizione per sostenere la ricerca sulle linee di
cellule staminali embrionali create entro il 9 agosto 2001.
2002
●
Il Farm Security and Rural Investment Act comprende misure
rivolte alle biotecnologie come, ad esempio, un significativo
incremento dei finanziamenti per la ricerca e la valutazione
dei rischi e nuovi programmi per promuovere le biotecnologie
nei paesi in via di sviluppo. La legislazione sostiene le biotecnologie industriali anche imponendo alle agenzie federali di
acquistare, nei limiti del possibile, prodotti a base biologica,
come plastiche prodotte da piante e biocarburanti.
2003
1993
●
Viene creata la Biotechnology Industry Organization (BIO)
●
Il Medicare Modernization Act diventa legge, provvedendo alla
copertura delle prescrizioni di farmaci per i cittadini anziani e
disabili a partire dal 1 gennaio 2006.
Guida alle Biotecnologie
19
2007
●
Il Congresso approva la Food and Drug Administration
Amendments Act (FDAAA), che fornisce alla FDA risorse
sostanziali per migliorare e modernizzare l’FDA Drug Safety
System. Anche la legislazione per rinnovare l’autorizzazione
del Prescription Drug User Fee Act viene approvata in questa
occasione. L’FDAAA è la più ampia riforma della FDA da
decenni. Le precedenti svolte fondamentali della legislazione
della FDA riguardavano i test di sicurezza (il Federal Food,
Drug, and Cosmetic Act) e l’efficacia (emendamenti KefauverHarris) prima della messa in commercio; la legislazione
attuale si focalizza sulla sicurezza dopo l’immissione sul
mercato. Tra le tante disposizioni, la FDAAA impone una
maggiore collaborazione tra FDA e produttori di farmaci per
sviluppare la valutazione del rischio e le strategie di attenuazione dello stesso prima dell’approvazione, conferisce alla
FDA nuovi poteri di accreditamento, e invita a potenziare il
registro delle sperimentazioni cliniche e istituire una banca
dati dei risultati.
●
Nel 2007 il Ministero dell’Energia degli Stati Uniti investe più
di 1 miliardo di dollari in progetti di bioraffinerie e centri di
ricerca sulla bioenergia.
●
L’Energy Independence and Security Act del 2007 diventa legge
e stabilisce un nuovo standard per il carburante rinnovabile
che invoca l’uso di 136 miliardi di litri di biocarburanti entro il
2022, inclusi 79,5 miliardi di litri di biocarburanti di seconda
generazione e di etanolo cellulosico.
2004
●
La FDA pubblica un “libro bianco” nel quale illustra il Critical
Path Initiative che propone di accelerare lo sviluppo di farmaci
promuovendo un più diffuso impiego di tecnologie, come
l’uso di modelli predittivi computerizzati, marcatori biologici,
tecnologie di imaging, e migliori progettazioni per le sperimentazioni cliniche.
●
Il Project BioShield Act diventa legge, erogando 5,6 miliardi di
dollari in 10 anni al governo federale per ottenere test diagnostici, terapie e vaccini per proteggere gli Americani da armi
chimiche, nucleari e biologiche.
●
Gli elettori della California votano a favore dell’approvazione
della “proposta 71”, che consente la ricerca su cellule staminali
embrionali erogando un finanziamento di 3 miliardi di dollari
in 10 anni.
2005
●
●
L’Energy Policy Act relativo al 2005 viene approvato, con lo
stanziamento di 3,6 miliardi di dollari per la bioenergia ed altri
prodotti di origine biologica.
La legislazione sulle pandemie viene approvata e vengono
stanziati 3,8 miliardi di dollari, inclusi 3 miliardi di dollari per
contromisure mediche, per far fronte a un’eventuale emergenza. La legislazione tutela i produttori di queste misure da
responsabilità civile.
2008
●
La FDA esprime parere favorevole in materia di valutazione
del rischio riguardo ad alimenti derivati da animali clonati e
loro progenie. La valutazione si basa sui risultati conseguiti
in più di 700 studi scientifici, condotti negli ultimi 30 anni,
esaminati dalla FDA. L’agenzia conclude che gli alimenti
derivanti da animali clonati e loro progenie sono equivalenti
agli alimenti derivanti da altro bestiame.
●
Al momento della pubblicazione di questa guida, la Camera
ed il Senato USA hanno entrambi approvato il Genetic
Information Nondiscrimination Act, ed il Presidente Bush
dovrebbe firmare la legge. La legge si propone di garantire
che né sul posto di lavoro, né in materia di assicurazione
sanitaria, avvengano discriminazioni sulla base di risultati
di test genetici.
●
Al momento della pubblicazione di questa guida, il Congresso
sta valutando un’ampia riforma dei brevetti. Per ulteriori informazioni si può visitare la sezione Intellectual Property su BIO.org
2006
●
●
L’Organizzazione Mondiale del Commercio (WTO) emette
in via riservata la decisione definitiva sul contenzioso in atto
tra USA, Canada e Argentina da un lato e Unione Europea
(UE) dall’altro riguardo all’approvazione di nuove coltivazioni
biotecnologiche. Secondo notizie diffuse dai giornalisti, la decisione conclude che l’UE sarebbe venuta meno agli impegni
commerciali presi su 21 prodotti di biotecnologie agrarie –
inclusi alcuni semi da olio, colza, mais e cotone.
Nel suo discorso State of the Union, il Presidente USA George
W. Bush si è espresso a favore del bioetanolo prodotto da scarti
agricoli e panico verga (Panicum virgatum L.).
20
Guida alle Biotecnologie
Tecnologie
e strumenti
Uno sguardo generale sulle maggiori tecnologie e strumentazioni
utilizzate nelle biotecnologie.
per il mercato non è risultata praticabile a causa dell’enorme
quantità richiesta. Le colture cellulari di insetto rimuovono questo limite di produttività.
Tecnologia dei bioprocessi
Come le colture cellulari vegetali, le colture cellulari di insetti
vengono studiate come sistema per produrre proteine a scopo
terapeutico. Le colture cellulari di insetto vengono anche studiate
per produrre vaccini VLP (virus-like particles) contro malattie
infettive come la SARS e l’influenza. I nuovi vaccini possono
ridurre i costi ed eliminare i rischi normalmente associati al processo tradizionale. Recentemente è stata richiesta l’approvazione
della FDA per un vaccino personalizzato contro il cancro, Provenge, che usa colture cellulari di insetto, assieme ad un secondo
vaccino contro il Papilloma Virus Umano (HPV), Cervarix.
La più antica delle biotecnologie, la tecnologia di bioprocesso,
impiega cellule vive, o componenti molecolari del macchinario
cellulare, per creare i prodotti desiderati. Le cellule vive più
comunemente utilizzate sono microrganismi unicellulari come
lieviti e batteri; tra i componenti biomolecolari sono il DNA
(che codifica l’informazione genetica delle cellule) e gli enzimi
(proteine che catalizzano le reazioni biochimiche).
Un tipo di bioprocesso, la fermentazione microbica, è stato
utilizzato per migliaia di anni per produrre birra, fare il vino, far
lievitare il pane e conservare alimenti in salamoia o sotto aceto.
A metà del 1800, quando si scoprirono i microrganismi e si
chiarì che erano responsabili di questi prodotti di uso comune,
l’uso di fermentazioni microbiche si intensificò notevolmente.
Oggi facciamo affidamento sulla capacità dei microrganismi
esistenti in natura di mettere in atto molti diversi processi
di produzione per la creazione di prodotti come antibiotici,
pillole anticoncezionali, vaccini, aminoacidi, vitamine, solventi
industriali, pigmenti, pesticidi, plastiche biodegradabili, enzimi
per detersivi da bucato e prodotti per la lavorazione alimentare.
COLTURE CELLULARI
La tecnologia delle colture cellulari consiste nel far crescere le
cellule al di fuori degli organismi viventi (ex vivo).
COLTURE CELLULARI VEGETALI
Le colture cellulari vegetali, una fase essenziale per la creazione
di piante transgeniche, ci forniscono anche un’opzione in consonanza con l’ambiente ed economicamente accettabile per ottenere prodotti con valore terapeutico derivanti da sostanze presenti
in natura, come l’agente chemioterapico paclitaxel, un composto
che si trova negli alberi di tasso, commercializzato sotto il nome
di Taxol®. Le colture cellulari vegetali sono anche studiate come
mezzo di produzione di proteine a scopo terapeutico, e sono
anche un’importante fonte di composti utilizzati come aromi,
colori e profumazioni nell’industria alimentare.
COLTURE CELLULARI DI INSETTI
Le colture cellulari di insetti possono ampliare l’utilizzo di agenti
di controllo biologico che uccidono gli insetti dannosi senza danneggiare gli insetti “utili” o accumulare pesticidi nell’ambiente. I
vantaggi del controllo biologico sono ben noti da molti decenni,
tuttavia, la produzione di questi prodotti in quantità sufficienti
COLTURE CELLULARI DI MAMMIFERO
Negli incroci di bestiame sono state usate per decenni le colture
cellulari di mammifero. Gli ovuli e gli spermatozoi presi da vacche e
tori geneticamente superiori vengono uniti in laboratorio e gli embrioni che ne risultano vengono cresciuti in coltura prima di essere
impiantati. Una forma analoga di coltura cellulare di mammifero è
stata anche una componente essenziale del processo di fecondazione
in vitro dell’embrione umano.
L’utilizzo di colture cellulari di mammifero ormai va ben oltre il
mantenimento in coltura per un breve periodo di cellule a scopi
riproduttivi. Le colture cellulari di mammifero possono integrare − e
potrebbero un giorno rimpiazzare − i test su animali per valutare
la sicurezza e l’efficacia dei farmaci. Come per le colture cellulari di
pianta e di insetto, vengono utilizzate le colture cellulari di mammifero per sintetizzare i composti farmaceutici; in particolare, alcune proteine di mammifero troppo complesse per essere generate attraverso
microrganismi geneticamente modificati. Ad esempio, gli anticorpi
monoclonali sono prodotti tramite colture cellulari di mammifero.
Gli scienziati stanno anche studiando l’impiego di colture cellulari
di mammifero come tecnologia per la produzione di vaccini contro
l’influenza. Nel 2006, il Department of Health and Human Services
ha affidato contratti per il valore di circa un miliardo di dollari a
diversi produttori di vaccini per sviluppare nuove tecniche di coltura
cellulare per produrre un vaccino contro l’influenza. La tecnologia
delle colture cellulari è stata impiegata anche per altri vaccini, ma
ogni procedimento di questo genere è unico e la produzione del
vaccino dell’influenza ha tradizionalmente richiesto grandi quantità di uova. Le nuove tecnologie di produzione svolgono un ruolo
essenziale nella preparazione a fronteggiare le pandemie influenzali
(preparedness) e richiedono attività di ricerca e sviluppo molto
estese. Le tecniche di coltura cellulare sono in grado di incrementare
le potenzialità ed il rendimento della produzione.
Guida alle Biotecnologie
21
Tecnologia del DNA ricombinante
La tecnica del DNA ricombinante è la base della biotecnologia
moderna. Il termine DNA ricombinante significa letteralmente
unione − o ricombinazione − di due frammenti di DNA derivanti
da fonti diverse, ad esempio da due diversi organismi.
Gli esseri umani hanno iniziato migliaia di anni fa a modificare il
materiale genetico di piante e animali addomesticati attraverso la
selezione di individui per la riproduzione. Grazie ad incroci di individui con tratti genetici di interesse, e all’esclusione di altri dalla
riproduzione, abbiamo modificato il corredo genetico delle piante
e degli animali che abbiamo addomesticato. Oggi, oltre all’incrocio
selettivo, ricombiniamo geni a livello molecolare usando le tecniche più precise del DNA ricombinante. Rendendo le manipolazioni più precise ed i risultati più certi, le biotecnologie diminuiscono
il rischio di produrre organismi con tratti inaspettati ed eliminano
sprechi di tempo, evitando un tipo di approccio che procede per
tentativi ed errori come la selezione incrociata.
La modificazione genetica attraverso incroci selettivi e le tecniche del DNA ricombinante si somigliano, tuttavia ci sono delle
importanti differenze:
●
La modificazione genetica utilizzando le tecnologie del DNA
ricombinante ci consente di spostare da un organismo ad
un’altro singoli geni di cui conosciamo le funzioni.
●
Negli incroci selettivi molti geni con funzioni sconosciute
sono trasferiti tra organismi affini.
Le tecniche per produrre incroci selettivi più prevedibili e precisi
si sono evolute nel corso degli anni. Agli inizi del ’900, Hugo
DeVries, Karl Correns ed Eric Tshermark riscoprirono le leggi
dell’ereditarietà di Mendel. Nel 1953, James Watson e Francis
Crick hanno dedotto la struttura del DNA da indizi sperimentali
e grazie alla costruzione di modelli. Nel 1972, Paul Berg e i suoi
colleghi hanno creato le prime molecole di DNA ricombinante,
utilizzando gli enzimi di restrizione. Dieci anni più tardi, il primo
farmaco a base di DNA ricombinante (l’insulina umana ricombinante) viene introdotto sul mercato. Nel 2000 il genoma umano
è stato sequenziato e oggi si usano le tecniche di DNA ricombinante, insieme a quelle di clonaggio molecolare per:
●
produrre nuove medicine e vaccini più sicuri;
●
migliorare gli agenti di biocontrollo in agricoltura;
22
Guida alle Biotecnologie
●
aumentare la resa in agricoltura e diminuire i costi di produzione;
●
diminuire le caratteristiche allergeniche di alcuni alimenti;
●
migliorare il valore nutrizionale degli alimenti;
●
sviluppare plastiche biodegradabili e altri prodotti a base biologica;
●
diminuire l’inquinamento di acqua e aria;
●
rallentare il deperimento degli alimenti.
Anticorpi monoclonali
La tecnologia degli anticorpi monoclonali utilizza cellule del sistema immunitario per produrre proteine chiamate anticorpi che
aiutano l’organismo a distruggere molecole estranee come virus
e batteri. Tutti noi abbiamo sperimentato la straordinaria specificità degli anticorpi (con specificità si intende la capacità degli
anticorpi di legarsi ad un solo tipo di molecola). Per esempio, gli
anticorpi che attaccano un virus influenzale tipico di un inverno
possono fare ben poco per proteggerci da un virus influenzale
leggermente differente nell’anno successivo.
Il metodo per produrre anticorpi monoclonali comporta la
fusione di una cellula di mieloma umano (linfocita B tumorale),
che non può più secernere anticorpi, con un normale linfocita B
di un topo immunizzato per secernere un anticorpo specifico. La
componente mieloma aiuta la cellula ibrida a moltiplicarsi indefinitamente, di modo che la cellula fusa – che si chiama ibridoma –
possa essere coltivata. Le cellule producono tutte esattamente lo
stesso anticorpo – da qui il termine anticorpo monoclonale. Come
gli anticorpi prodotti dal nostro corpo combattono la malattia, gli
anticorpi monoclonali si legano specificamente al loro bersaglio,
diventando buoni candidati per combattere il cancro, le infezioni
ed altre malattie.
La specificità degli anticorpi li rende anche un potente strumento diagnostico. Possono individuare sostanze che sono presenti
in minuscole quantità e quantificarle con molta accuratezza. Per
esempio, gli anticorpi monoclonali possono essere usati per:
●
localizzare inquinanti ambientali;
●
trovare microrganismi dannosi negli alimenti;
●
distinguere cellule cancerose da cellule normali;
●
diagnosticare malattie infettive nell’uomo, negli animali e nelle
piante più velocemente e in modo più accurato di come si
faceva prima.
Oltre alla loro importanza come strumento diagnostico, gli anticorpi monoclonali (MAbs) ci possono fornire composti terapeutici
ad alta specificità. Gli anticorpi monoclonali possono, per esempio, curare il cancro, legandosi e disattivando un recettore cruciale
o un’altra proteina associata alle cellule cancerose. Legato ad una
tossina, un anticorpo monoclonale può somministrare selettivamente una chemioterapia a cellule cancerose senza danneggiare le
cellule sane. Anticorpi monoclonali sono anche stati sviluppati per
trattare il rigetto di un organo trapiantato, e curare malattie autoimmuni andando a colpire specificamente il tipo di cellula del sistema
immunitario responsabile di questi attacchi.
Gli anticorpi monoclonali possono essere prodotti in cellule di
topo, ma spesso il paziente umano produce una risposta immunitaria agli anticorpi di topo. Questa risposta immunitaria non solo
elimina il farmaco MAb somministrato, ma è anche pericolosa
per i pazienti e può causare danni permanenti. Per ridurre questo
problema gli scienziati creano anticorpi chimerici, o umanizzati,
in cui alcune parti originate dal topo sono sostituite da parti di
origine umana. È meno probabile che tali anticorpi inneschino
una risposta immunitaria indesiderata.
miglioramenti in mandrie di animali per più di due decenni,
costituendo un importante strumento per i ricercatori a partire
dal 1950. Sebbene il debutto di Dolly nel 1997, la pecora clonata,
sia stato un evento mediatico di livello mondiale, la produzione
di un animale clonato non era una novità. Dolly è stata considerata una scoperta scientifica non perché era un clone, ma perché
la fonte del materiale genetico che è stato utilizzato per produrre
Dolly era una cellula adulta, non una cellula embrionale.
Ci sono, infatti, due modi per produrre una esatta copia genetica
di un organismo come una pecora o un topo di laboratorio:
●
Fissione gemellare o embryo splitting è il vecchio modo per
clonare. La fissione gemellare imita il processo naturale per
creare gemelli identici, con la sola differenza che questo avviene
in una piastra Petri invece che nel grembo materno. I ricercatori
separano manualmente un embrione molto giovane in due parti
e poi permettono a ciascuna parte di dividersi e svilupparsi per
conto proprio. Gli embrioni risultanti vengono inseriti in una
madre surrogata, che porta a termine la gravidanza. Siccome
tutti gli embrioni vengono dallo stesso zigote sono geneticamente identici.
●
Trasferimento nucleare in cellule somatiche (SCNT)
comincia con l’isolamento di una cellula somatica (del corpo), che è una qualsiasi cellula diversa da quelle usate per la
riproduzione (spermatozoi e ovuli, conosciuti come cellule
germinali). Nei mammiferi, ogni cellula somatica ha due serie
complete di cromosomi, mentre le cellule germinali hanno
una sola serie completa. Per creare Dolly, gli scienziati hanno
trasferito il nucleo di una cellula somatica prelevata da una
pecora femmina adulta in una cellula uovo dalla quale era stato
rimosso il nucleo. Dopo alcune manipolazioni chimiche, la cellula uovo, con il nuovo nucleo, si comportava come uno zigote
appena fecondato. Si sviluppò in embrione e fu impiantato in
una madre surrogata che portò a termine la gravidanza.
Clonazione
La tecnologia della clonazione ci consente di generare una
popolazione di molecole, cellule, piante o animali geneticamente
identici. Le sue applicazioni sono estremamente ampie e si estendono in molti settori di ricerca e produzione. Qualsiasi azione
legislativa o di regolamentazione riferita alla “clonazione” deve
porre molta attenzione nel definire con precisione il termine
“clonazione” in modo che le attività ed i prodotti che si intende
regolamentare siano coperte da questo termine mentre siano
escluse altre che altrimenti sarebbero coperte inavvertitamente.
CLONAZIONE MOLECOLARE O GENETICA
La clonazione molecolare o di un gene, cioè il processo che crea
molecole di DNA geneticamente identiche, è alla base della rivoluzione della biologia molecolare ed è uno strumento fondamentale
per le biotecnologie. Virtualmente, tutte le applicazioni in biotecnologia, dalla scoperta e lo sviluppo di un farmaco, alla produzione
di piante transgeniche, dipendono dalla clonazione di un gene.
Le scoperte della ricerca rese possibili attraverso la clonazione
molecolare includono l’identificazione, la localizzazione e la
caratterizzazione di geni, la creazione di mappe genetiche ed il
sequenziamento di interi genomi, l’associazione di geni con caratteri specifici e la determinazione delle basi molecolari di questi
caratteri. Per una descrizione più completa vedi pag. 29.
La clonazione animale offre molti vantaggi. La tecnologia può
aiutare gli allevatori a produrre animali con caratteristiche
migliori o fornire ai ricercatori degli zoo uno strumento per
salvaguardare le specie in pericolo. Inoltre, insieme alle tecnologie del DNA ricombinante, la clonazione può fornire eccellenti
modelli animali per studiare le malattie genetiche ed altre condizioni come l’invecchiamento ed il cancro. Nel futuro, queste
tecnologie ci aiuteranno a trovare farmaci e valutare altre forme
di terapia, come la terapia genica e cellulare.
CLONAZIONE DI ANIMALI
La clonazione di animali ci ha aiutato ad introdurre rapidamente
Guida alle Biotecnologie
23
Ingegnerizzazione di proteine
La tecnologia di ingegnerizzazione delle proteine viene usata,
spesso unita alle tecniche del DNA ricombinante, per migliorare
le proteine esistenti (come gli enzimi, gli anticorpi e i recettori
cellulari) e per creare proteine che non sono presenti in natura.
Queste proteine possono essere usate per sviluppare farmaci,
trasformare alimenti e nei processi industriali.
L’ingegnerizzazione di proteine viene spesso utilizzata per alterare le
proprietà catalitiche degli enzimi per sviluppare processi industriali
ecologicamente sostenibili. Gli enzimi sono, da un punto di vista
ambientale, superiori alla maggior parte dei catalizzatori utilizzati nei
processi industriali, perché, essendo biocatalizzatori, si dissolvono
in acqua e lavorano meglio a pH neutro e a temperature relativamente basse. Inoltre, siccome i biocatalizzatori sono più specifici dei
catalizzatori chimici, producono meno prodotti di scarto. Grazie ai
biocatalizzatori le industrie chimica, tessile, farmaceutica, cartiera,
alimentare e dei mangimi, oltre che quella energetica, beneficiano di
una produzione più pulita, energeticamente più efficiente.
Le caratteristiche che rendono i biocatalizzatori vantaggiosi per
l’ambiente possono tuttavia limitare la loro utilità in alcuni processi
industriali. Ad esempio, la maggior parte degli enzimi si disintegra
ad alte temperature. Gli scienziati superano questi limiti utilizzando proteine ingegnerizzate per accrescere la stabilità degli enzimi
alle condizioni estreme della produzione industriale.
Oltre alle applicazioni industriali, i ricercatori medici hanno utilizzato proteine ingegnerizzate per progettare nuove proteine che possono legare e disattivare virus e geni che causano tumori, per creare
vaccini molto efficaci, e per studiare le proteine recettori di membrana che sono spesso target di composti farmaceutici. Gli scienziati
stanno utilizzando l’ingegnerizzazione di proteine per aumentare
la funzionalità delle proteine di riserva delle piante e per sviluppare
nuove proteine da usare come agenti gelificanti.
Inoltre, i ricercatori stanno sviluppando nuove proteine per
rispondere ad attacchi chimici e biologici. Per esempio, l’idrolasi detossifica una serie di agenti nervini e pesticidi largamente
utilizzati. Gli enzimi sono sicuri da produrre, conservare ed usare,
così il loro utilizzo consente un approccio efficace e sostenibile per
decontaminare materiali tossici.
Biosensori
La tecnologia dei biosensori mette insieme le nostre conoscenze di biologia con gli sviluppi della microelettronica. Un
biosensore è composto da un componente biologico, come
una cellula, un enzima o un anticorpo, legato ad un piccolissi-
24
Guida alle Biotecnologie
mo trasduttore – un dispositivo alimentato da un sistema che
fornisce energia (generalmente sotto un’altra forma) – ad un
secondo sistema. I biosensori sono dispositivi di rilevamento
che si basano sulla specificità delle cellule e delle molecole per
identificare e misurare sostanze in concentrazioni estremamente basse.
Quando la sostanza di interesse si lega con il componente biologico, il trasduttore produce un segnale elettrico o ottico proporzionale alla concentrazione della sostanza. I biosensori possono,
per esempio:
●
misurare il livello nutrizionale, la freschezza e la sicurezza degli
alimenti;
●
fornire ai medici di pronto soccorso la misurazione dei parametri vitali del sangue direttamente al capezzale del malato
(bedside tests);
●
localizzare e misurare gli inquinanti ambientali;
●
rilevare e quantificare esplosivi, tossine e agenti di guerra
biologica.
Nanobiotecnologia
La nanobiotecnologia è il prossimo passo sulla via della miniaturizzazione che ci ha già fornito la microelettronica, i microchip e i
microcircuiti. La parola nanotecnologia deriva da nanometro, che è un
millesimo del micrometro (micron), o la misura approssimativa di
una singola molecola. La nanotecnologia, cioè lo studio, la manipolazione e la produzione di strutture e macchinari ultra-piccoli fatti
di poche o di una sola molecola, è resa possibile dallo sviluppo di
strumenti microscopici per immagini e manipolazioni di singole molecole, e per la misurazione delle forze elettromagnetiche tra queste.
La nanobiotecnologia unisce i traguardi delle nanotecnologie a
quelli della biologia molecolare. I biologi molecolari aiutano i
nanotecnologi a capire e ad accedere alle nanostrutture e ai nanomacchinari frutto di 4 miliardi di anni di ingegneria dell’evoluzione, cioè macchinari cellulari e molecole biologiche. Sfruttando le
straordinarie proprietà delle molecole biologiche e dei processi
cellulari, i nanotecnologi possono conseguire molti risultati che
sono difficili o impossibili da raggiungere in altri modi.
Per esempio, piuttosto che costruire strutture in silicio per le nanostrutture, la struttura a scala del DNA offre ai nanotecnologi una
struttura naturale per assemblare le nanostrutture. Questo perché il
DNA è una nanostruttura; le sue proprietà di legame ad alta specificità tengono insieme atomi in un prevedibile modello in nanoscala.
I nanotecnologi contano anche sulle proprietà di autoassemblag-
gio delle molecole biologiche per creare nanostrutture, come, ad
esempio, i lipidi, che formano spontaneamente cristalli liquidi.
Il DNA, la molecola che conserva le informazioni,
può diventare la base dei computer della prossima
generazione.
Il DNA è stato usato non solo per costruire le nanostrutture
ma anche come componente essenziale dei nanomacchinari.
Il DNA, la molecola che conserva le informazioni, può diventare la base dei computer della prossima generazione. Come i
microprocessori e i microcircuiti rimpiccioliscono diventando
nanoprocessori e nanocircuiti, le molecole di DNA montate su
chip di silicio possono sostituire i microchip a flussi di elettroni
incisi sul silicio. Questi biochip sono processori basati sul DNA
che usano la straordinaria capacità del DNA di immagazzinare le
informazioni. Dal punto di vista concettuale sono molto diversi
dai chip microarray a DNA descritti di seguito. I biochip sfruttano le proprietà del DNA per risolvere problemi computazionali;
essenzialmente, usano il DNA per fare matematica. Gli scienziati
hanno dimostrato che 1000 molecole di DNA possono risolvere
in 4 mesi problemi computazionali che richiederebbero un secolo ad essere risolti da un computer.
Altre molecole biologiche ci stanno aiutando nella nostra
continua ricerca per conservare e trasmettere più informazioni
in strumenti sempre più piccoli. Per esempio, alcuni ricercatori
stanno usando molecole che assorbono la luce come quelle che
si trovano nelle nostre retine per incrementare di mille volte la
capacità di memoria dei CD.
Alcune applicazioni delle nanobiotecnologie includono:
●
●
●
l’aumento della velocità e del potere della diagnostica delle
malattie;
la creazione di bio-nanostrutture per inserire molecole funzionali all’interno delle cellule;
l’aumento di specificità e tempestività nella somministrazione
dei farmaci;
●
la miniaturizzazione dei biosensori integrando componenti
biologici ed elettronici in un singolo, piccolissimo componente;
●
la spinta allo sviluppo di pratiche industriali non inquinanti.
Tecnologia dei microarray
La tecnologia del microarray sta trasformando la ricerca di laboratorio poiché ci permette di analizzare decine di migliaia di dati
simultaneamente.
Migliaia di molecole di DNA, proteine o campioni di tessuto
possono essere analizzate su un singolo “chip” – una piccola lastra di vetro che porta una serie (array) di punti microscopici che
indicano ogni molecola o campione in corso di studio.
DNA MICROARRAY
I DNA microarray possono essere utilizzati per analizzare un
intero genoma su un unico chip. Questo fornisce una fotografia
completa delle funzioni genetiche di una cellula o un organismo,
invece che un approccio gene per gene.
Gli scienziati possono usare i DNA microarray per:
●
rilevare mutazioni in geni correlati a malattie;
●
monitorare l’espressione dei geni;
●
diagnosticare malattie infettive e identificare il trattamento
antibiotico migliore;
●
identificare geni importanti per la produttività delle piante
coltivate;
●
migliorare lo screening di microrganismi utilizzati per disinquinare l’ambiente.
Gli arrays a base di DNA sono essenziali per usare i dati genetici
grezzi forniti dal Progetto Genoma Umano ed altri progetti genoma
per creare prodotti utili. Comunque, la sequenza dei geni e i dati di
mappatura significano poco se non si determina cosa fa ciascun gene
– a tal proposito possono risultare utili i microarray a proteine.
MICROARRAY A PROTEINE
Le strutture e le funzioni delle proteine sono spesso molto più
complicate di quelle del DNA, e le proteine sono meno stabili
del DNA. Ogni tipo di cellula contiene migliaia di proteine
diverse, alcune di queste hanno un ruolo unico per la funzione
Guida alle Biotecnologie
25
di quella cellula. Inoltre, il profilo proteico di una cellula, il suo
proteoma, varia a seconda dello stato di salute, dell’età, e delle
condizioni ambientali presenti e passate.
I microarray a proteine possono essere usati per:
●
scoprire biomarcatori proteici che indicano lo stadio di una
malattia;
●
stimare la potenziale efficacia e tossicità dei farmaci prima dei
test clinici;
●
misurare la produzione differenziale di proteine in diversi tipi
cellulari e a diversi stadi di sviluppo, sia in stati di salute che di
malattia;
●
studiare la relazione tra interazioni proteiche e funzioni;
●
valutare le interazioni di legame tra proteine e altre molecole.
26
Guida alle Biotecnologie
Avere a disposizione la tecnologia microarray ha consentito ai
ricercatori di creare molti altri tipi di microarray per rispondere a
questioni scientifiche e scoprire nuovi prodotti.
MICROARRAY TISSUTALI
I microarray tissutali, che permettono l’analisi di migliaia di
campioni di tessuto su una singola lastra, sono stati usati per
rilevare i profili molecolari in tessuti sia sani sia malati e per
validare potenziali bersagli dei farmaci. Per esempio, campioni
di tessuto celebrale ordinati sulle lastre collegate ad elettrodi
permettono ai ricercatori di misurare l’attività elettrica delle
cellule nervose esposte ad alcuni farmaci.
MICROARRAY A CELLULE INTERE
I microarray a cellule intere riducono il problema della instabilità delle proteine nei microarray e permettono un’analisi
più accurata dell’interazione delle proteine all’interno della
cellula.
Dalla biotecnologia alla biologia:
Usare gli strumenti della biotecnologia per
comprendere la vita
S
ia gli scienziati accademici che quelli industriali hanno finito
col dipendere da varie biotecnologie per studiare il funzionamento dei sistemi biologici in maniera estremamente precisa
e dettagliata. Questi strumenti di ricerca biotecnologica hanno
consentito loro di rispondere ad interrogativi scientifici da tempo
senza risposta, e hanno cambiato le domande e i problemi che
affrontano, ed i metodi che usano per trovare le risposte.
Applicazioni delle biotecnologie
alla ricerca
Gli studiosi utilizzano le biotecnologie per comprendere i processi cellulari nei minimi dettagli: le funzioni specifiche assegnate ai diversi tipi cellulari; i meccanismi della divisione cellulare; i
flussi di materiali in uscita ed in entrata nelle cellule; il percorso
attraverso cui una cellula indifferenziata diventa specializzata; ed
i metodi che le cellule usano per comunicare tra di loro, coordinare le loro attività e rispondere ai cambiamenti ambientali.
Una volta definiti i dettagli di un processo, i ricercatori hanno il
compito di riassemblare i pezzi in modo da ottenere informazioni sui processi interni alle cellule e, in ultima analisi, degli interi
organismi.
COMPRENDERE I PROCESSI CELLULARI
I ricercatori hanno fatto un enorme progresso verso la schematizzazione del percorso di una cellula dal singolo ovulo fertilizzato
ad un intero organismo. Lo sviluppo di un organismo multicellulare da una sola cellula prevede la proliferazione cellulare e la differenziazione cellulare, processo in cui gruppi di cellule diventano
specializzate, o differenziate, per svolgere specifiche funzioni. La
differenziazione cellulare è il processo di spegnimento di alcuni
geni in un gruppo di cellule mentre altri se ne accendono. Gli
scienziati sono ottimisti sulla possibilità di chiarire i numerosi
stadi del percorso della differenziazione ed identificare i fattori interni ed esterni che regolano il processo. Due importanti
conquiste hanno alimentato questo ottimismo: lo sviluppo di un
protocollo per mantenere cellule staminali umane in coltura e la
nascita di Dolly, la pecora clonata.
Esiste un delicato equilibrio tra i fattori che stimolano
la divisione cellulare e quelli che la inibiscono.
Ogni interruzione di questo equilibrio porta ad una
proliferazione cellulare incontrollata – cancro – o alla
morte cellulare.
Da decenni conosciamo le condizioni necessarie per mantenere
in coltura piccoli numeri di cellule vegetali ed animali. Abbiamo
fatto crescere queste colture principalmente per ottenere prodotti che le cellule producono naturalmente. Per esempio, le colture
di cellule vegetali ci forniscono gli aromi, i colori, gli addensanti e
gli emulsionanti per le lavorazioni alimentari.
I ricercatori ora coltivano le cellule per studiare le basi molecolari
di molti processi cellulari, specialmente di crescita, proliferazione, differenziazione e morte cellulare.
Tutte le cellule si sviluppano essenzialmente attraverso lo stesso
ciclo: aumentano di dimensione fino ad un certo punto, il materiale
genetico si replica e la cellula si divide in due. La comprensione di
come è regolato il ciclo cellulare è essenziale per capire la causa di
molte malattie umane e animali, i principi per aumentare la resa delle
piantagioni ed è un mezzo per incrementare velocemente le cellule
usate per creare prodotti diversi tra loro come alimenti fermentati e
medicinali.
I progressi nelle tecniche di coltura cellulare ci hanno consentito
di comprendere meglio la base molecolare del ciclo cellulare. La
sequenza delle fasi del ciclo cellulare è rigorosamente controllata, e
dipende da fattori sia nutrizionali che genetici. Esiste un equilibrio
delicato tra i fattori che stimolano la divisione cellulare e quelli che
la inibiscono. Ogni interruzione di questo equilibrio porta ad una
proliferazione incontrollata – cancro – o morte cellulare.
Lo studio delle cellule in coltura ha portato ad una radicale revisione
della nostra visione della morte cellulare. In passato pensavamo che
le cellule morissero in modo non organizzato e passivo, quando
le parti cellulari e i processi si deterioravano gradualmente. Invece
ora sappiamo che la morte cellulare è in gran parte una sequenza di
eventi organizzati e ben pianificati, programmata nel genoma. Lo
stress cellulare prolungato ed altri fattori innescano la morte cellulare
programmata, o apoptosi, nella quale la cellula si autodemolisce in
modo ordinato, suddivide il proprio genoma e trasmette un segnale
al sistema immunitario per inviare globuli bianchi che la rimuoveranno.
La morte cellulare programmata elimina le cellule con DNA danneggiato, rimuove le cellule del sistema immunitario che attaccano
le cellule sane e plasma la formazione di tessuto durante lo sviluppo.
Una migliore comprensione della morte cellulare può, tra l’altro,
aiutarci a conoscere il motivo per cui solo alcune delle cellule con
DNA danneggiato da fattori ambientali si trasformano in cellule
cancerose, cosa non funziona nelle malattie autoimmunitarie e come
creare tessuti migliori per terapie sostitutive.
TECNOLOGIA DELLE CELLULE STAMINALI
Dopo che le cellule animali si sono differenziate in tessuti ed
Guida alle Biotecnologie
27
organi, alcuni tessuti conservano un gruppo di cellule indifferenziate al fine di sostituire le cellule danneggiate di quel
tessuto o per ricostituire la sua scorta di determinate cellule
come i globuli rossi e i globuli bianchi. All’occorrenza, queste
cellule staminali adulte (adult stem cells – ASCs) si dividono in
due. Una cellula si differenzia trasformandosi nel tipo cellulare
di cui il tessuto necessita per la reintegrazione o la sostituzione,
mentre l’altra rimane indifferenziata.
Le cellule staminali embrionali (embryonic stem cells – ESCs)
hanno maggiore plasticità rispetto alle ASCs poiché queste si
possono differenziare in qualsiasi tipo di cellula. Le cellule staminali embrionali di topo furono scoperte e coltivate alla fine
degli anni ’50. Le ESCs derivavano da alcune cellule embrionali di topo di 12 giorni destinate a diventare ovuli o spermatozoi
(cellule germinali) quando il topo sarebbe divenuto adulto.
Nel 1981, i ricercatori hanno trovato un’altra fonte di ESCs di
topo con una totale plasticità in fase di sviluppo, e cioè cellule
prelevate dall’embrione di un topo di 4 giorni.
Alla fine degli anni ’90 i ricercatori hanno scoperto che le ESCs
umane avrebbero potuto derivare negli uomini dalle stesse due
fonti: dalle cellule germinali primordiali e dalle cellule della
massa cellulare interna di embrioni di 5 giorni. È stato scoperto
che queste cellule embrionali staminali umane hanno le stesse
proprietà di pluripotenza. Di conseguenza, gli scienziati ritengono che le ESCs abbiano un enorme potenziale per aprire la
strada a trattamenti e cure per molte malattie.
Gli scienziati sono stati anche in grado di isolare cellule staminali di placente umane donate dopo una gravidanza normalmente portata a termine. In determinate condizioni di coltura,
queste cellule sono state trasformate in tessuto simil-cartilagineo e simil-adiposo.
Il mantenimento in coltura di ESCs e ASCs può fornire risposte a domande critiche a proposito della differenziazione cellulare. Quali fattori determinano il destino finale delle cellule
staminali non specializzate? Quanto sono plasmabili le cellule
staminali adulte? Potremo convertire una ASC in una ESC con
la corretta combinazione di fattori? Perché le cellule staminali
mantengono la potenzialità di replicarsi indefinitamente? Il
fattore che porta alla proliferazione continua delle ESCs è lo
stesso che causa la proliferazione incontrollata delle cellule cancerose? Se così, le ESCs trapiantate causeranno il cancro?
Le risposte a queste e a molte altre domande determineranno i
limiti del potenziale terapeutico di ESCs e ASCs. Solo quando
si capirà l’esatta miscela di fattori che controlla la proliferazione
e lo sviluppo, gli scienziati saranno in grado di riprogrammare
le cellule per scopi terapeutici.
28
Guida alle Biotecnologie
Utilizzando le colture di cellule staminali, i ricercatori hanno
iniziato a elaborare la combinazione, intricata ed unica, di fattori
ambientali, di segnali molecolari e di programmazione genetica
interna che decide il destino di una cellula. Alcuni scienziati
israeliani hanno indirizzato le ESCs verso specifici percorsi
di sviluppo fornendo differenti fattori di crescita. Altri hanno
scoperto che le cellule staminali nervose richiedono una dose di
vitamina A per innescare la differenziazione in uno specifico tipo
di cellula nervosa, ma non in un altro tipo.
Quali fattori azzerano l’identità di una cellula
differenziata e la fanno ritornare allo stato
embrionale di plasticità completa? Prima della
nascita di Dolly, non sapevamo di potere formulare
questa domanda, né tantomeno di potere trovare
una risposta.
Un altro tipo di ASCs, le cellule staminali del mesenchima, si
può differenziare in almeno tre differenti tipi cellulari (cellule
adipose, cellule ossee e cellule cartilaginee); questo dipende in
parte dal mix di nutrienti e dai fattori di crescita. Il loro destino
dipende anche dalla reciproca vicinanza fisica. Se le cellule staminali del mesenchima si toccano tra di loro, potrebbero diventare
cellule adipose; se la densità cellulare è troppo alta, queste non
si differenzieranno in cellule ossee, anche se vengono rifornite di
appropriati nutrienti e segnali chimici.
I ricercatori hanno recentemente dimostrato che alcuni tipi di
cellule staminali del mesenchima potrebbero avere anche maggiore flessibilità di sviluppo in vivo. Se iniettate nell’embrione di
topo, queste cellule si differenziano trasformandosi nella maggior
parte dei tipi cellulari individuati nei topi. Nel 2005, i ricercatori
della Johns Hopkins University iniziarono quella che si credeva
fosse la prima sperimentazione clinica negli Stati Uniti di cellule
staminali mesenchimatiche adulte per rigenerare i muscoli danneggiati da un attacco cardiaco. I risultati della sperimentazione,
che ha usato una tecnologia sperimentale di OSIRIS Therapeutics, erano promettenti, anche se si trattava solo di uno studio di
Fase I per la sicurezza. Il 42% dei pazienti in terapia ha trovato un
miglioramento nella loro condizione a 6 mesi, contro solo l’11%
dei pazienti trattati con placebo.
Un altro approccio allo sviluppo di terapie basate sulle cellule
prende una strada diversa. Piuttosto che determinare gli eventi
molecolari che trasformano una cellula staminale in un tipo di
cellula specifica, gli scienziati stanno studiando il processo di
dedifferenziazione.
LA LEZIONE DEL CLONAGGIO:
LA DEDIFFERENZIAZIONE È POSSIBILE
Gli studiosi avevano supposto che una cellula animale specializzata non si sarebbe potuta riconvertire in una cellula non
specializzata, cioè una cellula staminale embrionale (è interessante notare che le cellule vegetali specializzate mantengono le
potenzialità di de-specializzarsi). Hanno ipotizzato che un gene
che veniva spento durante il processo di differenziazione non
potesse essere riattivato. La nascita di Dolly ha dimostrato che
questa ipotesi era sbagliata. Con un procedimento conosciuto
come trasferimento nucleare delle cellule somatiche (somatic cell
nuclear transfer – SCNT), il nucleo di una cellula completamente
differenziata del corpo (somatica) è stata inserito in un ovulo, e la
sua identità di nucleo di una cellula della mammella della pecora
adulta è stata azzerata. L’ovulo si è sviluppato in Dolly.
La nascita di Dolly attraverso SCNT ha dimostrato che la
programmazione genetica di un nucleo derivante da una cellula
somatica specializzata può essere cancellata e riprogrammata in
vitro introducendolo in una cellula uovo. L’ovulo si sviluppa in
un embrione di 5-6 giorni che è geneticamente identico all’animale che ha fornito il nucleo, e le cellule prelevate dall’embrione
possono svilupparsi in qualsiasi tipo cellulare dell’animale.
Dopo che la SCNT ha dimostrato che si possono generare
cellule staminali embrionali contenenti materiale genetico
indifferenziato da cellule adulte di alcuni animali, si è ipotizzato
di sviluppare tecniche simili per utilizzare il materiale genetico di
un paziente umano per sviluppare le cellule e i tessuti sostitutivi
per lo stesso paziente a scopo terapeutico. Questa idea viene
definita clonazione terapeutica.
Attualmente stanno emergendo altre possibilità per la dedifferenziazione e le ridifferenziazione cellulare. Per esempio, le cellule
di sangue differenziate, quando non vengono alimentate, si
riconvertono in una condizione simile a cellule staminali. Grazie
alle opportune manipolazioni, gli scienziati hanno convertito tali
cellule in cellule nervose ed epatiche e perfino in vasi sanguigni,
formati da due tipi cellulari con funzioni molto differenti: cellule
muscolari per la contrazione e cellule che rivestono la superficie
interna per il trasferimento di sostanze all’interno ed all’esterno
del sangue. Inoltre, gli scienziati hanno stabilito condizioni per
dedifferenziare un tipo di cellula nervosa molto specializzata in
un tipo di cellula staminale neurale. Le cellule staminali neurali
sono state poi riprogrammate in molti altri tipi di cellule del
sistema nervoso.
Nel 2005, gli scienziati dell’Università di Harvard hanno creato
con successo cellule simili alle ESCs fondendo una cellula
epidermica umana con una ESC. La cellula ibrida risultante
era dedifferenziata e simil-ESC. Due anni più tardi, i ricercatori
dell’Università del Wisconsin, Madison, e dell’Università giapponese di Kyoto hanno riprogrammato con successo le cellule
epidermiche in cellule indistinguibili dalle cellule staminali
embrionali – senza utilizzare cellule uovo o ESCs come materiale
di partenza. Hanno invece utilizzato differenti combinazioni di
geni per innescare la dedifferenziazione.
I ricercatori hanno notato che il lavoro con le cellule staminali
embrionali rimane critico. In questo settore scientifico così
recente, è semplicemente troppo presto per comprendere quali
tecniche si dimostreranno più efficaci nelle applicazioni mediche.
COMPRENDERE LA FUNZIONE GENICA
I processi cellulari descritti precedentemente – crescita, proliferazione, differenziazione, apoptosi – e molti altri ancora, vengono
portati avanti e controllati dalle proteine. Le proteine sono gli
attori molecolari che regolano e guidano ogni piccolo passo
dell’intero processo.
Comprendere i dettagli dei processi cellulari, sia di organismi
sani che malati, significa comprendere le proteine. Poiché i geni
contengono l’informazione per produrre le proteine, comprendere le proteine significa comprendere la funzione del gene. Gli
strumenti biotecnologici danno agli scienziati innumerevoli opportunità per studiare la funzione del gene. Qui viene presentata
solo una piccola parte dei modi in cui le biotecnologie consentono ai ricercatori di indagare la base genetica delle funzioni
cellulari.
Clonaggio molecolare
Se gli scienziati avessero votato per lo strumento
di ricerca biotecnologica più importante, è
molto probabile che avrebbe vinto la clonazione
molecolare.
Guida alle Biotecnologie
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Se gli scienziati avessero votato per lo strumento di ricerca
biotecnologica più importante, è molto probabile che avrebbe
vinto la clonazione molecolare. Direttamente o indirettamente,
la clonazione molecolare è stata la principale forza motrice della
rivoluzione biotecnologica ed ha permesso ad importanti scoperte di diventare metodi di routine. Le scoperte della ricerca rese
possibili grazie alla clonazione molecolare includono identificare, localizzare e caratterizzare geni, creare mappe genetiche e
sequenziare interi genomi, associare geni con i caratteri e determinare la base molecolare di quel carattere.
La clonazione molecolare richiede l’inserimento di un nuovo
frammento di DNA in una cellula in modo da poter essere conservato, replicato e studiato. Per conservare il nuovo frammento
di DNA gli scienziati lo inseriscono in un filamento di DNA
circolare chiamato plasmide, che protegge il nuovo frammento
dagli enzimi che si trovano in tutte le cellule che degradano il
DNA. Poiché il frammento di DNA è inserito o ricombinato con
il DNA plasmide, il clonaggio molecolare è un tipo di tecnologia
di DNA ricombinante.
Il nuovo DNA, ora parte di una molecola ricombinante, si replica
ogni volta che la cellula si divide. Nel clonaggio molecolare,
la parola clone si può riferire al nuovo frammento di DNA, al
plasmide contenente il nuovo DNA o alla collezione di cellule od
organismi, come i batteri, che contengono il nuovo frammento
di DNA. Poiché la divisione cellulare aumenta, o “amplifica”, la
quantità di DNA disponibile, il clonaggio molecolare fornisce ai
ricercatori quantità illimitate di uno specifico pezzo di materiale
genetico da manipolare e studiare.
In aggiunta alla generazione di molte copie di frammenti di materiale genetico identici, il clonaggio molecolare consente anche
agli scienziati di suddividere i genomi in dimensioni gestibili.
Perfino il genoma (materiale genetico totale di un organismo)
più semplice non è pratico per studiare singoli geni. Per creare
pacchetti di materiale genetico di dimensioni più adatte a studi
come il sequenziamento ed il mappaggio genico, gli scienziati
suddividono i genomi in migliaia di pezzi ed inseriscono ogni
frammento in diverse cellule. Questa collezione di cellule che
contiene l’intero genoma di un organismo viene chiamata “libreria di DNA” (DNA library). Poiché l’identificazione e il mappaggio dei geni dipendono dalle “librerie di DNA” create attraverso
il clonaggio molecolare, “clonare” può anche significare identificare e mappare un gene.
Una delle principali applicazioni del clonaggio molecolare consiste nell’identificare il prodotto proteico di un particolare gene
ed associare quella proteina alla comparsa di un certo carattere.
Sebbene questo sia utile per rispondere ad alcune domande, i
geni non agiscono quando sono isolati l’uno dall’altro. Per capire
30
Guida alle Biotecnologie
a fondo la funzione del gene, è necessario monitorare l’attività di
molti geni contemporaneamente. La tecnologia dei microarray
fornisce questa possibilità.
Tecnologia dei microarray
Con la tecnologia dei microarray, i ricercatori possono avere informazioni sulla funzione di un gene monitorando l’espressione
di centinaia o migliaia di geni allo stesso tempo. Per esempio, un
microarray con 12.000 geni ha permesso ai ricercatori di identificare i circa 200 geni che, in base ai loro profili di espressione
genica, distinguono le cellule staminali da quelle differenziate.
Monitorare simultaneamente i cambiamenti nella funzione dei
geni chiarirà molte funzioni biologiche di base. Per esempio, gli
scienziati stanno utilizzando i microarray per osservare i cambiamenti nell’attività dei geni che sopravvengono quando delle
cellule normali si trasformano in cancerose ed iniziano a proliferare. Oltre a fornire informazioni sulle possibili cause del cancro,
questo tipo di indicazione può fare luce sui geni che permettono
ad una cellula di sapere quando è il momento di dividersi.
I microarray che contengono diversi tipi di tessuto ci permettono
di determinare i differenti geni che sono attivi in differenti tessuti. Riuscire a collegare un gene attivo ad un determinato tipo di
tessuto può dare indicazioni ai ricercatori sulla sua funzione. Per
esempio, un gene vegetale attivo nelle foglie ma non nelle radici
o nei semi potrebbe essere coinvolto nella fotosintesi.
Differenti condizioni ambientali possono anche influire
sull’espressione di un gene. I ricercatori sottopongono le piante
a stress come freddo e siccità, e poi utilizzano la tecnologia dei
microarray per identificare i geni che rispondono dando inizio
alla sintesi di proteine. I ricercatori stanno anche confrontando
l’attività genica dei microrganismi che vivono in ambienti inquinati con quelli di microrganismi in ambienti incontaminati per
identificare geni che demoliscono gli inquinanti ambientali (per
maggiori approfondimenti sui microarray, vedi pagina 25).
Antisenso e RNA interference
Un altro approccio per studiare le relazioni tra geni, proteine e
caratteri implica il blocco dell’espressione dei geni e la valutazione dei cambiamenti biochimici o delle modifiche visibili. Gli
scienziati utilizzano la tecnologia antisenso per bloccare i geni
selettivamente. Le molecole antisenso sono piccoli pezzi di DNA
(o, più spesso, del suo parente stretto, RNA) che impediscono la
produzione della proteina codificata nel DNA bloccato.
Un metodo affine per silenziare i geni, che però segue un meccanismo differente, è conosciuto come interferenza dell’RNA
(RNAi). La tecnologia antisenso utilizza un singolo filamento di
DNA o RNA per bloccare fisicamente la produzione di proteine
dallo stampo (template) di RNA. Nella tecnica dell’RNAi, l’aggiunta di piccoli pezzi di RNA a doppio filamento ad una cellula
innesca un processo che finisce con la degradazione enzimatica
dell’RNA stampo. L’RNAi, scoperto fortuitamente nelle piante
durante gli anni ’90, sembra essere un meccanismo naturale che
di fatto tutti gli organismi usano per difendere il proprio genoma
dall’invasione dei virus. Terapie RNAi sono attualmente sottoposte a test clinici.
Bloccare in maniera mirata le funzioni di singoli geni
per determinare la funzione del gene può fornire
importanti informazioni sui processi cellulari.
Bloccare in maniera mirata le funzioni di singoli geni per determinare la funzione del gene può fornire importanti informazioni
sui processi cellulari. La maggior parte dei processi cellulari sono
strutturati come percorsi che consistono di piccoli step biochimici. Alcune volte i percorsi assomigliano ad una complessa reazione a catena in cui una proteina innesca cambiamenti in un’altra
proteina. Altre volte, il percorso consiste in una sequenza di
reazioni catalizzate da enzimi, nelle quali ogni enzima (proteina)
modifica leggermente una molecola, trasferendola poi all’enzima
successivo. La manifestazione fisica di un certo carattere o malattia è l’apice di molte o tutte queste fasi.
Knockout genici
nostre possibilità di ricerca nel campo della patologia delle malattie si sono allargate enormemente da quando abbiamo appreso di
più circa le cause genetiche delle malattie, sviluppato metodi di
knockout di specifici geni ed abbiamo imparato come mantenere
colture di cellule staminali embrionali. Utilizzando questo insieme
di tecnologie, i ricercatori hanno creato modelli animali di malattie
come l’Alzheimer, l’invecchiamento, il cancro, il diabete, l’obesità,
malattie cardiovascolari e malattie autoimmunitarie. Utilizzando
il trasferimento nucleare e la coltura di cellule staminali embrionali, gli studiosi dovrebbero essere in grado di sviluppare modelli
animali di malattie per molte altre specie.
Mettere insieme i pezzi: le discipline
“omiche” ed i loro strumenti
I potenti mezzi di ricerca della biotecnologia hanno incentivato
un progresso veloce per scoperte scientifiche di base. Hanno
reso i ricercatori in grado di separare i processi genetici e cellulari
in modo così dettagliato che stiamo iniziando a comprendere il
livello più basilare dei sistemi biologici: il livello molecolare. Ma
gli organismi biologici non operano come frammenti molecolari
indipendenti. L’unica strada per capire davvero gli organismi è
quella di riassemblare questi pezzetti in sistemi e reti che interagiscono tra di loro.
Questa esigenza di assemblare scoperte separate in un unico
quadro ha portato alla nascita di molte discipline cosiddette
“omiche”: genomica, proteomica, metabolomica, immunomica e
trascrittomica. Questi percorsi di ricerca tentano di integrare l’informazione in interi sistemi piuttosto che focalizzarsi su componenti individuali isolate le une dalle altre. Le biotecnologie sono
strumenti importanti per questi sforzi, ma anche l’informatica è
ugualmente essenziale per permette di integrare i dati molecolari
in un insieme coerente.
Uno dei più potenti strumenti di ricerca della biotecnologia
per chiarire la funzione del gene sono le mutazioni mirate, o
i knockout genici. Eliminando uno specifico gene, otteniamo
informazioni importanti circa il ruolo di quel gene nell’espressione di una certa proteina. Quando la tecnologia knockout genica
si combina con la nostra abilità di ottenere animali geneticamente identici dalle cellule in coltura, possiamo determinare
come l’assenza di una proteina influisca sull’intero organismo.
Gli scienziati hanno creato una grande varietà di colonie di topi
geneticamente identici con geni knockout specifici per studiare
i processi di regolazione genica, di riparazione del DNA e di
sviluppo dei tumori.
I settori di ricerca descritti in seguito collegano le scoperte scientifiche della biologia cellulare e molecolare con le loro applicazioni commerciali.
Per anni gli scienziati hanno usato modelli animali di malattia per
comprendere la patofisiologia delle malattie negli esseri umani. Le
Il campo della genomica strutturale include la costruzione e
comparazione di diversi tipi di mappe genomiche e il sequenzia-
GENOMICA
La genomica è lo studio scientifico del genoma e del ruolo che
giocano i geni, individualmente e collettivamente, nel determinare la struttura, nel dirigere la crescita e lo sviluppo, e nel controllare le funzioni biologiche. Si divide in due branche: la genomica
strutturale e la genomica funzionale.
Genomica strutturale
Guida alle Biotecnologie
31
mento di DNA su larga scala. Il Progetto Genoma Umano ed il
meno famoso Programma di Ricerca sul Genoma Vegetale sono
ricerche di genomica strutturale su vasta scala. In aggiunta al
mappaggio ed al sequenziamento del genoma, l’obiettivo della
ricerca in genomica strutturale è la scoperta, la localizzazione e la
caratterizzazione di geni.
I progetti di genomica strutturale, sia pubblici sia privati, hanno
prodotto le mappe genomiche e le sequenze complete di DNA di
molti organismi, incluse piante coltivate e i loro patogeni, batteri
e virus che causano malattie, lieviti essenziali nelle lavorazioni
alimentari e nelle fermentazioni industriali, batteri azotofissatori, il parassita della malaria e la zanzara che lo trasmette, e
i microrganismi che usiamo per produrre una grande varietà di
prodotti industriali. Inoltre, nella primavera del 2003, il Progetto
Genoma Umano è stato completato (abbozzi del genoma erano
stati completati nel 2000). Poiché tutti gli organismi viventi
hanno un patrimonio genetico e possono tradurre in funzione
biologica le informazioni genetiche derivanti da molti organismi
diversi, ciascun “progetto genoma” è in grado di fornire informazioni agli altri e qualsiasi gene scoperto grazie a questi progetti
potrebbe avere una larga applicazione in molti settori industriali.
Conoscendo le sequenze complete o parziali di DNA di determinati geni o marcatori si possono fornire informazioni utili
ai ricercatori, anche se i dettagli precisi della funzione del gene
rimangono sconosciuti. Per esempio, i dati di sequenza possono
da soli:
●
aiutare i coltivatori a seguire caratteri specifici in un programma di incroci e testare per l’ereditarietà senza dover coltivare le
piante fino alla maturità riproduttiva;
●
essere usati per isolare specifiche molecole ricombinanti o
microrganismi con caratteri biochimici unici;
●
identificare i geni coinvolti in caratteri complessi, che sono
controllati da molti geni e quelli che hanno una componente
ambientale;
●
rilevare contaminanti microbici in colture cellulari.
Genomica funzionale
Sebbene sequenziare interi genomi e scoprire e mappare i geni
rappresentano conquiste davvero notevoli, questi sono solo le
prime tappe nella rivoluzione della genomica. Le sequenze dei
geni e i dati di mappaggio significano poco se non determiniamo questi geni cosa fanno, come sono regolati, e come l’attività
di uno influenzi gli altri. Questa disciplina, conosciuta come
genomica funzionale, consente ai ricercatori di navigare nella
complessa struttura del genoma umano e di trovare un senso al
suo contenuto.
32
Guida alle Biotecnologie
Gli studi dimostrano che i genomi dei mammiferi hanno
all’incirca lo stesso numero di geni e, in alcuni casi, specie meno
complesse dei mammiferi hanno un numero di geni più alto.
Non è, d’altra parte, il numero di geni ad essere importante per
comprendere le differenti specie; piuttosto, sono le differenze di
composizione, funzionali, chimiche e strutturali a determinare la
varietà.
L’analisi evoluzionistica sta emergendo come strumento molto
importante per la comprensione della funzione e delle interazioni di geni all’interno del genoma. Gli evoluzionisti molecolari
usano le tecniche di genomica comparativa e la bioinformatica
per analizzare il numero di cambiamenti che le sequenze di
DNA subiscono durante l’evoluzione. Utilizzando questi dati,
i ricercatori possono riconoscere importanti regioni funzionali
all’interno dei geni e persino costruire una cronologia molecolare dell’evoluzione delle specie.
Il moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) si è dimostrato un modello di inestimabile valore nello studio dei geni
ereditari. Le caratteristiche che rendono questo piccolo moscerino utile alla ricerca sono la resistenza, la grande disponibilità
ed il breve tempo di generazione. Così, sono a disposizione
una notevole quantità di studi e di dati prodotti dallo studio del
moscerino della frutta. I ricercatori del Centro per la Genomica
Evoluzionistica Funzionale dell’Arizona Biodesign Institute
hanno sviluppato “FlyExpress”, uno strumento informatico su
web che utilizza processori di immagine e tecniche di database
molto sofisticate. Grazie a questo sistema, i ricercatori possono
analizzare rapidamente i profili di espressione dei geni in banche
di immagini di embrioni.
PROTEOMICA
I geni esercitano le loro funzioni attraverso le proteine; l’espressione di un gene è la produzione di una proteina. Questa attività
nelle cellule viventi avviene in quantità incredibile, 24 ore su 24.
Una cellula può produrre migliaia di proteine, ognuna con una
specifica funzione. L’insieme di proteine in una cellula è nota
con il nome di proteoma, e la proteomica è lo studio della struttura, della funzione, della localizzazione e dell’interazione delle
proteine all’interno e tra le cellule. La raccolta di proteine di un
intero organismo è anche chiamato il proteoma (per esempio, il
proteoma umano).
La struttura di una molecola proteica è molto più complessa
rispetto a quella del DNA, che è una molecola lineare composta
solo da quattro nucleotidi. I nucleotidi del DNA – in sequenze
di tre chiamate codoni – codificano per 20 aminoacidi, che sono
i mattoni delle proteine. Come il DNA, le proteine sono costruite in una catena lineare, ma gli aminoacidi formano legami
complessi che fanno ripiegare la catena in forme complicate e
intricate. Queste conformazioni sono essenziali alla funzione di
ciascuna proteina.
Sappiamo che la sequenza degli aminoacidi influisce sulla conformazione che la proteina assume, ma non abbiamo ancora chiarito
tutte le leggi che governano il processo di ripiegamento. Questo
significa che quella conformazione o funzione della proteina generalmente non è prevedibile dalla sequenza aminoacidica.
Per aumentare la complessità, le proteine subiscono modificazioni dopo essere state prodotte (chiamate modificazioni posttraduzionali). Queste influiscono allo stesso modo sulla forma
e la funzione della proteina, aiutando a spiegare come i 25.000
geni umani del genoma possano produrre le centinaia di migliaia
di proteine che compongono il proteoma umano.
A differenza del genoma che non è variabile, il proteoma di un
organismo è così dinamico che esiste una quasi infinita varietà di
combinazioni di proteine. Il proteoma varia da un tipo cellulare
all’altro, da un anno all’altro, e perfino da un momento all’altro.
Il proteoma cellulare cambia in risposta ad altre cellule nel corpo
ed alle condizioni ambientali esterne. Un singolo gene può
codificare per differenti versioni di una proteina, ognuna con una
diversa funzione.
Quando è iniziato il Progetto Genoma Umano, il primo compito
che i ricercatori si assunsero fu di sviluppare gli strumenti necessari per raggiungere gli obiettivi del progetto. Allo stesso modo,
gli studiosi di proteomica stanno elaborando gli strumenti per
affrontare molti obiettivi della proteomica, come:
●
catalogare tutte le proteine prodotte dai diversi tipi cellulari;
●
determinare come l’età, le condizioni ambientali e le malattie
influiscano sulle proteine che una cellula produce;
●
scoprire le funzioni di queste proteine;
●
seguire la progressione di un processo, come lo sviluppo di una
malattia, le fasi di un processo di infezione o la risposta biochimica di una coltivazione all’attacco di un insetto, monitorando
i cambiamenti nella sintesi delle proteine;
●
scoprire come una proteina interagisca con altre proteine
all’interno della cellula e all’esterno alla cellula.
BIOINFORMATICA E BIOLOGIA DEI SISTEMI
La biotecnologia, come la conosciamo oggi, sarebbe impossibile
senza computer ed internet. Il linguaggio condiviso dei computer permette ai ricercatori di tutto il mondo di contribuire e accedere ai dati biologici; il linguaggio universale della vita consente
collaborazioni tra gli scienziati che studiano una pianta, animale
o microrganismo.
Una delle più formidabili sfide che oggi affrontano i ricercatori
riguarda l’informatica: come dare un senso alla grandissima quantità
di dati prodotti dai potenti strumenti di ricerca e dalle tecniche della
biotecnologia. I problemi principali sono: come raccogliere, conservare e recuperare informazioni; gestire dati in modo da potervi accedere senza le difficoltà date dalla localizzazione e dalla compatibilità;
fornire una forma di analisi dei dati unificata; e sviluppare metodi
per rappresentare visivamente dati molecolari e cellulari.
La tecnologia bioinformatica utilizza gli strumenti computazionali dell’informatica – come software statistici, simulazioni grafiche, gestione di database e algoritmi – per organizzare, accedere,
processare ed integrare dati che derivano da fonti diverse.
La bioinformatica consiste, generalmente, di due branche. La
prima si occupa della raccolta, conservazione, accesso e visualizzazione dei dati; la seconda si focalizza più sull’integrazione,
l’analisi e la modellizzazione dei dati e spesso viene chiamata
biologia computazionale.
La biologia sistemica è il ramo della biologia che
usa i dati biologici per creare modelli predittivi
di processi cellulari, di percorsi biochimici e, in
definitiva, di interi organismi.
La biologia sistemica è il ramo della biologia che usa i dati biologici per creare modelli predittivi di processi cellulari, di percorsi
biochimici e, in definitiva, di interi organismi. Gli studiosi di
biologia sistemica sviluppano una serie di modelli matematici
per chiarire la totale complessità delle interazioni nei sistemi
biologici. Solo con biosimulazioni iterative al computer diventeremo capaci di sviluppare un quadro completo del sistema che
stiamo studiando. A dimostrazione di quanto siano diventati
essenziali i computer per i laboratori di biotecnologia, l’espressione in silico si è aggiunta a in vivo ed in vitro, come descrizione
delle condizioni sperimentali.
Nel corso del tempo i prodotti biotecnologici si focalizzeranno
su sistemi e percorsi, piuttosto che su singole molecole o singoli
geni. La bioinformatica sarà essenziale per ogni fase della ricerca,
dello sviluppo e della commercializzazione di un prodotto.
Guida alle Biotecnologie
33
BIOLOGIA DI SINTESI
Ora che gli scienziati hanno diviso il genoma in parti, saranno
in grado di rimettere insieme tutto? La biologia di sintesi, a volte
descritta come l’inverso della biologia sistemica, cerca proprio di
assemblare genomi e interi organismi. I biologi di sintesi stanno
lavorando per:
●
sviluppare una serie di “pezzi standard” che possono essere
usati (e riusati) per costruire sistemi biologici;
●
reingegnerizzare e ridisegnare parti biologiche;
●
reingegnerizzare e ridisegnare un batterio naturale “semplice”.
La ricerca avanza velocemente. Nel 2002, i ricercatori della Stony
Brook University di New York hanno sintetizzato il virus della
polio. Tre anni più tardi, presso l’Istituto di Patologia dell’Esercito americano è stato sintetizzato il virus responsabile della
pandemia influenzale del 1918.
I biologi sintetici stanno anche cercando di costruire organismi
in grado di creare energia e medicinali. Un progetto per sviluppare un ceppo batterico per produrre un precursore del farmaco per
la malaria ha ricevuto più di 40 milioni di dollari di finanziamento dalla Gates Foundation.
All’inizio del 2006, il dottor Jay Keasling, direttore del Berkeley
Center for Synthetic Biology, ha ingegnerizzato un lievito contenente geni di batteri e di assenzio in una “fabbrica chimica” per
produrre un precursore dell’artemisinina, il più efficace e costoso
farmaco anti-malarico.
I ricercatori dell’Howard Hughes Medical Institute e della Yale
University hanno utilizzato le tecniche della biologia di sintesi
per costruire proteine che non esistono in natura. Hanno costruito queste proteine utilizzando beta-aminoacidi, i quali sono diversi dagli alfa-aminoacidi che compongono le proteine naturali.
Le loro proteine sintetiche sono stabili come quelle naturali, ma
sono nettamente più vantaggiose: non possono essere degradate
dagli enzimi o essere bersaglio del sistema immunitario, per cui
queste beta-proteine potrebbero essere usate in futuro come
base per farmaci che potrebbero rivelarsi più efficaci rispetto ai
medicinali che contengono proteine naturali.
Il prossimo passo: utilizzare nuove
conoscenze per sviluppare prodotti
La sola comprensione dei sistemi biologici non basta, e questo
è particolarmente vero per la medicina. Le aziende devono
tradurre l’informazione ottenuta dalla ricerca di base, genomica
e proteomica, in prodotti utili. Gli strumenti e le tecniche della
34
Guida alle Biotecnologie
biotecnologia sono utili non solo nella scoperta di prodotti ma
sono anche utili in tutto il processo di sviluppo.
LA SCOPERTA DI PRODOTTI
L’importante sfida che affrontano molti settori dell’industria
biotecnologica riguarda come accelerare il processo che porta
alla scoperta dei prodotti. Molti credono che l’attuale tecnologia
possa ridurre sensibilmente il tempo necessario per scoprire un
farmaco. Inoltre, le biotecnologie stanno creando gli strumenti
per individuare i composti vincenti ad uno stadio precoce del
processo.
Per esempio, poiché gli scienziati conoscono da molto tempo
le sequenze aminoacidiche dell’insulina e dell’ormone della
crescita, è stato possibile produrre versioni ricombinanti a scopi
commerciali relativamente presto dopo l’avvento della tecnologia. Scoprire proteine endogene, che stimolano il sistema immunitario e la produzione di globuli rossi, ha portato rapidamente
al loro utilizzo a scopi terapeutici. Altra ricerca di base ha portato
alla scoperta di nuovi prodotti, come gli enzimi per le trasformazioni alimentari o la produzione industriale e i microrganismi
con una biochimica nuova per demolire o sintetizzare molecole.
Inoltre, conoscere anche solo frammenti di sequenze di DNA di
alcuni geni può fornire prodotti utili anche senza conoscere la
funzione del gene o della proteina che codificano. Tra le scoperte
di nuovi prodotti basati esclusivamente su dati sulla sequenza del
DNA, acquisiti attraverso la genomica strutturale, sono incluse,
ad esempio:
●
strumenti diagnostici per malattie di piante, animali ed esseri
umani;
●
test per identificare la presenza di prodotti alimentari geneticamente modificati;
●
molecole antisenso per bloccare l’espressione genica;
●
test per identificare predisposizioni genetiche ad alcune malattie;
●
test per contaminanti microbici in prodotti alimentari o in
sangue donato;
●
test per ceppi farmaco-resistenti di HIV o altri patogeni;
●
farmaci su base genetica, come vaccini a DNA e terapie geniche.
In genere, però, l’informazione raccolta dagli studi di genomica
strutturale e funzionale, di proteomica e di biologia di base favorisce la scoperta di nuovi prodotti contribuendo alla comprensione della biologia di base del processo che vogliamo controllare
o modificare. Comprendere il processo porta a prodotti nuovi
e migliori, e, a volte, suggerisce nuovi usi di vecchi prodotti. Per
esempio, comprendere le basi molecolari del colesterolo alto
nel sangue e del diabete, così come il meccanismo molecolare
di azione dei farmaci a base di statina, porta molti ricercatori a
credere che quelle statine (progettate per ridurre il livello di colesterolo) potrebbero aiutare anche le persone affette da diabete.
I benefici che questo livello di comprensione più profondo ha
portato nel campo della scoperta di nuovi prodotti si applicano
a tutti i settori industriali che usano le biotecnologie: produzioni
farmaceutiche, di diagnostici, agricole, di trasformazioni alimentari, silvicoltura e manifattura industriale. L’applicazione delle
biotecnologie in campo medico mostra come la comprensione
dei dettagli molecolari favorisce la scoperta dei prodotti.
Nuovi target
Lo smantellamento dei pathway e dei processi delle malattie nelle loro componenti molecolari e genetiche permette di evidenziare il punto esatto del malfunzionamento, quindi, il punto in
cui è necessario intervenire terapeuticamente. Spesso, il composto terapeutico derivante dalle biotecnologie non sarà un gene,
una proteina o un qualsiasi tipo di molecola biologica, tuttavia il
target terapeutico sarà sempre un gene o una proteina.
Avere informazioni sulla struttura e la funzione
dei geni e delle proteine coinvolte permette una
ricerca più razionale delle molecole utili senza dover
procedere per tentativi – di qui l’espressione rational
drug design (progettazione razionale di farmaci).
Conoscere tutti gli attori molecolari ci consente di monitorare,
modulare o bloccare target multipli; ogni fase di un processo
complesso è un possibile punto di azione.
Per esempio, abbiamo individuato la cascata di eventi che caratterizza la morte cellulare programmata (apoptosi), e ora sappiamo che la chemioterapia e la radioterapia inducono l’apoptosi.
Quindi, i tumori che resistono ai trattamenti di chemioterapia e
di radiazioni hanno alterazioni nel loro meccanismo di apoptosi.
Individuare le molecole coinvolte nell’apoptosi dovrebbe portare
a nuove terapie per i tumori resistenti.
Grazie alla genomica e alla proteomica, gli scienziati possono
individuare non solo il bersaglio molecolare, ma anche localizzare il “centro del bersaglio”, che si colloca normalmente in uno
o pochi siti all’interno della molecola proteica. Il nuovo settore
della chimica genomica ci permette di identificare piccole molecole inorganiche che si legano a questi siti. Queste piccole molecole
possono essere prese da una collezione di molecole costruite
Guida alle Biotecnologie
35
meticolosamente dai chimici da decenni, oppure potrebbero essere prodotte da una tecnologia relativamente nuova che utilizza
la robotica per generare milioni di composti chimici in processi
paralleli: la chimica combinatoria.
Sviluppo del Prodotto
Genomica, proteomica, tecnologia dei microarray, colture
cellulari, tecnologia degli anticorpi monoclonali e ingegneria
proteica sono solo alcune delle biotecnologie utilizzate nelle fasi
di sviluppo di un prodotto. Comprendere le basi molecolari di
un processo di interesse permette che molti prodotti possano
essere testati nelle cellule, con risparmio di tempo e denaro per
le aziende e con risultati migliori. Per esempio, le aziende che
si occupano di biotecnologie agrarie, che stanno sviluppando
piante resistenti agli insetti, possono misurare la quantità di proteina con funzione protettiva che una cellula vegetale produce
ed evitare di dovere portare le piante a maturazione. Le aziende
farmaceutiche possono usare colture cellulari e la tecnologia dei
microarray per valutare la sicurezza e l’efficacia dei farmaci e per
individuare precocemente nel processo di sviluppo del farmaco
gli effetti collaterali indesiderati.
Inoltre, modificando geneticamente gli animali per produrre
target di proteine terapeutiche o sviluppare modelli animali transgenici avanzati per le malattie umane, possiamo imparare di più
sugli effetti dei farmaci in vivo, prima che vengano sperimentati
sugli essere umani. Queste tecnologie possono aiutare le aziende
ad identificare velocemente i migliori tra i possibili composti
medicinali.
Spesso una singola tecnologia può essere usata in molti stadi
dei processi di sviluppo. Ad esempio, un piccolo frammento di
DNA, che viene usato in laboratorio per localizzare un gene nel
genoma di un patogeno di una pianta, potrebbe essere utilizzato
in un test diagnostico per quel patogeno. Un anticorpo monoclonale sviluppato per identificare una molecola (lead) per una terapia, potrebbe essere usato per estrarre e purificare un composto
terapeutico in fase di produzione su larga scala.
Prodotti mirati
Conoscere approfonditamente la biologia molecolare porta allo
sviluppo di prodotti altamente specifici. Per esempio, poiché
36
Guida alle Biotecnologie
oggi conosciamo il ciclo cellulare e l’apoptosi, abbiamo maggiore
possibilità di sviluppare prodotti basati su questi processi per
curare le malattie. Tutti i tipi di cancro nascono da moltiplicazione incontrollata di cellule e le malattie autoimmuni da un difetto
nell’apoptosi. I farmaci per curare queste malattie possono essere
indirizzati ad ognuna delle molecole o strutture cellulari coinvolte a monte dei processi cellulari. La genomica funzionale ha
fornito informazioni sui cambiamenti molecolari che avvengono
in cellule precancerose. Conoscendoli, possiamo mettere a punto
dei test di rivelazione per marcatori molecolari che indicano
l’insorgere del cancro prima di cambiamenti visibili della cellula
o prima che i sintomi si manifestino.
Molti agenti chemioterapici hanno come bersaglio proteine
attive durante la divisione cellulare, senza fare distinzione tra
cellule sane che si dividono frequentemente (come quelle che
producono capelli o le cellule del sangue) e cellule tumorali. Per
proteggere queste cellule sane, alcune aziende stanno sviluppando medicine che potrebbero fermare il ciclo cellulare delle
cellule sane prima di rilasciare la dose di chemioterapico.
Prodotti “su misura”
Stiamo entrando nell’era della medicina personalizzata in cui le
differenze genetiche tra i pazienti vengono riconosciute ed utilizzate per ideare trattamenti più efficaci. L’efficacia e la sicurezza di
una medicina spesso variano da un individuo all’altro. Usando i
dati acquisiti dalla genomica funzionale, saremo in grado di identificare le differenze genetiche che danno ai pazienti predisposizione a reazioni collaterali verso alcuni farmaci o che li rendono
adatti ad altri medicinali. La possibilità di adattare i composti
terapeutici in relazione al corredo genetico del paziente è nota
con il nome di farmacogenomica.
Così come non tutte le persone rispondono ad un farmaco nello
stesso modo, non tutti gli stadi o tipi di malattia sono uguali. I
medicinali specifici per gli stadi precoci di una malattia possono
non funzionare quando si è superato quello stadio. Alcune malattie lasciano impronte molecolari quando passano da uno stadio a
quello successivo. Altre hanno un’aggressività diversa a seconda
del paziente. La conoscenza del profilo molecolare fornisce ai
medici la possibilità di diagnosticare di quanto la malattia sia
progredita, o quanto sia aggressiva, e di scegliere la terapia più
appropriata.
Applicazioni
in ambito sanitario
G
li strumenti e le tecniche della biotecnologia aprono nuove
strade di ricerca per scoprire come funzionano i corpi sani
e cosa va storto quando arrivano i problemi. Conoscere le basi
molecolari della salute e della malattia porta a migliori metodi
per diagnosticare, trattare e prevenire le malattie. Nelle applicazioni in ambito sanitario, i prodotti biotecnologici includono
test diagnostici più veloci e accurati, terapie con meno effetti
collaterali e vaccini nuovi e più sicuri.
Strumenti diagnostici
Oggi si possono diagnosticare numerose malattie e rilevare
condizioni cliniche più velocemente e con maggiore accuratezza
grazie a nuovi strumenti diagnostici basati sulle biotecnologie.
Un esempio molto comune è il test di gravidanza ad uso domiciliare di nuova generazione che fornisce risultati più accurati e più
velocemente rispetto ai precedenti test. I test per infezioni alla
gola da streptococco e per molte altre malattie infettive forniscono i risultati in pochi minuti, permettendo di iniziare immediatamente la cura, mentre i test precedenti impiegavano due o tre
giorni.
Un esempio molto comune è il test di gravidanza ad
uso domiciliare di nuova generazione che fornisce
risultati più accurati e più velocemente rispetto ai
test precedenti.
Le biotecnologie hanno anche creato una gamma di nuovi test
genetici. Secondo genetests.org, un sito sponsorizzato dall’Università di Washington, oggi ci sono più di 1.200 test genetici ad
uso clinico. Molti servono a trovare malattie genetiche, mentre
altri sono test che individuano la predisposizione alla malattia.
Recenti applicazioni includono test per prevedere la risposta ai
farmaci o aiutano a pianificare diete alimentari.
In molti casi le biotecnologie hanno permesso di abbassare i costi
delle diagnosi. Un esame ematico sviluppato con le biotecnologie misura le lipoproteine a bassa densità (colesterolo “cattivo”)
in un unico test, senza richiedere il digiuno. Test a base biotecnologica per diagnosticare alcuni tumori, come il tumore alla
prostata e alle ovaie, effettuati su campioni di sangue, eliminano
la necessità di chirurgia invasiva e costosa.
Oltre a fornire mezzi diagnostici meno costosi, più accurati e veloci di prima, le biotecnologie permettono ai medici di diagnosticare precocemente le malattie, cosa che migliora notevolmente la
prognosi. I ricercatori della proteomica stanno portando questo
progresso ad uno stadio ulteriore identificando i marcatori molecolari dell’inizio della malattia prima che compaiano cambia-
menti cellulari visibili o prima che si manifestino i sintomi.
L’abbondanza di informazioni di genomica ora disponibile
aiuterà enormemente i medici a fare diagnosi precoci di malattie
come il diabete di tipo I, la fibrosi cistica, il morbo di Alzheimer
ad insorgenza precoce ed il morbo di Parkinson – malattie che
precedentemente erano identificabili solo dopo la comparsa
dei sintomi clinici. I test genetici potranno anche identificare i
pazienti con predisposizioni ad alcune malattie come diversi tipi
di cancro, osteoporosi, enfisema, diabete di tipo II e asma, fornendo ai pazienti l’opportunità di prevenire la malattia evitando
fattori di rischio come una dieta povera, il fumo e altri fattori
ambientali.
Alcuni test biotecnologici funzionano perfino come barriere per
la malattia – questi sono test usati per esaminare il sangue donato
per patogeni che causano l’AIDS, l’epatite ed altre infezioni.
I test a base biotecnologica stanno anche migliorando il modo
di fornire assistenza. Molti test diagnostici sono trasportabili,
così i medici fanno i test, interpretano i risultati e decidono la
cura al momento della visita. Inoltre, siccome molti di questi
test producono il risultato sotto forma di cambiamento di colore
(come avviene per il test di gravidanza), i risultati possono essere
interpretati senza personale tecnico addestrato, costose apparecchiature di laboratorio o infrastrutture, ampliando l’accesso alle
popolazioni più povere e ai paesi in via di sviluppo.
Agenti terapeutici
Le biotecnologie renderanno possibili sia versioni migliorate di
regimi terapeutici attualmente disponibili sia cure innovative. Gli
agenti terapeutici biotecnologici approvati dalla Food and Drug
Administration (FDA) sono usati per curare molte malattie o
condizioni, tra cui la leucemia ed altri tumori, l’anemia, la fibrosi
cistica, il deficit di crescita, l’artrite reumatoide, l’emofilia, l’epatite, le verruche genitali ed il rigetto da trapianto.
Guida alle Biotecnologie
37
Alcune aziende biotecnologiche stanno utilizzando le conoscenze biologiche emergenti, la capacità di progettazione razionale
dei farmaci e lo high-throughput screening (in grado di processare
un grande numero di campioni in un tempo molto ridotto) di
librerie chimiche, per trovare e sviluppare terapie con piccole
molecole spesso prodotte sotto forma di pillole. Altri si focalizzano su terapie biologiche come proteine, geni, cellule e tessuti
– tutti prodotti in sistemi viventi. Queste sono le terapie a cui la
gente pensa quando sente parlare di biotecnologia.
Le terapie discusse di seguito sono tutte basate sull’uso di sostanze biologiche e processi esistenti in natura. Alcuni utilizzano gli
strumenti propri del corpo umano per combattere le malattie.
Altri sono i prodotti naturali di piante o animali. Il processo di
produzione su larga scala per ottenere sostanze terapeutiche
biologiche si basa anche sui meccanismi naturali di produzione
molecolare.
I biotecnologi marini hanno scoperto organismi
contenenti composti che possono sanare le ferite,
distruggere i tumori, prevenire le infiammazioni,
alleviare il dolore ed uccidere i microrganismi.
PROTEINE TERAPEUTICHE RICOMBINANTI
Alcune malattie sono provocate dalla mancata o insufficiente
produzione di proteine di cui il corpo ha bisogno da parte di geni
difettivi. Oggi utilizziamo il DNA ricombinante e la tecnica di
coltura cellulare per produrre queste proteine. Alcune terapie di
sostituzione delle proteine sono:
●
fattore VIII – una proteina di coagulazione del sangue che
manca in alcuni emofiliaci. Commercializzata da molte aziende con diversi nomi commerciali;
●
insulina – un ormone che regola i livelli di glucosio nel sangue.
Il diabete insorge quando il corpo non può più produrre insulina (o non può più rispondere a questa). Commercializzata da
molte aziende con diversi nomi commerciali;
●
ormone della crescita umano – un ormone essenziale per
raggiungere l’altezza normale. Ai bambini con disordini della
crescita potrebbe essere prescritta una versione ricombinante
di questa proteina. Commercializzata da molte aziende con
diversi nomi commerciali;
●
beta-glucocerebrosidasi – una proteina la cui assenza causa la
malattia di Gaucher, una malattia genetica rara. In commercio
con il nome di Cerezyme®.
USARE PRODOTTI NATURALI COME AGENTI
TERAPEUTICI
Molti organismi viventi producono composti che hanno per
noi un valore terapeutico. Per esempio, molti antibiotici sono
prodotti da microrganismi presenti in natura, e molti medicinali
sul mercato, come la digitalis (usata per curare lo scompenso
cardiaco), sono prodotti dalle piante. Le colture di cellule vegetali, la tecnologia del DNA ricombinante e il clonaggio cellulare
ora ci forniscono nuovi mezzi per attingere all’eterogeneità della
natura.
Così, gli scienziati stanno studiando molte piante e animali come
fonti di nuovi farmaci. Le zecche e la saliva di pipistrello potrebbero fornire anticoagulanti, ed il veleno di alcune rane potrebbe
fornire nuovi analgesici. Un fungo produce un nuovo enzima
antiossidante che è particolarmente efficace per il “prosciugamento” di quei radicali liberi riconosciuti come agenti che favoriscono la crescita del tumore. Il Byetta® (exenatide) è stato copiato
chimicamente dal veleno della saliva di una grossa lucertola, nota
come il mostro di Gila, ed è stato approvato all’inizio del 2005
per la cura del diabete. PRIALT® (ziconotide), un medicinale per
il dolore approvato recentemente, è una versione sintetica di una
tossina prodotta da una lumaca marina del Sud Pacifico.
L’oceano presenta un habitat particolarmente ricco di potenziali
nuovi farmaci. I biotecnologi marini hanno scoperto organismi
contenenti composti che possono sanare le ferite, distruggere i
tumori, prevenire le infiammazioni, alleviare il dolore e uccidere
i microrganismi. I gusci dei crostacei marini, come gamberetti
e granchi, sono costituiti di chitina, un carboidrato che si sta
dimostrando essere un efficace mezzo per la somministrazione
dei farmaci.
38
Guida alle Biotecnologie
Altre proteine terapeutiche non curano una deficienza proteica
in sé. Piuttosto, introducono o aumentano i livelli di una proteina
per combattere un sintomo o il corso di una malattia. Per esempio, i pazienti anemici possono essere trattati con eritropoietina
ricombinante (Epogen® e Procrit®), che stimola la formazione di
globuli rossi. Ai pazienti che hanno avuto un infarto e ad alcuni
colpiti da ictus viene spesso somministrato un bolo di attivatore
tissutale del plasminogeno ricombinante per sciogliere i grumi di
sangue. Farmaci proteici possono risultare salvavita in condizioni
acute, ma sono anche usati per trattare malattie croniche come
l’artrite reumatoide, la malattia di Crohn e la sclerosi multipla.
ANTICORPI MONOCLONALI
Poiché gli anticorpi monoclonali sono strumenti molto precisi
per colpire i bersagli della malattia, risultano molto interessanti
come terapie specialmente per il cancro. Il primo anticorpo
monoclonale anticancro, Rituxan® (rituximab), è stato approvato
nel 1997 per il trattamento del linfoma non-Hodgkin. Da allora,
sono seguite molte altre terapie a base di anticorpi monoclonali,
tra cui:
●
Avastin® (bevacizumab), che si lega al fattore di crescita vascolare endoteliale (VEGF) e previene la sua interazione con
il recettore per il VEGF, che aiuta a stimolare la formazione
di vasi sanguigni, inclusi i vasi sanguigni dei tumori. Avastin è
stato approvato per il trattamento del cancro del colon-retto
con metastasi, del cancro del polmone non a piccole cellule e
del cancro al seno con metastasi;
●
Bexxar® (tositumomab), un coniugato di anticorpo monoclonale contro CD20 e dell’isotopo radioattivo dello iodio I-131.
È stato approvato per il trattamento del linfoma non-Hodgkin;
●
Campath® (alemtuzumab), che si lega alla CD52, una molecola
trovata sulla superficie dei globuli bianchi, e tratta la leucemia
linfocitica cronica a cellule B;
●
Erbitux® (cetuximab), che blocca un recettore del fattore di
crescita epidermico (EGFR), è stato approvato per il trattamento del tumore del colon-retto e del carcinoma squamoso
della testa e del collo;
●
Herceptin® (trastuzumab), che si lega al recettore HER2 per
trattare il cancro al seno;
●
Mylotarg® (gemtuzumab ozogamicin), che usa un anticorpo
monoclonale per il rilascio di un agente chemioterapico per
curare alcuni pazienti affetti da leucemia;
●
Zevalin® (ibritumomab tiuexetan) è, come il Bexxar, un coniugato di un anticorpo monoclonale con un isotopo radioattivo.
È stato approvato per il trattamento del linfoma non-Hodgkin.
Gli anticorpi monoclonali sono anche utilizzati per trattare i
disordini immuno-correlati, le malattie infettive e altre condizioni che possono essere curate bloccando una molecola o un
processo.
USARE I GENI PER CURARE MALATTIE
La terapia genica dà la possibilità di usare il DNA, o molecole
correlate, come l’RNA, per trattare le malattie. Per esempio, piuttosto che fornire una proteina mancante con iniezioni giornaliere, i medici potrebbero fornire al corpo del paziente un accurato
“manuale di istruzioni” – un gene non difettato – correggendo il
difetto genetico in modo che il corpo produca da solo le proteine. Altre malattie genetiche potrebbero essere curate utilizzando
piccoli frammenti di RNA per bloccare i geni mutati.
Solo alcune malattie genetiche sono suscettibili a correzioni con
terapia genica sostitutiva. Queste sono le malattie causate dalla
mancanza di una proteina, come l’emofilia e l’immunodeficienza
congenita grave. Alcuni bambini affetti da questa malattia sono in
trattamento con terapia genica e conducono una vita abbastanza
normale, sebbene la terapia sia stata correlata allo sviluppo della
leucemia. Le malattie ereditarie che possono essere causate dalla
produzione della proteina difettosa, come la malattia di Huntington, potrebbero essere curate bene con l’RNA che interferisce
con la produzione della proteina.
I ricercatori medici hanno anche scoperto che la terapia genica
può curare malattie diverse da quelle genetiche ereditarie. Hanno
usato geni introdotti per breve tempo (terapia genica transitoria),
come cura per un gran numero di tumori, malattie autoimmunitarie, insufficienza cardiaca cronica, disordini del sistema
nervoso e AIDS.
Alla fine del 2003, la Cina ha approvato la commercializzazione
del primo prodotto di terapia genica, Gendicine, che rilascia il
gene soppressore di tumore P53. Il prodotto cura il carcinoma
squamoso della testa e del collo, una forma di cancro particolarmente letale. I risultati dei test clinici furono notevoli: il 64% dei
pazienti sottoposto alla terapia genica, a cui sono state somministrate iniezioni settimanali per 2 mesi, ha mostrato una completa
regressione e il 32% ha avuto una parziale regressione. Con l’aggiunta di chemioterapia e radiazioni, i risultati furono migliorati
notevolmente, senza ricadute nei tre anni successivi.
TRAPIANTI DI CELLULE
Negli Stati Uniti, ogni giorno muoiono circa 18 persone in attesa
di organi per il trapianto. Per affrontare questo problema, gli
scienziati stanno studiando come usare le colture cellulari per
aumentare il numero di pazienti che possano trarre beneficio da
un unico donatore di organi. In uno studio, cellule epatiche in
coltura impiantate nei pazienti hanno tenuto in vita i malati fino
a quando si è reso disponibile un fegato. In altri studi, i pazienti
con diabete di tipo I sono stati trapiantati con cellule che producono insulina; il procedimento funziona bene per brevi periodi,
ma i risultati a medio termine sono stati deludenti.
Un paziente che riceve cellule da un donatore deve assumere
farmaci molto forti ogni giorno per prevenire l’attacco da parte
del sistema immunitario sulle cellule trapiantate. Questi medicinali hanno molti effetti collaterali; ciò ha stimolato i ricercatori a
trovare nuove soluzioni per tenere a bada il sistema immunitario.
Un metodo che si sta testando è l’incapsulazione cellulare, che
permette alle cellule di secernere ormoni o svolgere una specifica
funzione metabolica senza essere riconosciute dal sistema immunitario. Così potrebbero essere impiantate senza rigetto. Altri
ricercatori stanno ingegnerizzando geneticamente le cellule per
esprimere una proteina esistente in natura che disabilita selettivamente le cellule del sistema immunitario che si legano ad essa.
Altre condizioni che possono potenzialmente essere curate con
il trapianto di cellule sono la cirrosi, l’epilessia e il morbo di
Parkinson.
Guida alle Biotecnologie
39
XENOTRAPIANTO
Il trapianto di organo è una cura particolarmente efficace per
malattie gravi, potenzialmente mortali, del cuore, del fegato e di altri
organi. Comunque, la domanda di organi eccede di molto la disponibilità. Dati provenienti dallo United Network for Organ Sharing
(UNOS) indicano che, all’aprile 2008, negli Stati Uniti c’erano quasi
100.000 persone nelle liste di attesa per ricevere organi.
Gli organi e le cellule di altre specie – maiali e altri animali – potrebbero essere una promettente fonte di donatori di organi e cellule
terapeutiche. Questa nozione viene detta xenotrapianto.
Gli organi e le cellule di altre specie – maiali e altri
animali – potrebbero essere una promettente fonte
di donatori di organi e cellule terapeutiche. Questa
nozione viene detta xenotrapianto.
Il più importante ostacolo allo xenotrapianto è la risposta del sistema immunitario. Quando un tessuto non umano è introdotto
nel corpo, il corpo blocca l’afflusso di sangue all’organo donato. Il metodo più promettente per superare il rigetto potrebbe
prevedere vari tipi di modificazioni genetiche. In un approccio,
si elimina il gene di maiale che è il principale responsabile del
rigetto; in un altro, viene aggiunto materiale genetico umano per
travestire le cellule di maiale da cellule umane.
La potenziale diffusione di malattie infettive da altre specie
all’uomo attraverso lo xenotrapianto è ancora l’ostacolo maggiore per questa tecnologia.
UTILIZZARE BIOPOLIMERI COME DISPOSITIVI MEDICI
La natura ci ha anche provvisto di molecole biologiche che possono servire come utili dispositivi medici o che forniscono nuovi
metodi per veicolare i farmaci. Poiché questi sono più compatibili con i nostri tessuti, e il nostro corpo li assorbe quando il loro lavoro è compiuto, sono superiori alla maggior parte dei dispositivi
medici o dei meccanismi di somministrazione creati dall’uomo.
Ad esempio, lo ialuronato, un carboidrato prodotto da vari
organismi, è una biomolecola elastica, solubile in acqua, che è
utilizzata per prevenire le cicatrici post-operatorie nella chirurgia
della cataratta, alleviare il dolore e migliorare la mobilità articolare in pazienti con osteoartriti ed inibire l’aderenza delle piastrine
e delle cellule ai dispositivi medici, come stent e cateteri. Un
gel fatto con un polimero trovato nella matrice connettivale che
circonda le nostre cellule accelera la guarigione in caso di ustioni.
Garze contenenti lunghi filamenti di fibrinogeno, la proteina
che innesca la coagulazione del sangue, possono essere usate per
bloccare le emorragie acute. Le proteine di adesione derivate da
organismi viventi stanno sostituendo le suture e le farfalline per
40
Guida alle Biotecnologie
chiudere le ferite. Si fissano velocemente, creano forte adesione e
sono riassorbite.
La medicina personalizzata
In futuro, la conoscenza del nostro corredo genetico potrà essere
usata per prevenire le malattie, scegliere i farmaci e prendere
altre decisioni importanti riguardo la salute. Questa è la medicina personalizzata, e potrebbe rivoluzionare la cura dei pazienti,
rendendola più sicura, con un migliore rapporto costi-benefici
e, cosa più importante, rendendola più efficiente da un punto di
vista clinico.
La farmacogenomica, che si riferisce all’uso di farmaci diversi
per pazienti con un differente corredo genetico, è anche usata
per studiare i modi in cui variazioni genomiche influiscono sulla
risposta ai farmaci.
Le variazioni che influiscono sulla risposta al trattamento
possono coinvolgere un singolo gene (e la proteina che codifica) o geni/proteine multipli. Per esempio, alcuni antidolorifici
lavorano solo quando le proteine del corpo li convertono da una
forma inattiva ad una forma attiva. Il modo in cui queste proteine agiscono varia sensibilmente da persona a persona. Un altro
esempio è costituito dal fatto che minuscole differenze genetiche
possono modificare il modo in cui le statine agiscono per abbassare i livelli di colesterolo nel sangue.
I biotecnologi sono interessati all’uso di test su base genetica per
somministrare a ciascun paziente i farmaci e i dosaggi ottimali.
Il concetto di medicina personalizzata – chiamata anche terapia
mirata – sta iniziando ad avere un forte impatto sulla ricerca e la
cura, specialmente del cancro.
Il concetto di medicina personalizzata – chiamata
anche terapia mirata – sta iniziando ad avere un
forte impatto sulla ricerca e la cura, specialmente
del cancro.
CANCRO
Il farmaco biotecnologico per il cancro al seno Herceptin® (trastuzumab) è un esempio di medicinale farmacogenomico. Inizialmente approvato nel 1998, Herceptin blocca il recettore proteico
HER2, che è sovraespresso in alcuni casi aggressivi di cancro alla
mammella. Un test può identificare quali pazienti stanno sovraesprimendo il recettore e possono trarre beneficio dal farmaco.
Recentemente nuovi test sono stati lanciati sul mercato per individuare i pazienti che rispondono a Iressa® (gefitinib), Tarceva® (erlo-
tinib), Gleevec® (imatinib) e Campath® (alemtuzumab) e pazienti
che sviluppano resistenza al Gleevec. Esistono test per scegliere
il corretto dosaggio di un potente farmaco chemioterapico per
la leucemia pediatrica; i test hanno salvato delle vite prevenendo
morti per sovradosaggio.
AmpliChip è stato il primo test a DNA microarray ad essere
autorizzato dalla FDA. Un microarray è simile a un microchip
per computer, ma al posto di minuscoli circuiti, il chip contiene
piccoli frammenti di DNA, chiamati sonde.
Uno dei nuovi test più interessanti è Oncotype DX™ della Genomic Health, che esamina l’espressione di 21 geni per quantificare il
rischio di ricadute di cancro al seno e predire quali sono le probabilità che la chemioterapia porti benefici ai pazienti. Impressionati
dai risultati ottenuti in studi recenti, i National Institutes of Health
(NIH), nel maggio 2006, hanno lanciato un nuovo studio su larga
scala chiamato TAILORx (Trial Assigning Individualized Options
for Treatment [Rx]) che utilizzerà Oncotype DX™ per prevedere
ricadute e assegnare il trattamento a più di 10.000 donne in oltre
1.000 località degli Stati Uniti e del Canada.
MEDICINA RAZZA-SPECIFICA E GENERESPECIFICA
Nel 2005, la FDA, per la prima volta, ha approvato un farmaco per una specifica razza: BiDil® (isosorbide e idralazina), un
farmaco salva-vita per arresti cardiaci in pazienti di colore. Negli
anni ’90, il medicinale non era riuscito a dare risposte migliori
del placebo in un’ampia popolazione ma si era mostrato promettente per pazienti di colore. Ulteriori test hanno confermato
questi risultati.
Molti altri prodotti di farmacogenomica per il cancro – sia farmaci
che test – sono in fase di sviluppo. In effetti, l’oncologia potrebbe
entrare in un’era in cui le cure per il cancro saranno determinate in
gran parte dal corredo genetico piuttosto che dalla localizzazione
del tumore primitivo.
Anche se BiDil è fino ad ora l’unico farmaco razza-specifico che
ha ottenuto l’approvazione, non è affatto il solo ad avere effetti
diversi a seconda della popolazione. Molti farmaci, inclusi antiipertensivi ed antidepressivi, mostrano differenze significative
in termini di sicurezza ed efficacia in relazione all’appartenenza
razziale.
L’idea è semplice, ma il progetto è di proporzioni monumentali, a
causa della varietà di strumenti che le cellule tumorali utilizzano
per crescere, diffondersi e resistere ai trattamenti. I NIH nel dicembre 2005 hanno annunciato di avere accettato la sfida di produrre
un Atlante del Genoma del Cancro. Il progetto ha lo scopo di mappare tutte le variazioni genetiche legate a circa 250 forme di cancro,
non solo le variazioni che favoriscono l’insorgere della malattia, ma
anche quelle che ne stimolano la crescita, la metastatizzazione e
che causano la resistenza alle terapie.
Ad esempio, in un ampio studio su uno dei più comuni medicinali per la pressione del sangue, Cozaar® (losartan), i ricercatori
hanno trovato un effetto ridotto nei pazienti di colore – un
elemento che è stato aggiunto all’informazione sulla prescrizione
del medicinale. Allo stesso modo, secondo uno studio pubblicato
sul New England Journal of Medicine, l’interferone dimostra essere
meno efficace nei pazienti di colore con l’epatite che non nei
pazienti bianchi non-ispanici (tasso di risposta del 19% contro
52%).
ALTRE APPLICAZIONI
Nel dicembre 2004, la FDA ha approvato il test di genotipizzazione AmpliChip® CYP450 della Roche e dell’Aff ymetrix, un test
del sangue che permette ai medici di analizzare l’informazione
genetica dei pazienti per selezionare medicinali e dosi dei medicinali per un’ampia varietà di patologie comuni come malattie
cardiache, psichiatriche e tumori.
Il test analizza uno dei geni della famiglia del citocromo P450,
che funzionano nel fegato per metabolizzare alcuni farmaci ed
altri composti. Variazioni di questo gene definiscono l’efficienza
con cui i pazienti possono metabolizzare alcuni farmaci o, in
alcuni casi, l’impossibilità di metabolizzare alcune sostanze. Lo
specifico enzima analizzato da questo test, chiamato citocromo
P4502D6, ha un ruolo importante nel metabolizzare alcuni
farmaci di uso comune, inclusi antidepressivi, antipsicotici, betabloccanti e alcuni chemioterapici.
Un altro studio ha dimostrato che i pazienti giapponesi malati
di cancro hanno tre volte più probabilità di rispondere a Iressa,
forse a causa di una mutazione in un gene bersaglio del farmaco
che è il recettore del fattore di crescita epidermico (EGF).
Si pensa che le variazioni genetiche – mutazioni che riguardano
recettori per i medicinali, pathway e enzimi metabolici – siano
alla base delle diverse risposte ai farmaci da parte di gruppi
razziali, etnici e geografici. Questo rende il campo maturo per
la medicina personalizzata. NitroMed, per esempio, sta raccogliendo materiale genetico nella speranza di sviluppare un test
per identificare tutti i pazienti – indipendentemente dalla razza –
probabilmente rispondenti al BiDil.
Tenendo conto delle differenti risposte ai farmaci
dell’uomo e della donna, alcune aziende stanno
esplorando il concetto della medicina generespecifica.
Guida alle Biotecnologie
41
Tenendo conto delle differenti risposte ai farmaci dell’uomo e
della donna, alcune aziende stanno esplorando il concetto della
medicina genere-specifica. L’aspirina, ad esempio, previene infarti negli uomini ma non nelle donne. Almeno un’azienda biotecnologica sta sviluppando una medicina per il cancro al polmone
che mostra essere più promettente nelle donne.
Medicina rigenerativa
Le biotecnologie ci stanno mostrando nuovi modi per usare la
capacità naturale del corpo umano di guarirsi e sostentarsi. Il corpo utilizza per guarirsi e sostentarsi differenti proteine e diverse
popolazioni di cellule staminali che sono in grado di curare le
malattie, riparare le ferite ed invertire il deterioramento e l’usura
associati all’invecchiamento.
liferano fino a ricoprire la parete interna del tubo. Queste cellule
si trasformano in cellule renali che rilasciano ormoni, e sono
coinvolte nella filtrazione e nel trasporto.
Il corpo umano produce una serie di piccole proteine conosciute come fattori di crescita che promuovono la crescita cellulare,
stimolano la divisione cellulare e, in alcuni casi, guidano la differenziazione cellulare. Queste proteine naturali implicate nella
rigenerazione possono essere usate per facilitare la guarigione
delle ferite, rigenerare i tessuti danneggiati e favorire lo sviluppo
del tessuto ingegnerizzato, descritto nelle sezioni precedenti. In
quanto proteine, queste sono i primi candidati per la produzione ricombinante su larga scala in organismi transgenici, il che
potrebbe permettere il loro uso a fini terapeutici.
Alcuni dei più comuni fattori di crescita sono:
●
fattore di crescita epidermico (EGF), che stimola la proliferazione delle cellule dell’epidermide e potrebbe essere usato per
facilitare la cicatrizzazione delle ferite;
●
eritropoietina (EPO), che stimola la produzione di globuli rossi
ed è stato uno dei primi prodotti biotecnologici;
●
fattore di crescita fibroblastico (FGF), che stimola la crescita
cellulare ed è stato efficace nella guarigione di ustioni, ulcere e
fratture ossee, e nella crescita di nuovi vasi sanguigni in pazienti con arterie coronariche bloccate;
●
fattore di crescita trasformante-beta (TGF-β), che aiuta le cellule
fetali a differenziarsi in diversi tipi di tessuto e innesca la formazione di nuovi tessuti negli adulti;
●
fattore di crescita delle cellule nervose (NGF), che stimola la
crescita delle cellule nervose, e ripara i danni; questo potrebbe essere impiegato in pazienti con danni neurologici o con
malattie degenerative come l’Alzheimer.
INGEGNERIA DEI TESSUTI
L’ingegneria dei tessuti mette insieme i progressi della biologia
cellulare e della scienza dei materiali, permettendo di creare in
laboratorio tessuti e organi semi-sintetici. Questi tessuti sono
composti da materiali con struttura biocompatibile, che alla fine
si degradano e sono assorbiti, e cellule viventi cresciute utilizzando le tecniche di coltura cellulare. L’obiettivo ultimo è di creare
interi organi, composti da differenti tipi di tessuto, che sono in
grado di sostituire gli organi malati o danneggiati.
I tessuti ingegnerizzati più comuni sono costituiti da materiali
biologici naturali, come il collagene, che ne costituiscono la
struttura di base. Ad esempio, il doppio strato dell’epidermide è
fatto infiltrando un gel al collagene con cellule del tessuto connettivo, creando poi la pelle con uno strato di cellule protettive
più robuste. In altri casi, la struttura rigida, fatta di un polimero
sintetico, è modellata e poi posizionata nel corpo dove è necessario il nuovo tessuto. Altri polimeri sintetici, fatti di composti
naturali, hanno una struttura flessibile più adatta per i tessuti
molli, come i vasi sanguigni o la vescica. Quando la struttura è
posizionata nel corpo, le cellule adiacenti la invadono. Altre volte,
l’impianto biodegradabile è inserito in cellule coltivate in laboratorio prima dell’impianto.
Tessuti semplici, come l’epidermide e la cartilagine, sono stati
i primi ad essere ingegnerizzati con successo. Recentemente, i
medici hanno raggiunto risultati importanti con un rene bioibrido (renal-assist device o RAD) che mantiene in vita i pazienti
con malattie renali acute finché il rene danneggiato si ripara da
solo. In un test clinico del RAD su pazienti con un danno acuto
al rene, i pazienti che avevano ricevuto il RAD avevano il 50%
in meno di probabilità di morire. Il rene ibrido è fatto di tubi
all’interno dei quali sono inserite cellule staminali renali che pro-
42
Guida alle Biotecnologie
Vaccini
I vaccini aiutano il corpo a riconoscere e a combattere le malattie
infettive. I vaccini convenzionali utilizzano forme attenuate
o morte di un virus o di un batterio per stimolare il sistema
immunitario a creare gli anticorpi che provvederanno a fornire
resistenza alla malattia. Normalmente solo una o poche proteine della superficie del batterio o del virus, chiamate antigeni,
innescano la produzione di anticorpi. Le biotecnologie ci stanno
aiutando a migliorare i vaccini esistenti e a creare nuovi vaccini
contro agenti infettivi, come i virus che causano il cancro della
cervice e l’herpes genitale.
PRODUZIONE DI VACCINI BIOTECNOLOGICI
La maggior parte dei nuovi vaccini è composta solo dall’antigene,
non dall’intero microrganismo. Il vaccino è fatto inserendo il
gene che produce l’antigene in una cellula produttrice, ad esempio un lievito. Durante il processo di produzione, che è simile
alla fermentazione della birra, ogni cellula di lievito produce una
perfetta copia di se stessa e del gene dell’antigene. L’antigene
viene successivamente purificato dalla coltura cellulare di lievito.
Isolando gli antigeni e producendoli in laboratorio, è possibile
creare vaccini che non possono trasmettere il virus o il batterio
stesso. Questo metodo può anche aumentare la quantità di vaccino prodotto poiché ogni cellula produttrice può produrre molti
antigeni da purificare.
Utilizzando queste tecniche di biotecnologia, gli scienziati hanno
sviluppato vaccini formati solo dall’antigene contro malattie
mortali come l’epatite B e la meningite.
I ricercatori hanno scoperto che iniettare piccoli frammenti di
DNA dei microorganismi è sufficiente per innescare la produzione di anticorpi. Questi vaccini a DNA potrebbero permettere
l’immunizzazione contro microrganismi per i quali attualmente
non abbiamo vaccini.
La biotecnologia sta anche ampliando il concetto di vaccino al
di là della protezione contro organismi infettivi. Diversi ricercatori stanno sviluppando vaccini contro malattie come il diabete,
le malattie infiammatorie croniche, la malattia di Alzheimer, il
cancro e le malattie autoimmunitarie.
SISTEMI DI SOMMINISTRAZIONE DEI VACCINI
La maggior parte dei vaccini devono essere gestiti in modo particolare – molti richiedono refrigerazione durante la spedizione e
la conservazione – e siringhe e personale specializzato per somministrarli. Alcuni ricercatori stanno lavorando per creare nuove
tecnologie di somministrazione dei vaccini che ne semplifichino
la distribuzione e l’uso. Le tecnologie in esame includono vaccini
per via orale, vaccini somministrati con cerotti, e perfino vaccini
edibili prodotti in piante e animali.
Alcuni ricercatori universitari hanno ottenuto risultati positivi
usando volontari umani che consumavano banane contenenti
vaccini per l’epatite, e patate con vaccini per E. coli e colera.
Inoltre, poiché questi vaccini sono geneticamente incorporati in
piante alimentari e non richiedono refrigerazione o attrezzature
per la sterilizzazione, o siringhe, potrebbero essere particolarmente utili nei paesi in via di sviluppo.
I ricercatori stanno sviluppando anche cerotti con vaccini contro
il tetano, l’antrace, l’influenza ed E. coli.
Farmaci a base vegetale
Le biotecnologie hanno reso possibile migliorare geneticamente
le piante per fornire proteine terapeutiche necessarie a produrre
un’ampia gamma di farmaci a base di proteine, come gli anticorpi
monoclonali, gli enzimi e le proteine del sangue.
La produzione di composti farmaceutici a base vegetale è sottoposta ad una rigida normativa legale del Ministero dell’Agricoltura USA (USDA) e della FDA. La più importante agenzia che
regola e monitora questa tecnologia è l’Animal and Plant Health
Inspection Service (APHIS) dell’USDA.
Le proteine terapeutiche prodotte da piante transgeniche oggi
includono anticorpi, antigeni, fattori di crescita, ormoni, enzimi,
proteine del sangue e collagene. Queste proteine sono state prodotte in molte varietà di piante, tra cui l’erba medica, il granoturco, la lenticchia, la patata, il riso, lo zafferano, la soia e il tabacco.
Sperimentazioni in campo di piante che producono
proteine per uso terapeutico stanno fornendo le
basi essenziali per trattamenti innovativi di malattie
come cancro, HIV, malattie cardiache, diabete,
malattia di Alzheimer, malattie renali, malattia di
Crohn, fibrosi cistica, sclerosi multipla, danni al
midollo spinale, epatite C, broncopatia cronica
ostruttiva, obesità e artrite.
Inoltre, gli scienziati hanno fatto importanti progressi utilizzando
le piante come sistemi per produrre e somministrare vaccini.
Hanno usato il tabacco, le patate, i pomodori e le banane per produrre vaccini sperimentali contro malattie infettive, tra cui il colera, alcuni microrganismi che causano avvelenamento alimentare
e diarrea (come E. coli e il virus Norwalk), l’epatite B e il batterio
che causa le carie dentarie. Anche un vaccino per il “cancro” (che
è terapeutico e non preventivo) per il linfoma non-Hodgkin è
stato prodotto nelle piante.
Guida alle Biotecnologie
43
VANTAGGI ECONOMICI E PER L’ACCESSIBILITÀ
Siccome la maggior parte delle proteine non può essere sintetizzata
chimicamente, ci sono poche opzioni per produrre proteine per
scopi farmaceutici: colture cellulari di mammifero, di microrganismi
e di piante. Sono necessari più di 500 milioni di dollari e cinque anni
per costruire un’infrastruttura per colture cellulari di mammifero.
Poiché le piante che producono proteine richiedono investimenti economici relativamente piccoli, e i costi di produzione
e di mantenimento sono minimi, possono fornire l’unica strada
economicamente fattibile per la produzione di proteine terapeutiche per i paesi in via di sviluppo.
Cenni sullo sviluppo di prodotti
terapeutici
Negli Stati Uniti, la Food and Drug Administration (FDA) regolamenta lo sviluppo, la produzione e la commercializzazione della
maggior parte dei farmaci biotecnologici utilizzati nella sanità.
tion – NDA) è obbligatoria prima che un farmaco possa essere
commercializzato (Nota: Anche alcuni biologici, in particolare
l’insulina e l’ormone della crescita, sono regolati dal FDC Act).
Anche se i farmaci e i farmaci biologici sono soggetti a leggi e
regolamenti differenti, i farmaci e la maggior parte dei biologici
rientrano nelle disposizioni del Center for Drug Evaluation and
Research (CDER) della FDA. I vaccini, i prodotti emoderivati,
le terapie cellulari e geniche sono regolamentate dal Center for
Biologics Evaluation and Research (CBER) della FDA.
SVILUPPO DEL PRODOTTO
Di solito ci vogliono dai 10 ai 15 anni e una media di più di 800
milioni di dollari per sviluppare una nuova terapia (incluso il costo
per i prodotti che non vanno oltre la sperimentazione). Il processo
è rigoroso e condotto in fasi multiple, ad iniziare dai test in laboratorio e sugli animali, e continuando con test clinici sugli esseri umani,
la valutazione della conformità ai regolamenti e, se il prodotto è
approvato, studi post-commercializzazione e di farmaco-vigilanza.
TEST SU ANIMALI
TERAPIE BIOLOGICHE E FARMACI
Molte terapie biotecnologiche sono definite farmaci biologici o
più semplicemente biologici, in quanto sviluppate in organismi
viventi come le cellule. I biologici sono complesse miscele i cui
principi attivi (di solito proteine) sono centinaia di volte più
grandi rispetto ai composti che si trovano in molte pillole. Questi
prodotti per essere efficaci devono essere iniettati o infusi direttamente nel flusso sanguigno.
I biologici includono plasma, prodotti emoderivati e vaccini, così
come proteine ricombinanti a base biotecnologica ed anticorpi
monoclonali. La maggior parte dei biologici sono regolati dalla
FDA in base al Public Health Service Act ed hanno bisogno di ottenere una licenza di applicazione per i biologici (biologic licence
application – BLA) prima di essere messi in commercio.
Alla fine degli anni ’90, le biotecnologie utilizzavano prevalentemente ricombinazione genica e produzione di anticorpi per terapie biologiche, ma sempre più spesso le aziende biotecnologiche
stanno utilizzando la genetica e altre scoperte biologiche per
sviluppare terapie che utilizzano piccole molecole. Queste sono
semplici composti chimici che comunemente possiamo trovare
in farmacia. Sono spesso in forma di pillole (ma piccole molecole possono essere anche iniettate o infuse) e per la maggior
parte sono facilmente duplicati da produttori generici attraverso
processi chimici noti.
La FDA regolamenta l’uso di farmaci costituiti da piccole molecole attraverso il Food and Drug Cosmetic (FDC) Act. L’approvazione delle nuove applicazioni farmaceutiche (new drug applica44
Guida alle Biotecnologie
Una volta che un potenziale farmaco è stato identificato, la prima
fase è normalmente il test sugli animali, tipicamente su due o più
specie, dal momento che gli effetti variano a seconda delle specie.
Molti di questi sono studi ADME (assorbimento, distribuzione,
metabolismo ed escrezione) e studi di tossicità. Documentano
l’assorbimento del farmaco, la maniera in cui il corpo lo degrada
chimicamente, la tossicità e l’attività dei prodotti formatisi in
seguito a degradazione (chiamati metaboliti), e la velocità alla
quale il farmaco e i suoi metaboliti vengono smaltiti dal corpo.
Gli scienziati usano anche modelli animali di determinate
malattie per avere indicazioni sull’efficacia che possono portare
a modifiche del farmaco o dei test clinici. Benché i risultati di
efficacia sugli animali sono importanti per lo sviluppo di un
farmaco, possono essere usati come prova di efficacia a sostegno
dell’approvazione per uso umano presso la FDA solo nel caso di
prodotti di biodifesa. Questi prodotti utili nella protezione da
agenti patogeni possono infatti essere testati per la sicurezza negli
esseri umani, ma non per l’efficacia, poiché non sarebbe etico
esporre volontari ad agenti di guerra chimica, antrace e simili per
testare se una medicina o un vaccino funzionino.
Gli scienziati sperano un giorno di integrare o sostituire alcuni
test su animali con tecnologie avanzate, come modelli informatici dei pathway biologici umani. Ma è probabile che alcuni test
su animali rimangano obbligatori per massimizzare la sicurezza
prima che i prodotti vengano sperimentati sugli esseri umani.
I membri di BIO seguono i Principi Etici per la Cura e l’Utilizzo
di Animali nella Ricerca in Biotecnologia (vedi pagina 96).
SPERIMENTAZIONI CLINICHE
Un farmaco che supera gli studi di sicurezza sugli animali
può passare alla sperimentazione sugli esseri umani dopo la
presentazione alla FDA di una “istanza di accertamento di un nuovo
farmaco” (Investigational New Drug – IND). La maggior parte degli
studi, o test, di nuovi prodotti può iniziare 30 giorni dopo che la
FDA riceve l’IND.
Praticamente ogni nuovo farmaco passa attraverso sperimentazioni
cliniche multiple, ad iniziare da studi preliminari (Fase I) in piccoli
gruppi di pazienti per valutare la sicurezza. Test più grandi intermedi
(Fase II) valutano la sicurezza e ottengono dati preliminari di efficacia. La fase finale del test di pre-commercializzazione (Fase III) cerca
di raccogliere dati convincenti sull’efficacia nella specifica popolazione di pazienti che i produttori del farmaco sperano di trattare.
Il disegno, o protocollo, delle sperimentazioni cliniche varia moltissimo a seconda della natura del prodotto, della popolazione di pazienti
e dell’efficacia dei trattamenti esistenti. Alcuni farmaci per malattie
molto rare e devastanti sono stati approvati dopo essere stato studiati
solo su un piccolo gruppo di pazienti; altri, spesso prodotti per malattie meno gravi e/o per i quali sono già disponibili terapie, devono
essere testati in migliaia di pazienti prima di ottenere l’approvazione.
In molte sperimentazioni, un gruppo di pazienti riceve il farmaco da
testare, mentre un altro gruppo (il gruppo controllo) riceve un placebo che esteriormente è identico al farmaco ed è somministrato allo
stesso modo. I pazienti sono randomizzati, cioè assegnati in maniera
casuale, a uno o all’altro gruppo.
Una sperimentazione in cui il medico sa se il paziente sta ricevendo
il placebo o il farmaco, ma il paziente non lo sa, è un test a singolo
cieco. Una sperimentazione in cui né il paziente né il medico sanno
se viene somministrato il medicinale o il placebo è definita in doppio
cieco. Soprattutto nelle sperimentazioni per valutare l’efficacia, gli
esperimenti randomizzati in doppio cieco sono considerati il metodo migliore.
Altri termini chiave delle sperimentazioni cliniche:
●
ricercatori – i medici o i paramedici che conducono una sperimentazione;
●
Comitati istituzionali di controllo – comitati di supervisione locale negli ospedali, università e altre infrastrutture sanitarie che
assicurano che le sperimentazioni siano condotte eticamente e
nel modo più sicuro possibile;
●
endpoint – valutazione dell’esito finale della sperimentazione
clinica (come la riduzione del tumore, rimozione del virus, o
sopravvivenza);
●
indicazione terapeutica – la specifica patologia a cui il medicinale è indirizzato. Un’indicazione può essere ampia (per esempio, diabete di Tipo II) o può essere ristretta (per esempio,
diabete di Tipo II insulino-dipendente).
Le sperimentazioni cliniche devono essere sufficientemente potenti dal punto di vista statistico – cioè devono arruolare pazienti
in numero sufficiente con endpoint selezionati – per giungere a
conclusioni significative.
Una volta che i dati di uno studio clinico ben progettato sono
raccolti ed analizzati, i ricercatori indicano il livello di significatività statistica delle conclusioni con un parametro chiamato pvalue. Questo è una misura della probabilità che le conclusioni di
uno studio siano dovute al caso. Per esempio, un p-value di 0,01
significa che c’è solo 1% di probabilità che i dati siano dovuti al
caso. Perchè un trattamento testato venga considerato valido,
dovrebbe normalmente far coincidere i suoi endpoint con un
p-value di 0,05 o inferiore – che significa che non ci sono più del
5% di probabilità che i risultati derivino dal caso.
FASE I
Normalmente, il primo test di somministrazione di un medicinale o di un biologico è un trial Fase I che arruola un piccolo
numero di volontari sani (meno di 100) per testare la sicurezza e
ottenere i dati sul dosaggio, metabolismo ed escrezione. Alcuni
trial di Fase I sono condotti su pazienti affetti da una patologia
che il farmaco potrebbe un giorno curare. Qualche segnale di
efficacia potrebbe essere notato in questo stadio, ma ha scarso o
nessun peso statistico.
Un nuovo tipo di valutazione preliminare sull’uomo, chiamato
Fase 0, o microdosaggio, è comune tra alcuni ricercatori che sperano di ridurre tempi e costi dello sviluppo pre-clinico. Condotti per
valutare l’applicazione di un nuovo farmaco, questi test possono
coinvolgere meno di 10 pazienti che ricevono meno dell’1% della
dose standard del farmaco. Utilizzando tecnologie all’avanguardia
come la spettrometria di massa accelerata, gli studi di Fase 0 cercano di definire il metabolismo e la tossicità del farmaco.
Guida alle Biotecnologie
45
FASE II
POST-APPROVAZIONE
Nella Fase II, la valutazione si estende (di solito) da 100 a 300
partecipanti che sono affetti da una malattia o condizione che
il prodotto potrebbe curare. Vengono raccolti dati aggiuntivi di
sicurezza, insieme ad evidenze sull’efficacia. I ricercatori possono
condurre le sperimentazioni di Fase II di un farmaco in diverse
condizioni – per esempio, testando un farmaco per il cancro in
diversi tipi di cancro – al fine di definire la popolazione di pazienti più adatta per la sperimentazione di Fase III.
Ogni medicinale viene approvato con una etichettatura ufficiale
di prodotto (foglio illustrativo), in forma standardizzata, i cui
contenuti sono sviluppati dalla FDA e dall’azienda che commercializza il medicinale. Il foglio illustrativo contiene le indicazioni
al trattamento approvate, così come la descrizione del medicinale, i suoi effetti collaterali, il dosaggio, i risultati delle sperimentazioni cliniche e altre informazioni utili ai medici. Anche se i
medici possono prescrivere una terapia “fuori etichetta” (offlabel) per indicazioni non espressamente approvate dalla FDA,
ai produttori è proibito commercializzare indicazioni off-label, e
l’assicurazione non sempre copre tali usi.
FASE III
La Fase III consiste in studi condotti su numeri ancora più consistenti (frequentemente da 1000 a 5000 pazienti) nella popolazione di pazienti specifica per la quale l’azienda farmaceutica spera
di ricevere l’approvazione del farmaco dalla FDA. I trial di Fase
III attestano l’efficacia e monitorano gli effetti collaterali. Studi
di Fase III per un solo prodotto possono essere condotti per una
singola o per multiple indicazioni terapeutiche.
PROCESSO DI APPROVAZIONE
Se una terapia ha successo nei trial clinici, la fase successiva consiste nel fare domanda alla FDA per l’approvazione mediante la
presentazione della new drug application (NDA) o della biologic
license application (BLA). Queste domande possono essere composte da centinaia a migliaia di pagine ed includono dettagli sulla
struttura del prodotto, sulla produzione, sui test in laboratorio e
sulla sperimentazione clinica.
Come stabilito nel Prescription Drug User Fee Act (PDUFA), la
FDA ha lo scopo di valutare i prodotti anche in base alla priorità
e deve valutare entro sei mesi dalla ricezione della domanda i
prodotti che riguardano ambiti ancora senza cura. Per prodotti
che vengono sottoposti ad una valutazione standard, l’obiettivo
dell’agenzia è di dare una risposta entro 10 mesi. Il termine PDUFA date è la data entro la quale la FDA dovrebbe fornire la sua valutazione su un particolare prodotto per rispettare i suoi obiettivi.
Nell’esaminare una NDA o una BLA, in modo particolare se si
tratta di un nuovo prodotto, la FDA può chiedere un parere ad una
delle sue commissioni consultive indipendenti. Ogni commissione
ha 10-15 membri e include esperti e rappresentanti dei consumatori. Le riunioni delle commissioni sono pubbliche e spesso attirano l’interesse dei media. Durante queste riunioni sono presentati e
discussi i pro e i contro dei prodotti in questione, e viene fornita una
raccomandazione a favore o contro l’approvazione.
Ad ogni modo, le raccomandazioni della commissione consultiva
non sono vincolanti. La decisione finale di approvazione rimane di
competenza della FDA.
46
Guida alle Biotecnologie
Poiché i test clinici non sono abbastanza ampi da rilevare gli
effetti collaterali rari, i nuovi farmaci devono essere monitorati
dopo l’ingresso sul mercato. Ai produttori viene richiesto per
legge di comunicare alla FDA gli eventi avversi, ed anche i pazienti ed i medici possono riferire eventuali problemi all’agenzia
attraverso il sito internet MedWatch (www.fda.gov/medwatch/).
Per allargare la rete al fine di cogliere gli eventi avversi che né i
medici e né i pazienti correlerebbero al medicinale, il Food and
Drug Administration Amendments Act (FDAAA) del 2007 istituisce una partnership pubblica e privata per condurre una sorveglianza post-commercializzazione attiva attraverso l’analisi di
grandi database di pazienti (come quelli conservati dai maggiori
assicuratori e dai Centri del Servizio Sanitario Nazionale e dei
Servizi Medici).
Inoltre, per alcuni nuovi medicinali, la FDA e l’azienda produttrice possono elaborare una Risk Evaluation and Mitigation
Strategy (REMS, Strategia di valutazione e riduzione del rischio)
per assicurarsi che i benefici del medicinale valgano i rischi. Una
sperimentazione clinica di Fase IV può essere progettata per
migliorare la conoscenza sul medicinale.
Le approvazioni iniziali di un medicinale normalmente coprono
una singola indicazione terapeutica, spesso ristretta. Sebbene i
medicinali possano essere prescritti per usi off-label, le aziende
spesso conducono sperimentazioni aggiuntive di Fase II e III
per confermare che il farmaco funzioni per altre indicazioni.
Se hanno successo, sottomettono i nuovi dati alla FDA per una
approvazione con una NDA o una BLA supplementare. Se
approvata, una nuova indicazione viene aggiunta all’etichetta
di prodotto, consentendo all’azienda di vendere il farmaco per
quella indicazione.
Applicazioni
per la produzione agricola
G
li esseri umani hanno da sempre sfruttato piante ed animali
per procacciarsi alimenti, riparo, abbigliamento ed energia,
e per migliaia di anni i coltivatori hanno modificato piante e animali per rispondere alle esigenze che si andavano modificando.
Queste esigenze cresceranno in modo significativo nei prossimi
decenni a causa dell’aumento della popolazione. La popolazione
globale, che era di circa 1,6 miliardi nel 1900, oggi ha raggiunto
6,7 miliardi e si prevede che arriverà a 9 miliardi nel 2050. L’Organizzazione per l’Alimentazione e l’Agricoltura delle Nazioni
Unite (FAO) stima che la produzione alimentare mondiale dei
terreni attualmente coltivati dovrà duplicarsi per mantenere il
passo con la crescita della popolazione.
Le biotecnologie possono aiutare incrementando le rese, riducendo l’uso di risorse come l’acqua e i fertilizzanti, e controllando i parassiti in maniera eco-compatibile.
Le biotecnologie possono aiutare incrementando
le rese, riducendo l’uso di risorse come l’acqua e i
fertilizzanti, e controllando i parassiti in maniera ecocompatibile.
e di spostarli da una pianta all’altra. Questo processo è molto più
preciso e selettivo dell’incrocio tradizionale nel quale migliaia di
geni con funzioni sconosciute vengono trasferiti nelle piante.
Le biotecnologie superano anche gli ostacoli tecnici del trasferimento dei caratteri genetici tra le piante ed altri organismi. Questo apre un universo di caratteri genetici utili per la produzione
alimentare, quella dei carburanti e quella delle fibre. Possiamo,
per esempio, prendere il gene di un batterio che produce una
proteina tossica per un fungo che causa una malattia e trasferirlo in una pianta. La pianta così produrrà quella proteina e sarà
protetta dalla malattia senza l’aiuto di fungicidi applicati esternamente.
MIGLIORARE LA PRODUZIONE AGRICOLA
Oggi la tecnologia può essere differente, ma gli obiettivi degli
scienziati agrari rimangono gli stessi: rese incrementate; resistenza a malattie causate da batteri, funghi e virus; capacità di
resistere a condizioni ambientali avverse come gelate e siccità;
resistenza ai parassiti come insetti, erbe infestanti e nematodi.
Protezione naturale per le piante
Biotecnologie nella coltivazione
Gli allevatori e i coltivatori hanno fatto affidamento per secoli
sugli incroci, l’ibridazione e altre tecniche di modificazione
genetica per migliorare la resa e la qualità degli alimenti e delle
fibre e per fornire piantagioni resistenti agli insetti dannosi, agli
organismi che causano malattie ed alle condizioni ambientali
avverse. Gli allevatori dell’età della pietra selezionavano le piante
con le caratteristiche migliori e ne conservavano i semi per l’anno
successivo. Piantando i semi delle piante con i caratteri preferiti,
gli agricoltori primitivi inducevano modificazioni genetiche per
rendere piante selvatiche coltivabili.
Man mano che la conoscenza della genetica delle piante migliorava, i coltivatori incrociavano le piante con caratteri desiderati (o
mancanti di caratteri indesiderati) per produrre una progenie che
riuniva i caratteri migliori di entrambi i parentali. Oggi, virtualmente ogni pianta coltivata commercialmente come alimento o
fibra è prodotto di un incrocio, di una ibridazione o di entrambi.
Sfortunatamente, questi processi sono spesso costosi, richiedono tempo, sono inefficienti e soggetti ad importanti limitazioni
pratiche. Per esempio, produrre granoturco con rese migliori o
resistenza naturale ad alcuni insetti può richiedere dozzine di
generazioni di incroci tradizionali, ammesso di riuscirci.
Gli strumenti biotecnologici forniscono ai coltivatori la possibilità di selezionare singoli geni che producano i caratteri desiderati
Gli scienziati hanno scoperto che le piante, come gli animali,
hanno sistemi di difesa innati contro insetti e malattie, e stanno
cercando prodotti chimici sostenibili per l’ambiente in grado di
innescare questi meccanismi di difesa naturale.
Le biotecnologie aprono anche nuove strade per creare nuovi
biopesticidi, come microrganismi e composti a base di acidi grassi,
che sono tossici per determinati parassiti delle piante ma non
recano danno agli esseri umani, agli animali, ai pesci, agli uccelli e
agli insetti utili. Un biopesticida può anche controllare popolazioni di parassiti che hanno sviluppato resistenza ai pesticidi
convenzionali.
Un biopesticida che i coltivatori (inclusi i coltivatori biologici)
hanno utilizzato fin dagli anni ’30 è il microrganismo Bacillus
thuringiensis, o Bt, che si trova naturalmente nel suolo. Molte
delle proteine prodotte dal batterio Bt sono letali per alcuni
insetti, come la piralide europea del mais, un infestante molto
comune, che costa ai coltivatori degli Stati Uniti ogni anno più di
1 miliardo di dollari in danni alle coltivazioni e costi di controllo.
Il batterio Bt utilizzato come biopesticida nebulizzato può eliminare l’insetto bersaglio senza l’uso di pesticidi chimici.
Grazie alla versatilità offerta dalle biotecnologie, possiamo trasferire nelle piante le informazioni genetiche per le proteine del Bt.
La pianta, che una volta era alimento per l’insetto, ora lo uccide,
riducendo la necessità di utilizzare pesticidi chimici per controllare le infestazioni.
Guida alle Biotecnologie
47
La pianta che una volta era alimento per l’insetto,
ora lo uccide, riducendo la necessità di utilizzare
pesticidi chimici per controllare le infestazioni.
Tolleranza agli erbicidi
Quando le condizioni di crescita sono adatte per le coltivazioni,
sono adatte anche per le infestanti. Le biotecnologie offrono una
via per eliminare le infestanti con gli erbicidi – senza danneggiare
le coltivazioni. Molte piantagioni biotecnologiche sono resistenti
a specifici erbicidi, permettendo ai coltivatori di nebulizzare gli
erbicidi sui loro campi e distruggere le infestanti senza danneggiare le coltivazioni. Il metodo fa risparmiare manodopera e
promuove le tecniche di non lavorazione, il che può diminuire
l’erosione del suolo fino al 90%.
Resistenza agli stress ambientali
Oltre alle sfide biologiche, o biotiche, come insetti e infestanti, le
piante coltivate devono combattere anche con gli stress abiotici che la natura procura regolarmente: siccità, freddo, caldo e
terreni che sono troppo acidi o salati per permettere la crescita
delle piante. Mentre i coltivatori hanno incorporato con successo in molte varietà vegetali, attraverso la selezione per incrocio,
resistenze genetiche agli stress biotici, il loro successo nel creare
piantagioni resistenti agli stress abiotici è stato molto più limitato, soprattutto perchè sono poche le specie coltivate che hanno
parenti stretti con geni per la resistenza a questi stress.
La biotecnologia supera questo ostacolo consentendo agli
scienziati di importare geni utili da altre specie. Per esempio, i
ricercatori hanno modificato geneticamente piante di pomodoro
e di colza per tollerare livelli di sale del 300% più alti rispetto alle
varietà geneticamente non modificate. Altri ricercatori hanno
identificato geni coinvolti nella tolleranza al freddo, al caldo e alla
siccità in alcune piante e batteri e stanno lavorando per introdurre questi geni nelle coltivazioni. Scienziati messicani hanno
utilizzato il trasferimento genico per produrre mais e papaia
resistenti ad alti livelli di alluminio, elemento che limita significativamente la produttività delle piante coltivate in molti paesi in
via di sviluppo.
Aumentare le rese
Oltre alla protezione contro malattie, parassiti, stress ambientali
e infestanti e per minimizzare le perdite, gli scienziati utilizzano le biotecnologie per migliorare direttamente le rese delle
piantagioni. I ricercatori dell’Istituto Nazionale Giapponese per
le Risorse Agrobiologiche hanno aggiunto al riso i geni della
fotosintesi del mais per aumentare la capacità di convertire la
48
Guida alle Biotecnologie
luce solare in amido vegetale, e aumentare le rese del 30%. Altri
scienziati stanno alterando il metabolismo delle piante bloccando selettivamente l’espressione genica così da deviare i nutrienti
verso alcune parti della pianta. Per esempio, le rese aumentano
se l’amido si accumula nei tuberi di patata e non nelle foglie, o se
piante con semi da olio, come la colza, accumulano la maggior
parte degli acidi grassi nei semi.
Le biotecnologie permettono anche agli scienziati di sviluppare coltivazioni che sono maggiormente capaci di assumere i
micronutrienti di cui hanno bisogno. Per esempio, gli scienziati
messicani hanno geneticamente modificato alcune piante per
indurre la secrezione di acido citrico, un composto esistente in
natura, dalle radici. In risposta al lieve incremento in acidità, i
minerali legati alle particelle del suolo, come il calcio, il fosforo e
il potassio, vengono rilasciati e resi disponibili per la pianta.
L’azoto è il principale fattore limitante per la crescita delle piante
e i ricercatori di molte discipline scientifiche stanno analizzando
nel dettaglio le relazioni di simbiosi che permettono ai batteri
azoto-fissatori di catturare l’azoto atmosferico e fornirlo alle
piante che li ospitano nei noduli radicali:
●
In Ungheria e Inghilterra, genetisti vegetali hanno identificato il
gene vegetale e la proteina che rendono la pianta capace di stabilire una relazione con i batteri azoto-fissatori presenti nel suolo.
●
I genetisti microbici dell’University of Queensland hanno
identificato il gene batterico che stimola la formazione di
noduli alle radici.
●
La collaborazione tra biologi molecolari dell’Unione Europea,
degli Stati Uniti e del Canada ha prodotto la sequenza completa del genoma di una delle specie di batteri azoto-fissatori.
●
I biochimici hanno documentato la precisa struttura dell’enzima batterico che converte l’azoto atmosferico in una forma che
può essere utilizzata dalla pianta.
BIOTECNOLOGIA PER LA COLTIVAZIONE IN PAESI
IN VIA DI SVILUPPO
Oggi, il 70% della popolazione del pianeta coltiva quello che
mangia, e, nonostante i famosi successi della Rivoluzione Verde
degli anni ’60, milioni di persone soffrono di fame e di malnutrizione. Nutrire i più poveri nel mondo è complicato da molti
fattori, inclusa la crescita della popolazione e l’urbanizzazione, i
cambiamenti climatici, la povertà, inadeguati sistemi di distribuzione degli alimenti, e gli alti costi di cibo ed energia. Inoltre,
l’investimento in agricoltura in molti paesi poveri è calato precipitosamente nel corso degli ultimi decenni.
Infatti, la Rivoluzione Verde non ha mai raggiunto la maggior
parte dei piccoli coltivatori, specialmente nell’Africa Sub-Sahariana poiché le nuove pratiche agricole richiedevano importanti
investimenti – sistemi di irrigazione, macchinari, carburanti,
fertilizzanti chimici e pesticidi – ben al di là delle risorse finanziarie dei piccoli coltivatori.
La buona notizia è che la rivoluzione agricola biotecnologica sta
prendendo piede nei paesi poveri più velocemente che la Rivoluzione Verde poiché questa nuova tecnologia impiega grossi
capitali in termini di conoscenza ma non in termini economici.
I progressi delle biotecnologie sono incorporati nel seme stesso
della pianta coltivata. Inoltre, grazie alla grande flessibilità fornita
dalle biotecnologie per la coltivazione, il miglioramento ottenuto
in una pianta può essere replicato in molte altre.
Comprendendo la straordinaria capacità delle biotecnologie di migliorare la salute, le economie e le condizioni di vita
delle popolazioni dei paesi in via di sviluppo, molte università,
istituzioni di ricerca, agenzie governative e aziende nel mondo
industrializzato hanno sviluppato collaborazioni per trasferire
diverse biotecnologie ai paesi in via di sviluppo. La natura delle
collaborazioni varia in base alle necessità e alle risorse dei partner
coinvolti. Per esempio:
●
●
la Cornell University ha donato alle istituzioni del Brasile,
della Tailandia e del Venezuela la tecnologia transgenica per
combattere il virus della maculatura anulare della papaia ed ha
insegnato le tecniche transgeniche ai ricercatori di quei paesi;
l’Agenzia Giapponese per la Cooperazione Internazionale ha
costruito un servizio di coltura di tessuti presso un’istituzione
di ricerca indonesiana di modo che questi scienziati potessero
sviluppare patate prive di malattie per la coltivazione. Questi
stessi ricercatori indonesiani stanno anche lavorando con gli
scienziati della Michigan State University per sviluppare patate
e patate dolci resistenti agli insetti;
●
un centro di ricerca agronomico australiano ha collaborato con
i ricercatori indonesiani in studi sulla fissazione dell’azoto e
hanno sviluppato arachidi resistenti alle malattie;
●
i Laboratori Seiberdorf (Austria) hanno lavorato con il Kenyan
Agricultural Research Institute per trasferire la tecnologia per
mutagenizzare ed incrociare la manioca;
●
la Monsanto ha donato al Kenya le tecnologie di resistenza agli
insetti per la patata dolce, al Messico per la patata e al Sudest
Asiatico per la papaia. L’azienda ha anche donato all’India la
tecnologia per la produzione di provitamina A in semi da olio;
●
Pioneer Hi-Bred e l’Egyptian Agricultural Genetic Engineering Research Institute (AGERI) hanno collaborato per
scoprire potenziali nuovi ceppi di Bt in Egitto. Pioneer ha
addestrato gli scienziati AGERI sui metodi per caratterizzare
i ceppi Bt e sulle tecniche transgeniche. I brevetti sono di proprietà di AGERI e concessi in licenza a Pioneer;
●
AstraZeneca ha addestrato gli scienziati della Indonesian
Central Research Institute for Food Crops all’uso di tecnologie
brevettate per creare mais resistente agli insetti.
●
il Malaysian Palm Oil Research Institute ha collaborato con
Unilever e con università inglesi, americane e olandesi ad una
ricerca per cambiare i valori nutrizionali dell’olio di palma e
trovarne nuovi utilizzi, come lubrificante, carburante, precursore della vitamina E, poliestere naturale e plastiche biodegradabili.
Mentre il trasferimento di tecnologia è stato e, senza dubbio,
continuerà ad essere un meccanismo essenziale per condividere i
benefici delle biotecnologie agrarie, molti paesi in via di sviluppo stanno facendo un passo avanti: stanno investendo risorse
in ricerca biotecnologica, sviluppo e commercializzazione. Le
autorità politiche di questi paesi riconoscono il potenziale delle
coltivazioni biotecnologiche per fornire autosufficienza nel campo dell’agricoltura, preservare risorse naturali, abbassare i prezzi
degli alimenti al consumo e fornire guadagni ai piccoli coltivatori. In più capiscono che le biotecnologie hanno il potenziale per
migliorare le esportazioni esistenti e crearne nuove, portando ad
un’economia più diversificata e una maggiore indipendenza.
Questi leader sanno anche che la maggior parte dei loro problemi relativi all’agricoltura possono essere risolti meglio da
scienziati locali che hanno familiarità con le difficoltà dei terreni
e del clima della regione, con le tradizioni locali, e che conoscono l’applicabilità – o l’impossibilità di applicazione – di tecnoloGuida alle Biotecnologie
49
gie che sono state sviluppate per risolvere problemi agronomici
in paesi industrializzati. Per fare progredire i loro paesi, stanno
investendo risorse umane e finanziarie per sviluppare coltivazioni biotecnologiche con forze locali. Per esempio:
●
●
●
●
Il governo Malacca in Malesia ha formato un’unità del gabinetto del Capo del Governo per promuovere la ricerca e lo sviluppo nelle biotecnologie e ha fondato il Sarawak Biodiversity
Center per assicurare l’uso sostenibile delle risorse genetiche e
per costruire un solido database per le bio-risorse;
terreno all’anno, fanno risparmiare 3,5 miliardi di dollari all’anno
in costi di sedimentazione e diminuiscono l’uso dei carburanti di
17,7 litri per acro.
Nei paesi in via di sviluppo, un singola pianta biotecnologica, il
cotone Bt, ha portato sostanziali vantaggi economici e ambientali
per i coltivatori. Secondo l’International Service for the Acquisition of AgriBiotech Applications:
●
Il Ministero pakistano della Scienza e della Tecnologia ha
preparato un piano di azione per le biotecnologie e ha finanziato un programma di tre anni per promuovere la ricerca e lo
sviluppo delle biotecnologie;
il cotone Bt ha aumentato le rese fino al 50% per i coltivatori
indiani e fino al 10% per i coltivatori cinesi, e ha ridotto l’uso
di insetticidi in entrambi i paesi fino al 50%;
●
Il National Council of Science and Technology dell’Uganda ha
costituito il primo laboratorio di biotecnologia agraria a scopi
commerciali per produrre caffé e platule di banano prive di
malattie;
in India, il guadagno dei contadini derivato dal cotone è
aumentato di 1,7 miliardi di dollari, grazie alle biotecnologie. I
coltivatori cinesi hanno avuto guadagni simili, con redditi che
crescono più di 800 milioni di dollari su base nazionale;
●
Uno studio su 9.300 nuclei familiari che coltivano il cotone in
India ha trovato che quelli che coltivano il cotone Bt hanno un
accesso leggermente maggiore a benefici sociali come visite
prenatali, assistenza nei parti in casa, scolarizzazione per i
bambini e vaccinazioni per l’infanzia.
Il governo egiziano, che sostiene l’agricoltura biotecnologica
da lungo tempo, ha rilasciato un rapporto per incoraggiare
i coltivatori a piantare piante geneticamente modificate per
beneficiare di ridotte applicazioni di pesticidi, bassi costi di
produzione, rese maggiori e aumento dei redditi.
VANTAGGI AMBIENTALI ED ECONOMICI
Poiché i coltivatori in molti paesi hanno coltivato piante biotecnologiche per molti anni, ci sono ora dati disponibili per valutare
l’entità dei vantaggi ambientali ed economici delle biotecnologie. Molti ricercatori indipendenti hanno documentato questi
vantaggi.
Secondo i dati pubblicati nel rapporto 2006 del National Center
for Food and Agricultural Policy (NCFAP), nel 2005 le piantagioni biotecnologiche adottate dai coltivatori americani hanno
aumentato le rese di 3,8 milioni di tonnellate, hanno fatto risparmiare ai coltivatori 1,4 miliardi di dollari grazie all’abbassamento
dei costi di produzione, e hanno ridotto l’uso di pesticidi di 31,6
milioni di chilogrammi. In base all’aumento delle rese ed ai costi
di produzione ridotti, i coltivatori hanno realizzato un impatto
economico netto o risparmio di 2,0 miliardi di dollari. Lo studio
NCFAP ha considerato otto piantagioni biotecnologiche – erba
medica, colza, mais, cotone, papaia, soia, zucca e mais dolce.
Il Conservation Tillage Information Center (CTIC) della Purdue University attribuisce i recenti miglioramenti nella riduzione
della pratica di dissodamento – che riduce l’erosione del suolo
– all’incrementato uso di varietà agricole resistenti agli erbicidi
prodotte con le biotecnologie. Il CTIC conclude che queste
pratiche risparmiano dall’erosione 1 miliardo di tonnellate di
50
Guida alle Biotecnologie
REGOLAMENTAZIONI DELLE BIOTECNOLOGIE NELLE
COLTIVAZIONI
La politica di regolamentazione USA per i prodotti biotecnologici è stata stabilita nel 1986 con la pubblicazione del Coordinated
Framework da parte dell’Ufficio di Politica della Scienza e della
Tecnologia della Casa Bianca. Questo quadro si basa sul lavoro
di organi internazionali di esperti (come l’Organizzazione di
Cooperazione Economica e Sviluppo e dell’USA National Academy of Sciences). Le responsabilità delle agenzie di regolazione
vengono chiarite, in riferimento alla legislatura di riferimento, e
coordinate con altre agenzie che hanno responsabilità potenzialmente sovrapponibili.
La Food and Drug Administration (FDA) valuta la sicurezza
degli alimenti e dei nuovi ingredienti alimentari. Inoltre, tutti
i produttori devono garantire la sicurezza e la qualità di tutto
quello che si introduce nella catena alimentare.
La FDA impone severi test pre-commercializzazione e controlla
la conformità alla regolamentazione delle modificazioni genetiche che alterano significativamente il valore nutrizionale dei cibi,
o usano materiale genetico attinto all’esterno della tradizionale
catena alimentare o usano allergeni conosciuti.
La FDA richiede anche l’etichettatura di qualsiasi prodotto
alimentare, preparato tramite le biotecnologie, con significative
alterazioni dei valori nutrizionali dell’alimento finale o prodotti
con materiali derivanti da allergeni noti. Per esempio, se un pro-
dotto ha usato un gene derivante dall’arachide, che è potenzialmente allergenico, questo è soggetto agli obblighi di sperimentazione ed etichettatura. La FDA ha anche l’autorità di ordinare il
ritiro dal mercato di prodotti non sicuri.
Il Ministero dell’Agricoltura USA (USDA) e l’Agenzia di Protezione Ambientale (EPA) impongono garanzie di sicurezza e/o
standard di prestazione per lo sviluppo di pesticidi, erbicidi e
coltivazioni sperimentali geneticamente modificate. L’USDA
assicura che le varietà migliorate tramite le biotecnologie sono
sicure per l’ambiente agronomico. Vengono condotte valutazioni
rigorose riguardo all’origine di nuove varietà e alle loro prestazioni in coltivazioni sperimentali contenute e controllate.
Anche l’EPA si coordina con l’USDA e la FDA, utilizzando i
suoi statuti per regolamentare la crescita di piante con caratteristiche di protezione dai parassiti. Per ogni nuovo composto che
potrebbe essere utilizzato, l’EPA stabilisce i livelli di tolleranza di
residui consentiti nei cibi.
Biotecnologie ad uso forestale
Il legno ci fornisce energia, materiali da costruzione e carta, e
le sue scorte si stanno esaurendo rapidamente. I prodotti del
legno ammontano a 400 miliardi di dollari dell’industria globale,
impiegano 3 milioni di persone, e la domanda sta aumentando,
anche se le maggiori economie, come l’Europa e il Giappone,
non sono in grado di far crescere abbastanza alberi da rispondere
alla domanda interna.
AUMENTARE LA PRODUTTIVITÀ
Gli scienziati stanno utilizzando le biotecnologie per creare
alberi che sopportino il freddo, che siano resistenti alle malattie e
agli insetti e per aumentare il loro tasso di crescita. Stanno anche
imparando ad usare le biotecnologie per migliorare l’efficienza
con cui gli alberi convertono l’energia solare in materiale vegetale
e per incanalare maggiore quantità di quella energia nella produzione di legno e meno nella produzione di polline, fiori e semi.
Tutti questi metodi di incremento della produttività potrebbero
alleggerire la pressione sulle foreste naturali.
In ogni caso, sviluppare alberi biotecnologici è un’impresa lunga
poiché gli alberi impiegano molto tempo per crescere. Così, i
ricercatori stanno cercando altri metodi per aumentare la produttività. Per esempio, stanno usando un processo biotecnologico
in un fungo per combattere le malattie che infettano gli alberi e
stanno lavorando per migliorare i microrganismi che vivono sulle
radici degli alberi e forniscono loro i nutrienti, così come i batteri
azoto-fissatori aumentano i nutrienti per la soia e l’erba medica. Inoltre, i biopesticidi sono stati utilizzati in modo estensivo
per controllare i parassiti delle foreste, e oggi si prevede che i
progressi nelle colture cellulari da insetti aumentino il numero
di agenti disponibili per il controllo degli insetti che attaccano le
foreste.
BENEFICI PER L’AMBIENTE
Forse per queste industrie l’impatto economico più rilevante
delle biotecnologie sarà legato alla modifica dei processi con cui
convertiamo gli alberi in prodotti utili. Sono in corso ricerche
estensive per aumentare la quantità di cellulosa, la materia prima
presente in un albero per la produzione della carta, e per diminuire la quantità di lignina, una molecola resistente che deve essere
rimossa nella produzione della carta. Questi miglioramenti
potrebbero anche facilitare la conversione di segatura, pezzetti di
legno e altri scarti di produzione del legno in etanolo, bioplastiche e altri prodotti biologici che possono essere prodotti con la
cellulosa.
I processi tradizionali per rimuovere la lignina dagli alberi richiedono forti solventi ed alti costi energetici; così, cambiando geneticamente il rapporto cellulosa:lignina si potrebbero ottenere
anche importanti implicazioni ambientali, così come l’aumento
del tasso di crescita degli alberi. Poiché gli alberi assorbono diossido di carbonio, qualsiasi progresso che permette di aumentare
la resa degli alberi senza abbattere le foreste potrebbe avere effetti
positivi importanti sul riscaldamento globale. Altri vantaggi
ambientali che le biotecnologie forniscono all’industria forestale
includono enzimi per:
●
pretrattare e ammorbidire scaglie di legno prima della trasformazione del legno in pasta di cellulosa;
●
rimuovere gli aghi di pino dalla pasta di cellulosa per rendere
più efficiente la produzione della carta;
●
sbiancare enzimaticamente la pasta di cellulosa evitando l’uso
di cloro;
●
togliere l’inchiostro dalla carta riciclata;
●
utilizzare gli scarti di produzione del legno per produrre energia e come materia prima per produrre composti organici ad
alto valore aggiunto;
●
risanare terreni contaminati con conservanti per il legno e
catrame di carbon fossile.
Guida alle Biotecnologie
51
Biotecnologie animali
COSA SONO LE BIOTECNOLOGIE ANIMALI?
Gli animali stanno aiutando a far progredire la biotecnologia, in
cambio la biotecnologia sta migliorando la salute animale. Le biotecnologie animali possono portare a progressi in quattro aree:
●
migliore salute e benessere degli animali;
●
miglioramenti a prodotti animali;
●
vantaggi ambientali e di conservazione;
●
progressi nella salute umana.
Le biotecnologie animali si occupano di tutti gli animali – bestiame, pollame, pesci, insetti, animali da compagnia e di laboratorio – e coinvolgono le tre più importanti tecnologie: genomica,
clonaggio e ingegneria genetica.
La tecnologia genomica va oltre l’allevamento. I principali
registri degli animali domestici utilizzano test diagnostici per
verificare le parentele. Sono disponibili in commercio nuovi test
che possono aiutare a identificare gli incroci sia sui purosangue
che sugli animali misti. La ricerca si sta anche occupando di
identificare predisposizioni genetiche alle malattie.
Clonazione animale
Genomica animale
Avere accesso al genoma di una specie da allevamento rende
possibile identificare singoli geni e proteine che possono controllare molte funzioni cruciali dal punto di vista commerciale
ed economico – dalla crescita della massa muscolare alla qualità
della carne, alla resistenza alle malattie, alla riproduzione. Perfino
sottili differenze nel corredo genetico di un solo animale possono
influire sul suo valore a scopi di incroci, allevamento su scala
industriale o etichettatura.
Gli strumenti diagnostici sviluppati attraverso l’utilizzo della
genomica stanno migliorando le procedure di gestione, la salute
animale e la qualità dei cibi. Tradizionalmente, le decisioni sugli
incroci o le selezioni di donatori di semi venivano prese attraverso l’osservazione. Ma la diagnostica su base genomica e gli strumenti di selezione offrono un’alternativa all’osservazione, con
maggiore precisione scientifica ed efficienza, portando a risultati
più consistenti e meno costosi.
Vantaggi dei prodotti a base di DNA
●
Controllo sulle malattie e sicurezza alimentare: usando il DNA
per tracciare carne animale attraverso la catena alimentare.
●
Incroci e selezioni migliorate: sviluppando animali con caratteri desiderati come maggiore massa muscolare o con aumentata
produzione di latte o di uova.
●
Aumentata efficienza di produzione animale: creando sistemi
di gestione basati su potenziale genetico.
●
Prodotto finito migliorato in qualità e consistenza: qualità di
carni certificate (come il manzo Angus) per rispondere alla
domanda dei consumatori.
52
Guida alle Biotecnologie
La clonazione di bestiame è l’evoluzione più recente della selezione incrociata assistita che si utilizzava nelle antiche pratiche di
allevamento. Gli sceicchi arabi per primi, nel XIV secolo, hanno
utilizzato l’inseminazione artificiale nei cavalli. Negli ultimi 50
anni, tecniche come il trasferimento embrionale, la fertilizzazione in vitro, la divisione dell’embrione e il trasferimento del
blastomero hanno iniziato ad essere comuni – fornendo potenti
strumenti agli allevatori ed agli appassionati di animali domestici
per incrociare gli animali migliori.
La clonazione non cambia l’aspetto genetico di un animale: è
semplicemente un’altra forma più sofisticata di riproduzione assistita. La clonazione permette agli allevatori di bestiame di creare
un’esatta copia genetica di un animale esistente – in pratica un
gemello identico.
Vantaggi della clonazione del bestiame
Clonare animali è un modo affidabile per conservare bestiame di
alta qualità e per venire incontro alle nostre necessità nutrizionali. Identificare e riprodurre animali geneticamente superiori
assicura che le mandrie mantengano il più alto livello di qualità
possibile.
La clonazione di animali offre vantaggi ai consumatori, agli allevatori ed alle specie in pericolo:
●
La clonazione accelera la nascita del ceppo migliore possibile
e permette agli allevatori di avere certezza sull’aspetto genetico
di un particolare animale.
●
La clonazione riproduce gli animali più forti e più sani in
modo da ottimizzare il benessere dell’animale e minimizzare la
necessità dell’intervento veterinario.
●
La clonazione può essere usata per proteggere specie a rischio
di estinzione. Per esempio, in Cina, le cellule di Panda sono
state conservate come assicurazione contro l’estinzione.
Per maggiori informazioni sulla clonazione animale, visita il sito
CloneSafety.org.
Animali geneticamente ingegnerizzati o “biotech”
Un animale geneticamente ingegnerizzato è un animale il cui
genoma è stato deliberatamente modificato utilizzando tecniche della moderna biotecnologia. Un animale transgenico ha
materiale genetico di un’altra specie in aggiunta al suo DNA. La
tecnologia del transgenico può migliorare i valori nutrizionali
di prodotti animali attraverso geni specifici. Inoltre, la tecnologia promette di migliorare il benessere e la produttività degli
animali, un’opportunità cruciale per venire incontro alle richieste
alimentari della popolazione globale in crescita. Gli animali
geneticamente ingegnerizzati attualmente sviluppati includono
suini, bovini, pesci e pollame, ognuno dei quali sarà attentamente valutato dalle agenzie statali di competenza prima di essere
immesso sul mercato.
Vantaggi degli animali geneticamente ingegnerizzati
Gli animali geneticamente ingegnerizzati hanno il potenziale per
migliorare la salute e la nutrizione del consumatore, così come il
benessere e la produttività dell’animale. I vantaggi includono:
●
valore nutrizionale aumentato;
●
assicurazioni sulla qualità;
●
produzioni più efficienti;
●
maggiore resistenza alle malattie;
●
migliore benessere dell’animale – meno malattie ed allungamento della vita media.
Il benessere degli animali e dell’ambiente
La tecnologia di ingegnerizzazione genetica può aiutare a ridurre
la mortalità animale e le malattie, e di conseguenza a minimizzare
la necessità di intervenire sulla salute dell’animale.
La tecnologia può anche essere usata per mitigare gli impatti
ambientali della produzione di bestiame. L’EnviroPig™, per
esempio, abbassa significativamente i livelli di inquinamento da
fosforo. Tali applicazioni sottolineano l’impegno dell’industria a
protezione dell’ambiente.
Animali geneticamente ingegnerizzati per migliorare la
salute umana
Per decenni gli animali sono stati usati per produrre farmaci per
l’uomo. I cavalli, i maiali, i conigli e altre specie sono state utilizzate per fornire prodotti come antidoti, terapie biologiche per
prevenire il rigetto di organi trapiantati, e l’eparina per fluidificare
il sangue. Le biotecnologie ora ci permettono di modificare i
geni di questi animali in modo che le proteine animali da usare
in terapia risultino maggiormente compatibili con la biochimica
umana.
La produzione animale offre anche il percorso più efficiente,
più pratico per ottenere alcuni medicinali, difficili da produrre
in quantità sufficienti utilizzando altri metodi. Per esempio, gli
animali possono produrre anticorpi umani per malattie infettive
mortali se modificati con geni del sistema immunitario umano.
La tecnologia dell’ingegneria genetica può anche essere usata per
produrre organi animali più compatibili per i trapianti nell’uomo,
un processo chiamato xenotrapianto. Le valvole del cuore dei
maiali sono già usate per sostituire le valvole danneggiate in cuori
umani. Se lo xenotrapianto potesse essere perfezionato con l’aiuto di prodotti transgenici, centinaia di migliaia di vite potrebbero
essere salvate ogni anno.
Il benessere degli animali e dell’ambiente
Gli animali ingegnerizzati che producono prodotti biomedici
sono di estremo valore, ed il loro benessere è una priorità per
chiunque lavori con questi animali.
La maggior parte di queste tecnologie sono sviluppate in specie
di animali domestici. Fintanto che questi animali vivono in allevamento e non si accoppiano con animali selvatici, il rischio per
l’ambiente è bassissimo.
Quale sarà il futuro?
La biotecnologia ci fornisce gli strumenti per rendere tutti questi
vantaggi una realtà quotidiana per i consumatori. In molti casi,
il maggior impedimento per migliorare queste tecnologie è
l’assenza di un percorso normativo chiaro che porti alla commercializzazione. Un’altra importante sfida è educare il pubblico
e le comunità scientifiche e legali sulla sicurezza, l’efficacia ed i
vantaggi di questi prodotti.
COME SONO REGOLAMENTATI I PRODOTTI DELLE
BIOTECNOLOGIE ANIMALI?
Le biotecnologie animali stanno progredendo in maniera incredibile. Se viene dimostrata la sicurezza per gli animali, gli uomini
e l’ambiente, si disporrà di un incredibile potenziale per migliorare la qualità della nostra vita. L’utilizzo della genomica animale,
un’estensione del tradizionale incrocio animale, è accettata come
sicura ed è scarsamente regolata. Ciononostante, gli scienziati
e i dirigenti delle industrie stanno aspettando la pubblicazione
Guida alle Biotecnologie
53
USO DELLE BIOTECNOLOGIE PER MIGLIORARE LA
SALUTE ANIMALE
Più di 100 prodotti delle biotecnologie animali, incluse le
bacterine e i vaccini con virus neutralizzati, vengono utilizzati in
agricoltura e per gli animali di compagnia. Nel 2006, l’industria
della salute animale ha investito 618 milioni di dollari in ricerca
e sviluppo, approssimativamente il 12% dei 5,8 miliardi di dollari
guadagnati con le vendite.
Le biotecnologie forniscono nuovi strumenti per migliorare la
salute animale e incrementare la produttività di allevamenti e
pollami. Questi miglioramenti derivano da:
1. una migliore abilità nel rilevare, curare e prevenire malattie e
altri problemi;
2. mangimi migliori derivati da piantagioni biotecnologiche studiati per soddisfare le necessità nutrizionali dei diversi animali
allevati;
finale di un quadro di regolamentazione statale per gli animali
geneticamente ingegnerizzati.
Negli Stati Uniti tre agenzie statali regolamentano l’industria
della salute animale:
●
Il Ministero dell’Agricoltura stabilisce le regole per i biologici
veterinari, i vaccini e i kit per test diagnostici.
●
La Food and Drug Administration (FDA) valuta ed approva
nuovi prodotti farmaceutici e additivi dei mangimi.
●
L’Agenzia di Protezione Ambientale regolamenta i pesticidi, e i
prodotti generici che uccidono le pulci ed altri parassiti.
Il Department of Health and Human Services ha sviluppato un
quadro normativo che regola i prodotti animali biotecnologici
derivati dall’ingegneria genetica. Il coordinamento tra le agenzie
federali sarà importante per un approccio dinamico e orientato
alla scienza. Esistono poche regolamentazioni pubblicate per i
molti prodotti biotecnologici emergenti.
All’inizio del 2008, il Centro di Medicina Veterinaria della FDA
ha pubblicato la tanto attesa valutazione sul rischio di sicurezza
alimentare circa il clonaggio di bestiame e della loro progenie, includendo la sicurezza di prodotti alimentari per consumo umano.
La FDA ha concluso che la carne e il latte di animali clonati e della loro progenie è un alimento sicuro. I passi successivi includono
lo sviluppo di un processo di gestione del rischio. Inoltre, gli
studi condotti dalla National Academy of Sciences e altri esperti
hanno stabilito che gli animali clonati e i loro prodotti sono sicuri
per il consumo umano.
54
Guida alle Biotecnologie
3. migliorata produttività del bestiame grazie a incroci animali
mirati e resistenze alle malattie.
Rendere più efficiente l’individuazione, il
trattamento e la prevenzione delle malattie animali
L’industria della salute animale ha sviluppato molte cure efficaci
che possono prevenire e curare gravi malattie del bestiame e dei
polli. Diagnosi e cure veloci, unite a forti misure di prevenzione,
aiutano ad abbassare i costi di produzione e migliorare il benessere dell’animale in generale. Inoltre, da animali da allevamento
più sani risultano alimenti più sicuri per i consumatori.
●
Le biotecnologie permettono agli allevatori di diagnosticare
velocemente le seguenti malattie infettive mediante test a
DNA e a base di anticorpi: brucellosi, pseudorabbia, dissenteria, afta epizootica, febbre catarrale maligna, leucosi aviaria,
encefalopatia spongiforme bovina (malattia della mucca
pazza) e trichinosi.
●
Gli allevatori sono in grado di gestire molte malattie di animali
in allevamento con prodotti farmaceutici biotecnologici, inclusi l’afta epizootica, la classica febbre suina, e l’encefalopatia
spongiforme bovina.
●
Nuovi vaccini biologici proteggono gli animali allevati da una
ampia gamma di malattie, inclusa l’afta epizootica, la dissenteria, la brucellosi, la polmonite da trasporto, infezioni polmonari che colpiscono i maiali (pleuropolmonite, pasteurellosi
polmonare e polmonite epizootica), la setticemia emorragica,
il colera aviario, la malattia di Newcastle del pollame, la rabbia
e l’infezione che colpisce i pesci di allevamento.
●
La tipizzazione dei patogeni su base molecolare, come il
fingerprinting genetico, ci permette di monitorare il tasso di
malattia all’interno e tra le mandrie e può identificare la fonte
dell’attacco.
●
Le analisi genetiche di patogeni animali ci portano a migliorare
la comprensione dei fattori che causano le malattie e come
controllarle efficacemente.
debolezze genetiche e geni difettosi possono essere identificati
e eliminati dai programmi di incrocio. Esempi di questo lavoro
includono quanto segue:
●
Nuovi test a DNA possono identificare maiali con la condizione genetica di sindrome da stress dei suini, che causa tremori e
morte in condizioni di stress.
●
Con test a DNA si possono identificare debolezze ereditate da
bovini, attualmente sono utilizzati in mandrie per l’incrocio in
Giappone. I test possono identificare la deficienza nell’adesione dei leucociti che causa ripetute infezioni batteriche, arresto
della crescita e morte nei primi anni di vita. Altri test a DNA
possono identificare una condizione ereditaria che produce
anemia e ritardi nella crescita dei bovini neri giapponesi.
●
La mappatura genetica e lo sviluppo di marcatori molecolari
vengono usati per identificare geni in polli che hanno sviluppato resistenza alla malattia di Marek, una malattia simile al
cancro, indotta da virus.
●
I biotecnologi dell’USDA hanno annunciato un importante
passo avanti nell’uso della tecnologia dell’ingegneria genetica
che aiuterà le vacche a resistere alla mastite, una infezione
batterica delle ghiandole mammarie che causa infiammazione,
gonfiore e abbassamento nella produzione di latte. La mastite
causa perdite fino a 2 miliardi di dollari all’anno agli allevatori
americani.
●
Utilizzando le tecniche biotecnologiche come la tecnologia del
knockout e il clonaggio si stanno producendo bovini sperimentali resistenti alla encefalopatia spongiforme bovina.
●
Utilizzando la tecnologia dell’ingegneria genetica, i ricercatori
britannici hanno sviluppato polli resistenti all’influenza aviaria.
Se i polli saranno approvati dal legislatore, occorreranno solo
quattro o cinque anni per effettuare incroci sufficienti a sostituire l’intera popolazione mondiale di polli.
Mangimi di migliori qualità da piantagioni
biotecnologiche
Le coltivazioni migliorate grazie alle biotecnologie possono
fornire mangimi con valori nutrizionali migliori per gli animali
da allevamento. I mangimi migliorati aumenteranno la dimensione, la produttività ed il tasso di crescita degli animali. Sono
allo studio versioni biotecnologiche di diverse piantagioni per la
produzione di mangimi animali:
●
Alcuni prodotti sono progettati per migliorare la qualità di
proteine, oli e disponibilità di energia nel prodotto finito del
mangime animale.
●
Una varietà di piante è progettata per allungare la durata di
scadenza del manzo migliorando le proprietà antiossidanti dei
grassi della carne.
●
Attraverso le biotecnologie, la maggiore digeribilità di fibre
alimentari di bassa qualità permetterà alle piantagioni di diventare più utili per l’alimentazione del bestiame.
●
Gli scienziati stanno lavorando per sviluppare mangimi con
vaccini edibili per animali allevati. Per esempio, in futuro, i
maiali potranno mangiare erba medica transgenica che stimola
la risposta immunitaria ad un grave virus intestinale.
Incremento della produttività del bestiame grazie
ad incroci tra animali perfezionati ed alla resistenza
alle malattie
Migliore allevamento del bestiame. L’obiettivo dei produttori di bestiame è di selezionare gli animali migliori per i loro
programmi di incrocio per ottenere la stessa resa (latte, uova,
carne, lana) con minore consumo (cibo), o aumentare la resa
mantenendo invariato il consumo. Migliorare la salute animale
così come aumentare la massa muscolare e diminuire il grasso
nei bovini e nei suini sono da sempre gli obiettivi degli allevatori
di bestiame.
Le biotecnologie forniscono un aiuto per raggiungere questi
obiettivi. Ad esempio, con le tecnologie di mappatura genetica,
gli animali naturalmente resistenti alle malattie possono essere
identificati ed utilizzati per programmi di incroci, che forniscono progenie naturalmente più sana. Al contrario, animali con
Tecnologie di riproduzione assistita (assisted reproductive technologies, ART). I produttori di bestiame sono sempre interessati
a migliorare la produttività di animali agricoli e hanno usato le
tecnologie di riproduzione assistita fin dall’inizio utilizzando
l’inseminazione artificiale negli anni ’50. Il clonaggio di animali è
il metodo più nuovo tra gli strumenti di ART.
L’uso delle biotecnologie per incrementare la produttività di
bestiame è una variante dell’incrocio selettivo. Gli allevatori
selezionano i migliori animali che possiedono i caratteri desiderati; poi, invece di incrociare gli animali, raccolgono gli ovuli e lo
sperma e permettono la fertilizzazione che avviene in una piastra
di laboratorio. Questa fertilizzazione in vitro è seguita da una
coltura embrionale, una forma di coltura cellulare di mammifero
Guida alle Biotecnologie
55
nella quale l’ovulo fertilizzato si sviluppa in embrione. Quando
l’embrione è di pochi giorni, viene prelevato dalla piastra di laboratorio e impiantato in una femmina della stessa specie – ma non
necessariamente dello stesso tipo. Questo è detto trasferimento
embrionale.
Alcune volte l’embrione, che, a questo stadio di sviluppo, è un
ammasso di cellule, viene suddiviso in più parti, ed ogni gruppo di
cellule viene impiantato. Questa forma di clonaggio è stata usata
per alcuni decenni per migliorare più velocemente l’aspetto genetico delle mandrie piuttosto che fare affidamento semplicemente su
una singola femmina che produce un solo vitello all’anno.
L’industria che clona capi di bestiame per scopi commerciali usa
anche il trasferimento nucleare di cellule somatiche (SCNT). Gli
animali per esposizione clonati con SCNT includono bovini, suini,
ovini ed equini.
●
I ricercatori possono produrre vacche, maiali e agnelli biotecnologici con grassi ridotti e più massa muscolare magra.
●
Una ricerca recente ha mostrato che potrebbero essere prodotti maiali con più acidi grassi omega-3, considerati benefici per
il cuore, utilizzando tecnologie transgeniche.
●
I progetti di mappatura genetica permettono agli allevatori
di identificare gli animali più produttivi per i programmi di
riproduzione. La tecnologia genomica ha iniziato a migliorare
gli incroci tradizionali di animali con caratteristiche superiori
con lo scopo di produrre caratteri desiderabili.
●
Le tecnologie genetiche stanno trovando una loro collocazione
nell’industria della carne.
Ad oggi, nessun animale clonato con la tecnica del SCNT né la
loro progenie sono stati introdotti nella catena alimentare. Comunque, all’inizio del 2008, la FDA ha pubblicato una valutazione
finale del rischio che conclude che i prodotti alimentari provenienti da questi animali sono sicuri, così la tecnologia di clonaggio sta
iniziando lentamente ad essere adottata negli Stati Uniti.
Altre applicazioni delle biotecnologie per la salute di
animali agricoli
Il sequenziamento del DNA di singoli animali potrebbe essere
utilizzato per la completa identificazione dell’animale, consentendo di tracciare la carne dall’allevamento alla tavola.
●
Un vaccino biotecnologico per la malattia di Newcastle nei
polli è stato approvato dall’USDA. Questo vaccino è un
prodotto farmaceutico di derivazione vegetale sviluppato per
migliorare la salute animale.
●
Il vaccino bovino prodotto nelle piante potrebbe ridurre la
diffusione di Escherichia coli 0157:H7 tra i bovini all’ingrasso,
un ulteriore contributo per aumentare la sicurezza alimentare
nelle fattorie.
MIGLIORARE I PRODOTTI ANIMALI
Le biotecnologie possono migliorare in modo significativo i
prodotti animali per il consumo umano. Alcuni di questi miglioramenti derivano da vaccini, medicine e test diagnostici che
rendono gli animali più sani. Comunque, le biotecnologie hanno
anche fatto notevoli progressi nel miglioramento di prodotti animali agendo a livello cellulare mediante la genomica, il clonaggio
e le tecnologie transgeniche. Tra le recenti conquiste:
56
Guida alle Biotecnologie
Nel 2003, è stato creato il primo SNP (polimorfismo di
singolo nucleotide) da genoma di carne bovina validato.
La tecnologia SNP è stata usata inizialmente per identificare gruppi di geni che contribuiscono ad un carattere
– per esempio, carne bovina magra. Poi, attraverso gli
incroci tradizionali, si stanno sviluppando linee di bovini
che esprimono la muscolatura aumentata.
●
Un test a DNA è stato approvato per riconoscere la carne
Angus.
●
In tutto il mondo, squadre di ricercatori stanno lavorando per
sequenziare il genoma di molte varietà animali. Nell’ottobre
2004, il Progetto di Sequenziamento del Genoma Bovino ha
annunciato di aver sequenziato con successo il genoma di mucca. A dicembre 2004, il Consorzio per il Sequenziamento del
Genoma di Pollo ha annunciato di aver sequenziato il genoma
di pollo. Alla fine del 2005, è stato lanciato un nuovo Consorzio per il Sequenziamento del Genoma di Suino.
●
Mucche biotecnologiche possono adesso produrre “latti griffati” con livelli aumentati della proteina che migliora la dieta dei
bambini o migliora la produzione di formaggi e yogurt.
●
Gli scienziati stanno ora lavorando per rimuovere dal latte le
proteine che causano l’intolleranza al lattosio. Infatti, è stato
stimato che il 90% della popolazione asiatica è intollerante al
lattosio.
●
Scienziati australiani hanno aumentato la produzione di lana
dando come mangime alle pecore lupini biotecnologici, un
alimento base della dieta estiva delle pecore.
●
Gli scienziati stanno lavorando per sviluppare gamberetti
biotecnologici in cui manca la proteina responsabile dell’80%
delle allergie ai gamberetti.
L’industria biotecnologica ha proposto soluzioni ulteriori per la
salute animale e la sicurezza alimentare.
●
●
TUTELA DELL’AMBIENTE E CONSERVAZIONE DELLE
SPECIE MEDIANTE LE BIOTECNOLOGIE ANIMALI
Impatto ambientale
Gli allevatori hanno il problema di disfarsi di più di 160 milioni
di tonnellate di letame ogni anno. Il letame, specialmente di suini
e pollame, ha valori alti di azoto e fosforo, che possono contribuire all’inquinamento delle acque superficiali e sotterranee.
●
Alcune coltivazioni migliorate con le biotecnologie possono
offrire mangimi animali che diminuiscono le escrezioni di
azoto e fosforo, l’escrezione complessiva di letame e gli odori
sgradevoli.
●
Inoltre, l’EnviroPig è un suino transgenico “amico” dell’ambiente. Questo suino ha un gene aggiunto che promuove la
fitasi salivare, così da migliorare la digeribilità e la ritenzione di
fosforo, riducendo le escrezioni di fosforo nel concime dell’animale. L’obiettivo è di abbassare le contaminazioni da fosforo
nelle falde acquifere delle aree che circondano gli allevamenti.
Conservazione di specie a rischio
Le tecnologie di clonaggio e riproduzione, così come le medicine e i vaccini sviluppati per il bestiame ed il pollame, possono
aiutare a salvare mammiferi e uccelli a rischio.
Prendendo in prestito le tecniche biotecnologiche utilizzate dagli
allevatori, i veterinari dello zoo di Omaha hanno recentemente
utilizzato iniezioni ormonali, inseminazione artificiale, colture
embrionali e trasferimenti di embrioni per produrre tre cuccioli
di tigre del Bengala. Una tigre siberiana è stata utilizzata come
madre surrogata per questi embrioni.
Su scala mondiale, i ricercatori hanno utilizzato le tecnologie
di clonaggio per preservare specie in pericolo. Nel settembre
del 2001, i ricercatori dell’Università di Teramo hanno creato
un clone di muflone Europeo, la specie di pecora selvatica più
piccola al mondo. Si pensa che ci siano meno di 1000 mufloni tra
Sardegna, Corsica e Cipro.
A gennaio del 2001, è stata clonata la prima specie a rischio, un
bue tipo guar, nata negli Stati Uniti, e morta in seguito per una
comune dissenteria. Si è stimato che i bue della varietà guar, in
India e nel Sud Est Asiatico, sono ormai meno di 36.000, a causa
dello sviluppo dell’uomo nei loro habitat naturali.
spunti per il clonaggio di altre specie selvatiche, incluse le specie
a rischio.
Nell’aprile del 2003, lo zoo di San Diego ha annunciato la nascita
di un banteng clonato, una mucca selvatica originaria dell’isola
di Java. A partire dal gennaio 2004, il banteng è stato mostrato in
pubblico allo zoo di San Diego; è stata la prima specie clonata ad
essere mostrata in pubblico in uno zoo.
Nei loro sforzi di conservazione, i ricercatori dello zoo di
San Diego impiegano anche altre biotecnologie e tecnologie
riproduttive. Nel 1975, avevano creato lo “zoo congelato”, una
banca genetica che attualmente ospita cellule congelate di più di
7000 specie di mammiferi, uccelli e rettili a rischio di estinzione.
Altre organizzazioni per la salvaguardia degli animali, inclusa
la Zoological Society di Londra e lo zoo di Cincinnati, hanno
creato banche genetiche per crioconservare campioni di DNA,
gameti e tessuti per usi successivi.
Recentemente gli scienziati cinesi hanno annunciato che sono
vicini alla clonazione del panda gigante, utilizzando la tecnologia
di clonaggio trans-specifico. Il panda gigante è una specie a forte
rischio di estinzione.
Inoltre, nel 2005, è stata clonata per la prima volta una specie di
gazzella della Mongolia a rischio di estinzione. In quell’anno è
stato fatto anche il primo clonaggio di molti altri animali, tra cui
il bufalo indiano ed un cavallo arabo campione di resistenza.
I ricercatori hanno lavorato anche su cloni di argali, la più grande
pecora selvatica al mondo, ma non sono stati in grado di produrre progenie viva.
All’inizio del 2006, sono nati i primi cavalli clonati per uso commerciale; cavalli campioni dello sport cutting sono stati clonati e
sono nati puledri sani.
Nel dicembre del 2003, è stato clonato negli Stati Uniti il primo
cervo dalla coda bianca. Sebbene non si tratti di una specie a
rischio, i ricercatori ritengono che il clone potrà fornire validi
Le tecniche di biotecnologia applicate a specie a rischio non si
limitano alla clonazione. Alcuni ricercatori stanno utilizzando
campioni genetici per studiare la distribuzione delle specie e
Guida alle Biotecnologie
57
l’uomo. Gli ostacoli principali al successo dello xenotrapianto
riguardano le reazioni immunitarie che si generano nel ricevente del trapianto, la possibilità che i tessuti o gli organi animali
possano non funzionare bene in riceventi umani, e la possibilità
che lo xenotrapianto possa portare con sé infezioni. Le biotecnologie sono state utilizzate per risolvere il problema del rigetto, e
sono stati sviluppati suini biotecnologici con organi che possono
resistere a rigetti precoci dal sistema immunitario umano.
Animali “da farmaco” (“Pharm animals”)
I ricercatori stanno sviluppando animali geneticamente ingegnerizzati, tra cui mucche, capre e pecore, che producono latte
che contiene proteine terapeutiche. Queste proteine possono
essere usate per nutrire i neonati prematuri o curare l’enfisema, la
fibrosi cistica, le ustioni, le infezioni gastrointestinali e le malattie
da immunodeficienza come l’AIDS.
Alcuni progetti interessanti in corso:
tracciare le relazioni fra differenti gruppi di animali. Questi studi
possono aiutare a prevenire eccessivi incroci tra piccoli gruppi di
animali.
Gli studi genetici possono anche aiutare a produrre popolazioni
più sane di specie a rischio attraverso l’ampliamento della diversità
genetica. I conservazionisti che stanno studiando la pantera della
Florida a rischio di estinzione si sono resi conto che man mano
che la popolazione diminuiva gli accoppiamenti fra consanguinei
diventavano più comuni. Attraverso i test genetici, i ricercatori
hanno trovato che le pantere sono strettamente imparentate ai
puma del Texas e che, in passato, si erano incrociate. Con l’introduzione di alcuni puma nel pool di incroci della pantera della Florida,
gli scienziati hanno aumentato la diversità genetica della specie,
ottenendo una popolazione di pantere più sane.
USO DELLE BIOTECNOLOGIE ANIMALI PER
MIGLIORARE LA SALUTE UMANA
Gli animali sono spesso usati come modelli per la ricerca, in
quanto molte delle tecnologie sviluppate per gli animali possono
essere trasferite agli uomini. Sono anche usati più direttamente
come fonte di farmaci ed altre terapie. Alcuni degli studi sugli
animali porteranno progressi per la salute umana:
Xenotrapianto
Sono state svolte ricerche intensive sul potenziale utilizzo di
animali biotecnologici come donatori di sangue e organi per
58
Guida alle Biotecnologie
●
Il primo medicinale per uso umano prodotto da un animale
transgenico è stato recentemente approvato dalla Commissione Europea (agosto 2006). Questa proteina è un’anti-trombina
umana, che si trova normalmente nel sangue ed ha proprietà
anti-coagulanti e anti-infiammatorie. La proteina è prodotta da
capre transgeniche il cui latte contiene l’antitrombina umana.
●
Nel 2005 in Argentina, le mucche sono state ingegnerizzate
biotecnologicamente per produrre l’ormone di crescita umano.
Gli scienziati hanno stimato che 15 di queste mucche di razza
Jersey potrebbero produrre da sole ormone di crescita umano
sufficiente a rispondere all’attuale richiesta mondiale.
●
I ricercatori olandesi stanno lavorando con conigli biotecnologici che secernono nel loro latte un potenziale farmaco
per la malattia di Pompe. La malattia di Pompe è una malattia
genetica estremamente rara che danneggia i muscoli, provoca
problemi di respirazione e in alcuni casi la morte.
●
Gli scienziati stanno lavorando con capre biotecnologiche che
producono un farmaco sperimentale anticancro.
●
Mucche biotecnologiche possono ora produrre la lattoferrina, proteina del latte umano, che è una proteina antibatterica
che può essere usata per trattare i pazienti immunodepressi o
essere aggiunta in formulati per neonati.
Gli animali possono anche generare anticorpi terapeutici con
l’inserimento di geni per creare anticorpi umani. Questi animali
possono poi essere vaccinati contro le malattie umane, e gli anticorpi possono essere raccolti dal loro sangue e usati per curare
malattie nell’uomo.
Applicazioni biotecnologiche in
acquacoltura
L’acquacoltura consiste nella crescita di organismi acquatici in
ambiente controllato. La crescita della domanda di frutti di mare
da parte dei consumatori ha spinto gli scienziati e l’industria
a studiare progetti di biotecnologia marina per aumentarne la
produzione. Utilizzando le tecniche di biotecnologia, inclusa la
tecnologia molecolare e ricombinante, gli scienziati che si occupano di acquacoltura studiano la crescita e lo sviluppo di pesci
ed altri organismi acquatici per comprendere le basi biologiche
di caratteri quali il tasso di crescita, la resistenza alle malattie o la
resistenza a condizioni ambientali negative.
I ricercatori stanno utilizzando le biotecnologie marine per identificare e combinare caratteri ritenuti di interesse in pesci e in crostacei da utilizzare per la riproduzione. I caratteri che gli scienziati e le aziende stanno studiando per la possibile incorporazione
in molti organismi marini includono la capacità di produrre una
maggiore quantità di fattori di crescita naturali dei pesci e di
composti naturali di difesa che gli organismi marini utilizzano
per combattere le infezioni microbiche. Le biotecnologie stanno
anche incrementando la produttività attraverso lo sviluppo di
additivi per i mangimi, vaccini e altri agenti farmacologici.
mali sono importanti per prevenire malattie come la rabbia, il
cimurro, la leucemia felina e l’epatite. Inoltre, i ricercatori hanno
sviluppato prodotti a base biotecnologica per trattare l’infezione
da Dirofilaria immitis, artrite, parassiti, allergie, problemi dentari,
malattie del cuore, danni renali, ansia da separazione, sindromi di
disfunzioni cognitive e altri problemi.
Fra i recenti sviluppi per la salute degli animali domestici dovuti
alle biotecnologie:
●
Gli immunologi hanno sviluppato un vaccino per il virus da
immunodeficienza felina (FIV), un organismo portato da più
del 25% dei gatti. Oltre a salvare le vite dei gatti, la ricerca per
creare il vaccino FIV ha fornito molti indizi sullo sviluppo di
un vaccino per l’HIV/AIDS.
●
La terapia genica ha restituito la vista ai cani afflitti da amaurosi
congenita di Leber, una condizione non curabile che causa la
quasi completa cecità. I ricercatori stanno anche testando una
terapia genica per il melanoma, il linfoma canino e il cancro
alle ossa. Il linfoma canino è responsabile del 20% di tutti
i tumori canini e normalmente uccide entro un mese dalla
diagnosi. Il trattamento tramite terapia genica può prolungare
la vita di un anno.
●
Il vaccino per la rabbia è stato largamente utilizzato sulle popolazioni di procioni selvatici per limitare la trasmissione della
patologia agli animali di compagnia.
Alcuni di questi miglioramenti biotecnologici sui pesci comprendono:
●
Salmoni biotecnologici che raggiungono la maturità velocemente e non vanno in ibernazione, rendendo quindi disponibile il salmone tutto l’anno.
●
Progetti per mappare il codice genetico di pulci potrebbero un
giorno far ottenere prodotti in grado di liberare i cani e i gatti
da questo insetto.
●
I ricercatori stanno cercando di sviluppare pesci più resistenti
alle malattie, tolleranti a basse concentrazioni di ossigeno
nell’acqua e tolleranti a temperature di congelamento.
●
La tecnologia degli anticorpi monoclonali viene usata per
sviluppare cure per il linfoma canino.
●
Un’altra tecnologia degli anticorpi è in uso per sviluppare
mezzi diagnostici per la peritonite infettiva felina e virus di
immunodeficienza felina.
●
Alcune specie di pesci producono naturalmente una proteina
che consente loro di sopravvivere nell’Artico. Questo gene
“anti-gelo” è stato trapiantato in altre specie di pesce in modo
che possano sopravvivere in acque molto fredde.
ANIMALI DOMESTICI
Negli Stati Uniti ci sono circa 163 milioni tra cani e gatti da compagnia (sono presenti in più del 60% delle case americane). Il legame affettivo degli Americani verso i propri animali domestici è
evidenziato dai 43 miliardi di dollari che questi spenderanno nel
2008, secondo l’American Pet Products Manufacturers Association. Questo include 10,9 miliardi di dollari in cure veterinarie.
Le cure oggi comprendono sempre più medicine preventive e
curative migliorate attraverso le biotecnologie. I vaccini ani-
Altri sviluppi recenti ottenuti grazie alle biotecnologie riguardo
agli animali di compagnia sono:
●
Il primo animale biotecnologico ad essere venduto al pubblico è arrivato sul mercato nel gennaio del 2004; GloFish sono
pesci biotecnologici ornamentali contenenti un gene preso
dall’anemone di mare. Al buio, il GloFish emette una fluorescenza di colore rosso brillante. La Food and Drug Administration USA ha condotto un completo esame scientifico e
tecnico di questo pesce biotecnologico, inclusa la valutazione
della sicurezza dell’animale in oggetto, la sicurezza umana e la
sicurezza ambientale, e ha trovato che è sicuro e innocuo per
l’ambiente.
Guida alle Biotecnologie
59
160
140
120
(milioni di acri)
Paesi industrializzati ed in via di sviluppo
Area totale coltivata con piante transgeniche, 1995-2007:
Paesi industrializzati ed in via di sviluppo
In via di sviluppo
100
Industrializzati
80
60
40
20
0
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Anno
Fonte:
Clive James, Global Status of Commercialized Transgenic Crops: 2007, ISAAA Briefs No. 37-2007. Ithaca, N.Y. International Service for the Acquisition
of Agri-biotech Applications, 2007
Area totale coltivata con piante transgeniche nel 2006 e 2007 per
nazione
%
2007*
%
+/-*
+/-(%)
134,9
53,5
142,5
50,5
7,6
5,6
Argentina
44,5
17,7
47,2
16,7
2,7
6,0
Brasile
28,4
11,3
37,1
13,2
8,7
30,6
Canada
NAZIONI
USA
2006*
15,1
6,0
17,3
6,1
2,2
14,6
India
9,4
3,7
15,3
5,4
5,9
62,7
Cina
8,6
3,4
9,4
3,3
0,8
9,3
Paraguay
4,9
1,9
6,4
2,3
1,5
30,6
Sud Africa
3,5
1,4
4,4
1,6
0,9
25,7
Uruguay
1,0
0,4
1,2
0,4
0,2
20
Filippine
0,5
0,2
0,7
0,2
0,2
40
-50
Australia
0,5
0,2
0,25
<0,1
0,25
Spagna
0,25
0,1
0,25
<0,1
—
—
Messico
0,25
0,1
0,25
<0,1
—
—
Colombia
<0,25
<0,1
<0,25
<0,1
—
—
0
—
<0,25
<0,1
—
—
Francia
<0,25
<0,1
<0,25
<0,1
—
—
Honduras
<0,25
<0,1
<0,25
<0,1
—
—
Repubblica Ceca
<0,25
<0,1
<0,25
<0,1
—
—
Portogallo
<0,25
<0,1
<0,25
<0,1
—
—
Germania
<0,25
<0,1
<0,25
<0,1
—
—
Slovacchia
<0,25
<0,1
<0,25
<0,1
—
—
Romania
<0,25
<0,1
<0,25
<0,1
—
—
—
<0,25
<0,01
—
—
Cile
0
Polonia
* in milioni di acri.
Fonte:
Clive James, Global Status of Commercialized Transgenic Crops: 2007, ISAAA Briefs No. 37-2007. Ithaca, N.Y. International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications, 2007
60
Guida alle Biotecnologie
Agricoltura biotecnologica
Prodotti sul mercato
COLZA
Colza LibertyLink® (sviluppata da Bayer CropScience)
Introdotta nel 1995, la colza LibertyLink fornisce ai coltivatori
un’ampia finestra di applicazione per utilizzare l’erbicida Liberty®
durante la stagione di crescita. L’erbicida Liberty controlla più di
100 erbe e latifoglie infestanti, senza danneggiare la coltivazione.
Questo permette un controllo efficace delle piante infestanti,
mantenendo eccellenti sia la qualità che le rese della piantagione.
Colza Ibrida InVigor® (sviluppata da Bayer CropScience)
La colza Ibrida InVigor è una varietà di colza ibrida ad alta resa
anch’essa immune all’erbicida Liberty®. I semi ibridi InVigor
sono stati venduti per la prima volta in Canada nel 1996 e negli
Stati Uniti nel 2000.
Colza Roundup Ready® (sviluppata da Monsanto) La colza
Roundup Ready permette ai coltivatori di applicare l’erbicida
Roundup® dall’alto durante la stagione di crescita, per controllare
le piante infestanti aumentando la sicurezza della coltivazione.
MAIS
Mais NutriDense® (sviluppato da BASF) Questo mais nutrizionalmente migliorato contiene una serie di caratteristiche
progettate per aumentare le prestazioni del mangime animale. Le
caratteristiche includono maggiori concentrazioni di aminoacidi,
oli ed alcuni minerali.
Mais dolce Attribute® Bt varietà Rogers® (sviluppato da Syngenta Seeds) Varietà Attribute di mais resistente agli insetti prodotte da Syngenta che hanno un alto livello di protezione contro
la piralide del mais europea e l’elotide del granturco, evitando
così danni alle piantagioni e perdite di resa.
Mais Agrisure® GT resistente ai glifosati (sviluppato da Syngenta) Mais sviluppato da un gene vegetale resistente al glifosato,
ugualmente espresso in tutta la pianta. Gli ibridi di mais con
Agrisure GT rendono le piantagioni immuni alle applicazioni di
erbicidi a base di glifosati.
Agrisure® CB/LL Agrisure (sviluppato da Syngenta) contiene
l’evento Bt11, che ha protetto i campi di mais fin da quando è
stato introdotto nel 1997. [L’evento Bt11 fornisce resistenza ai
lepidotteri tramite l’espressione di una proteina di Bacillus thuringiensis, batterio che è presente nel suolo in natura, e produce
una proteina che è tossica per i lepidotteri.] Inoltre, tutti gli ibridi
con Agrisure CB/LL tollerano l’erbicida Liberty®. I benefici di
LibertyLink® forniscono ai coltivatori un’alternativa per controllare le infestanti.
Agrisure® RW (sviluppato da Syngenta) contiene un gene
completo Cry3Aa modificato di Bacillus thuringiensis, che ha
in sé la capacità di controllare la diabrotica del mais del nord,
dell’ovest e messicana, con risultati ottimi per quanto riguarda
la resa. Un carattere innovativo del processo di conversione
permette agli ibridi con Agrisure RW di dare la massima resa possibile, proteggendo allo stesso tempo in modo eccellente dalla
diabrotica del mais.
Agrisure® GT3000 (sviluppato da Syngenta) è un prodotto
con più geni introdotti simultaneamente, ottenuto combinando
mais Agrisure tollerante al glifosato e mais resistente alla piralide
del mais e alla diabrotica del mais, per offrire ai coltivatori un
vantaggio completo inglobando tutti i caratteri di protezione in
un singolo ibrido genetico di élite.
Resistenza agli insetti Herculex® I (sviluppato da Dow AgroSciences e Pioneer Hi-Bred International, Inc.) Questi ibridi
di mais forniscono la protezione a più ampio spettro attualmente
disponibile dagli insetti che attaccano la parte aerea della pianta,
incluse la piralide di mais europea di prima e seconda generazione, quella del sud-ovest, l’agrotide nera, la Richia albicosta (specie
di agrotide), la lafigna, la minatrice della canna da zucchero, la
Diatraea crambidoides (specie di piralide del mais) e l’Elasmopalpus lignosellus (specie di piralide del mais). Tutti gli ibridi
Herculex I contengono anche LibertyLink®, che li rende immuni
alle applicazioni dell’erbicida Liberty®, e alcuni sono disponibili
con il mais 2 Roundup Ready®.
Resistenza alla piralide Herculex® RW (sviluppato da Dow
AgroSciences e Pioneer Hi-Bred International, Inc.) Ibridi di
mais contenenti la resistenza alla piralide Herculex RW e che forniscono protezione all’apparato radicale dalle piralidi dell’ovest,
del nord e messicana. Tutti gli ibridi Herculex RW contengono
anche LibertyLink®, che li rende immuni alle applicazioni dall’alto dell’erbicida Liberty®, e alcuni sono disponibili con il mais 2
Roundup Ready®.
Mais Herculex® XTRA resistente agli insetti (sviluppato da
Dow AgroSciences e Pioneer Hi-Bred International, Inc.)
Ibridi di mais che contengono Herculex XTRA , una protezione
contro gli insetti dovuta alla combinazione dei caratteri di Herculex I e Herculex RW, e che forniscono la protezione a più ampio
spettro attualmente disponibile sul mercato dagli attacchi degli
insetti alla parte aerea e all’apparato radicale della pianta. Tutti
gli ibridi Herculex XTRA contengono anche LibertyLink®, che
li rende immuni alle applicazioni dell’erbicida Liberty®, e alcuni
sono disponibili abbinati al mais 2 Roundup Ready®.
Mais LibertyLink® (sviluppato da Bayer CropScience) Introdotto nel 1997 negli Stati Uniti e nel 1998 in Canada, il mais LibertyLink fornisce ai coltivatori un’ampia finestra di applicazione
per utilizzare l’erbicida Liberty® durante la stagione di crescita.
L’erbicida Liberty controlla più di 100 erbe e latifoglie infestanti,
senza danneggiare la piantagione.
Guida alle Biotecnologie
61
Mais Roundup Ready® (sviluppato da Monsanto) Approvato nel 1997, il mais Roundup Ready permette ai coltivatori di
applicare l’erbicida Roundup® durante la stagione di crescita, per
controllare le piante infestanti.
Mais YieldGard® Borer (sviluppato da Monsanto) Introdotti
nel 1997 negli Stati Uniti, gli ibridi di mais YieldGard Borer
offrono protezioni per tutta la stagione ed all’intera pianta dalla
piralide europea, e controllano anche la piralide del sud-ovest.
Mais YieldGard® resistente alla diabrotica (sviluppato da
Monsanto) Il mais YieldGard porta la resistenza alla diabrotica
del mais. I prodotti attuali includono YieldGard Rootworm
accoppiato alla tecnologia Roundup Ready®.
Mais YieldGard® Plus (sviluppato da Monsanto) Il mais
YieldGard Plus è il primo prodotto che introduce due caratteri
per la protezione dagli insetti in un singolo seme, combinando la
protezione contro la piralide di mais europea e la diabrotica del
mais.
Mais YieldGard® Plus con Roundup Ready® (sviluppato da
Monsanto) Il mais YieldGard Plus con Roundup Ready® è il
primo seme che contiene tre caratteri biotecnologici separati, la
resistenza alla piralide e alla diabrotica del mais europea oltre che
la tolleranza alle applicazioni dall’alto con erbicida Roundup.
Mais YieldGard® VT™ Triple (sviluppato da Monsanto) Ibridi
che sono stati creati utilizzando un processo chiamato tecnologia
VecTran, che sta per trasformazione con Vector-Stack. Il vettore
combina due tratti, Roundup Ready® e YieldGard Rootworm,
utilizzando un singolo processo di inserzione del DNA ed è
unito a YieldGard Corn Borer.
GAROFANI
Garofano Moondust (introdotto nel 1996 da Florigene [già
Calgene Pacific]) Il primo garofano lilla, seguito da Moonshadow (1998), un garofano viola. Gli incroci tradizionali sono stati
fallimentari per produrre questi fiori con tonalità nello spettro
del lilla-blu-viola a causa di un gap genetico; questi mancano
dell’abilità di produrre pigmento blu, la delfinidina. Florigene ha
anche sviluppato un attivo programma di ricerca per allungare la
vita dei fiori recisi.
COTONE
Cotone Bollgard® resistente agli insetti (sviluppato da Monsanto) Introdotto nel 1996, il cotone con il gene Bollgard della
Monsanto protegge contro la tignola del cotone, il verme rosa
del cotone, e elotide del tabacco. Il cotone Bollgard è un ottimo
esempio di come le biotecnologie possano ridurre la quantità
di applicazioni di pesticidi su una specifica coltura. Secondo il
62
Guida alle Biotecnologie
fornitore della tecnologia, i coltivatori che usano la tecnologia
Bollgard nebulizzano in media 2,5 volte in meno applicazioni per
acro, rispetto ai coltivatori di cotone convenzionale. Questo dato
è messo in evidenza dalla ricerca dell’Agenzia di Protezione Ambientale (EPA). In un solo anno, il 1999, l’EPA ha stimato che i
coltivatori che hanno piantato cotone Bollgard abbiano ridotto le
loro applicazioni di insetticida di 726,4 tonnellate.
Cotone Bollgard® II resistente agli insetti (sviluppato da
Monsanto) Bollgard II è la seconda generazione della tecnologia
di cotone protetto dagli insetti della Monsanto. Questa nuova
tecnologia del cotone è stata progettata per offrire nuovi vantaggi
ai coltivatori del cotone, tra cui un più vasto spettro di controllo
degli insetti dannosi ed una difesa più efficace contro lo sviluppo
di resistenze negli insetti bersaglio. La ricerca indica che Bollgard
II fornirà un controllo migliore della tignola del cotone, della
nottua della barbabietola, della lafigna, e della geometra della
soia rispetto a Bollgard.
Cotone LibertyLink® (sviluppato da Bayer CropScience) Il
cotone LibertyLink fornisce ai coltivatori un’ampia finestra di
applicazione per utilizzare l’erbicida Liberty® dall’alto durante la
stagione di crescita. L’erbicida Liberty controlla più di 100 erbe
e latifoglie infestanti, senza danneggiare la piantagione. Il cotone
LibertyLink è offerto nelle migliori varietà FiberMax®.
Cotone Roundup Ready® (sviluppato da Monsanto) Approvato nel 1996, il cotone Roundup Ready® tollera sia l’applicazione
dall’alto e quella post-directed dell’erbicida Roundup®. Il cotone
Roundup Ready fornisce ai coltivatori un’eccellente risorsa per
evitare il dissodamento nei propri campi.
Cotone Roundup-Ready® Flex (sviluppato da Monsanto)
Cotone Roundup Ready di nuova generazione dovrebbe fornire
ai coltivatori una finestra allargata di applicazioni dell’erbicida
Roundup®.
Cotone WideStrike® resistente agli insetti (sviluppato da
Dow AgroSciences) è un carattere derivato da due geni che for-
nisce uno spettro di protezione molto ampio dagli insetti. Questo
carattere protegge per l’intera stagione contro un’ampia gamma
di lepidotteri dannosi, inclusa la tignola del cotone, il verme rosa
del cotone, l’elotide del tabacco, le agrotidi formanti eserciti e la
geometra.
LATTE E PRODOTTI CASEARI
Chymogen® (sviluppato da Genencor International e commercializzato da Chr. Hansen’s) Chymogen è una versione
prodotta biotecnologicamente di un enzima (la chimosina) che
si trova nei vitelli e che fa cagliare il latte per produrre formaggio.
Poiché è un prodotto biotecnologico, è più puro e più abbondante, senza la variabilità nella qualità e nella disponibilità dell’enzima presente nello stomaco dei vitelli. Questo prodotto viene
usato approssimativamente nel 60% del totale dei formaggi a
pasta dura prodotti attualmente.
Posilac® Somatotropina Bovina (BST) (sviluppata da
Monsanto) BST è un ormone proteico che si trova naturalmente nelle mucche e le induce a produrre latte. BST migliora la
produzione di latte dal 10 al 15% e viene usato dai produttori le
cui mandrie rappresentano più del 30% delle mucche in USA. La
FDA lo ha approvato nel 1993.
ChyMax® (derivato dalla fermentazione) (sviluppato da
Pfizer, commercializzato da Chr. Hansen’s) ChyMax è un’altra
versione della chimosina, un enzima che fa cagliare il latte. È un
ingrediente per la fermentazione avanzata ed è di maggior purezza, qualità e rendimento rispetto al caglio naturale.
PAPAIA
Rainbow e SunUp (sviluppate da Cornell Research Foundation e dal Papaya Administrative Committee) Rainbow (un
ibrido dalla polpa gialla tra una papaia convenzionale e una
geneticamente migliorata) e SunUp (una papaia transgenica
dalla polpa rossa) sono state migliorate per resistere al virus
della maculatura anulare della papaia, una malattia che porta alla
distruzione della pianta e che ha quasi cancellato l’industria della
papaia delle Hawaii negli anni ’90.
più economica di materia prima di alta qualità per saponi, detergenti e grassi sostitutivi di burro di cacao. Le piante di ravizzone
prodotte hanno dato un olio contenente più del 45% di laurato.
SOIA
Soia Roundup Ready® (sviluppata da Monsanto) Introdotta
nel 1996, la soia Roundup Ready permette ai coltivatori di applicare dall’alto l’erbicida Roundup® durante la stagione di crescita.
Il risultato è il controllo delle piante infestanti senza effetti sulla
prestazione della piantagione e sulla resa.
ALTRI PRODOTTI
Messenger® (sviluppato da EDEN Bioscience) Questo è il primo di una serie di prodotti basati sulla tecnologia delle proteine
“a forcina” (harpin) presenti in natura. Approvato dall’Agenzia
di Protezione Ambientale USA nell’aprile del 2000, Messenger
stimola i processi di crescita e di difesa della pianta senza alterare
il suo DNA. I trattamenti con Messenger facilitano la crescita
di piante più sane e l’aumento della resa, danno una migliore
resistenza alle malattie ed sono un deterrente per insetti come
i nematodi. Messenger è un prodotto etichettato, attualmente
venduto per il cotone, il limone, il melo, le fragole, il riso, i pomodori, i peperoni, le cucurbitacee, le piante con bacche, le sementi
per il prato, la patata e molte altre coltivazioni.
In corso di sviluppo
ALFALFA O ERBA MEDICA
Alfalfa Roundup Ready® (sviluppata con la tecnologia
Monsanto) permette ai coltivatori di applicare dall’alto l’erbicida
Roundup® durante la stagione di crescita dell’erba medica per
controllare le piante infestanti.
MELE
Mela resistente all’insetto-Bt (sviluppata con la tecnologia
Monsanto) Queste mele avranno la protezione contro la tignola
delle mele.
ARACHIDI
BANANE
Arachidi Flavr Runner Naturally Stable (sviluppati da Mycogen) Queste arachidi hanno un profilo di acidi grassi modificato
per produrre noccioline con alte concentrazioni di acido oleico.
Il beneficio per l’industria consiste nell’allungare il tempo di
conservazione di noccioline, dolciumi e burro di arachide.
Banane resistenti alle malattie (sviluppate dalla DNA Plant
Technology Corporation) Questo tipo di banane sarà resistente
alla malattia fungina causata dalla sigatoka nera.
RAVIZZONE
COLZA
Colza resistente alle malattie (sviluppata da DuPont) Una
colza che può resistere a malattie come la Sclerotina.
Laurical® (sviluppato da Calgene, LLC) Laurical è una fonte
Guida alle Biotecnologie
63
MAIS
Mais con migliorata resistenza alla siccità (sviluppato da
DuPont) Ibridi di mais che possono assorbire più efficientemente l’umidità dal terreno o sopravvivere a periodi di siccità
continuando ad avere una resa elevata.
Mais EXTRAX™ (sviluppato da Monsanto) Un nuovo sistema
di lavorazione del mais sviluppato da Renessen, fissato ad un
impianto convenzionale di molitura a secco per la produzione
di etanolo, che permette all’impianto di produrre un più vasto
assortimento di prodotti di alta qualità. Oltre all’etanolo, un
mulino che utilizza il sistema di lavorazione del mais EXTRAX
produrrà olio vegetale adatto all’alimentazione e mangimi animali migliorati.
Mais tollerante alla siccità (sviluppato da Monsanto) Il
mais tollerante alla siccità di prima generazione ha l’obiettivo
di minimizzare i rischi nella coltivazione tamponando gli effetti
di limitazioni d’acqua, soprattutto in regioni che hanno carenza
d’acqua tutto l’anno. Negli Stati Uniti storicamente la regione
maggiormente soggetta a siccità è l’area secca delle grandi pianure occidentali.
Mais tollerante alla siccità – Seconda Generazione
(sviluppato da Monsanto) Il mais di seconda generazione che
tollera la siccità si propone di aumentare la stabilità di resa di
ampie coltivazioni e ridurre la richiesta di acqua in ambienti dove
scarseggia.
Mais con rese maggiori (sviluppato da Monsanto) si prefigge
di aumentare la resa intrinseca di mais ibridi con inserzioni di
geni chiave.
Mais Mavera™ (sviluppato da Monsanto) La serie di prodotti
di mais di alta qualità Mavera contiene oltre il 50% in più di olio
rispetto al mais tradizionale. I prodotti Mavera con alto contenuto di olio offrono un vantaggio eccezionale se utilizzati nel nuovo
sistema di lavorazione Renessen EXTRAX™. Il mais Mavera di
alta qualità appartiene ad una gamma di prodotti la cui resa sta
aumentando col tempo grazie sia agli incroci avanzati e sia agli
approcci biotecnologici.
Nitrogen Utilization Corn (sviluppato da Monsanto) Questo
approccio si basa sui metodi con cui le piante di mais possono
utilizzare l’azoto con maggiore efficienza, esplorando il potenziale per incrementare la resa in condizioni normali di azoto o per
stabilizzare la resa in ambienti con bassi livelli di azoto.
Mais SmartStax™ (sviluppato da Monsanto), un sistema che
combina otto differenti geni che forniscono tolleranza ad erbicidi
e resistenza ad insetti e includerà resistenza agli insetti che attaccano la parte aerea e l’apparato radicale della pianta, tra le quali le
64
Guida alle Biotecnologie
tecnologie Herculex® I e Herculex RW della Dow AgroSciences,
le tecnologie YieldGard® VT Rootworm/RR2™ e YieldGard® VT
PRO™ della Monsanto, e i due sistemi di controllo delle infestanti già affermati Roundup Ready® e LibertyLink®.
YieldGard® Rootworm III (sviluppato da Monsanto) è progettato per offrire un controllo migliore e una durata maggiore
contro la diabrotica utilizzando due distinti meccanismi di azione che forniscono due approcci al controllo degli insetti.
YieldGard® VT™ PRO (sviluppato da Monsanto) è la seconda generazione di YieldGard® Corn Borer e allarga lo spettro di
controllo contro gli insetti per includere l’elotide del granturco e
la lafigna. Inoltre, la persistenza delle caratteristiche è maggiore
grazie all’uso di due proteine che aumentano la resistenza agli
insetti tramite due distinti meccanismi d’azione.
Mais con maggiore disponibilità di energia (sviluppato da
DuPont) è un mais che il bestiame riesce a digerire più facilmente che contiene nel chicco nutrienti più efficacemente assimilabili.
Seconda-Generazione YieldGard® Corn Borer (sviluppato
da Monsanto) La seconda generazione di mais immune alla
piralide della famiglia di YieldGard dovrebbe fornire uno spettro
di controllo sugli insetti ancora più ampio rispetto all’attuale
YieldGard. Oltre a controllare la piralide dell’Europa e del sudovest, studi sul campo indicano che fornirà un controllo più
efficace sull’elotide del granturco, la lafigna e l’agrotide nera. Il
mais protetto contro la piralide di prossima generazione conterrà
un nuovo gene con un unico meccanismo d’azione rispetto a
YieldGard Corn Borer o ad altri prodotti presenti sul mercato, in
modo da ridurre il rischio che gli insetti sviluppino resistenza ed
assicurare che i prodotti protetti dagli insetti rimangano efficaci
per anni.
Mais amilasi per produzione migliorata di etanolo (sviluppato da Syngenta) L’amilasi converte l’amido in zucchero;
l’inclusione dell’espressione di amilasi in mais da lavorazione ha
le potenzialità per ridurre i costi di produzione dell’etanolo fino
al 10%.
Mais con un controllo ad ampio spettro sui Lepidotteri (sviluppato da Syngenta) proteggerà il mais con un controllo di alto
livello su un’ampia gamma di insetti lepidotteri che attaccano la
parte aerea della pianta tra cui la lafigna, l’elotide del granturco,
Loxagrotis albicosta Smith, l’agrotide nera e la minatrice della
canna da zucchero, che sono i principali parassiti negli Stati Uniti, in Brasile e in Argentina. Il gene contenuto nel prodotto ha un
distinto meccanismo di azione che è strutturalmente e funzionalmente differente dai geni contenuti nelle tecnologie di controllo
degli insetti attualmente sul mercato.
Mais con un ampio spettro di controllo sui Lepidotteri
accoppiato al controllo della piralide (sviluppato da Syngenta) Unione del prodotto Agrisure® CB/LL (Bt11) con il
Broad Spectrum Lepidoptera Control, che contiene una nuova
proteina insetticida chiamata Vegetative Insecticidal Protein 3A.
La combinazione di questi tratti permette il controllo di un’ampia gamma di larve di parassiti lepidotteri. Questa tecnologia
unirà due geni, si tratta del primo approccio nuovo al controllo
dei lepidotteri del mais da quando è stata introdotta la tecnologia
transgenica nel 1995.
Tolleranza alla siccità (sviluppato da Syngenta) Questa
tecnologia utilizza una combinazione di geni che miglioreranno
l’abilità della pianta di vivere in condizioni di stress da siccità.
Queste combinazioni miglioreranno di circa il 10% le rese in
condizioni di siccità, o permetteranno ai coltivatori di mantenere
le rese esistenti utilizzando il 50% in meno di acqua.
Carattere Nitrogen Use Efficiency (sviluppato da DuPont)
Il carattere “uso efficace dell’azoto” permetterà ai coltivatori di
applicare quantità ridotte di azoto alle loro coltivazioni di mais
mantenendo invariate le rese complessive o aumentando le rese
ottenute con le quantità di azoto usate attualmente.
Carattere Optimum® GAT® (sviluppato da DuPont) Il carattere Optimum GAT (Glyphosate ALS Tolerance) offre ai coltivatori di mais una nuova e migliore scelta tra le varietà resistenti
agli erbicidi che massimizza la resa e la produttività, migliora la
sicurezza della coltura ed aumenta le opzioni di controllo delle
infestanti. DuPont ha programmato di lanciare Optimum GAT
in mais entro il 2010.
Mais resistente all’erbicida Dow AgroSciences (DHT1) (sviluppato da Dow AgroSciences) Fornirà tolleranza a erbicidi per
latifoglie ed erbe infestanti inclusi fenossi auxine e la famiglia di
erbicidi “fop”. DHT1 migliorerà le prestazioni di erbicidi glifosati
e glufosinati e migliorerà ulteriormente i sistemi di coltura
resistenti agli erbicidi e sarà accoppiato con caratteri Herculex®
Protection.
Cotone resistente a dicamba e glufosinati in associazione
a Roundup Ready® Flex cotton (sviluppato da Monsanto)
Rappresenta il primo prodotto industriale che accoppia tre tipi
di tecnologia di resistenza agli erbicidi tra cui Roundup Ready®
Flex, tolleranza al dicamba e tolleranza al glufosinato. Questo prodotto fornirà due nuovi modi di azione combinati con
Roundup Ready Flex per fornire ai coltivatori del cotone il più
efficiente sistema di gestione delle infestanti disponibile.
Cotone tollerante alla siccità (sviluppato da Monsanto) è
progettato per minimizzare il rischio nella coltivazione di cotone
fornendo stabilità di resa in ambienti sottoposti a sporadici o
consistenti stress idrici e riducendo il bisogno di acqua in campi
irrigati.
Cotone GlyTol® (sviluppato da Bayer CropScience) Il cotone
GlyTol è una soluzione di gestione delle erbe infestanti che fornirà ai coltivatori un sistema alternativo flessibile ed efficiente per
la gestione delle erbe infestanti le piantagioni di cotone. Il cotone
GlyTol offrirà tolleranza a numerose formulazioni di erbicidi
glifosati.
Cotone GlyTol® + LibertyLink® (sviluppato da Bayer CropScience) Il cotone GlyTol + LibertyLink incorporerà resistenza
agli erbicidi glifosati e ammonio glufosinati. Questo prodotto
sarà una nuova soluzione efficace per la gestione delle erbe
infestanti fornendo opzioni aggiuntive e flessibilità ai coltivatori
di cotone.
Vegetative Insecticidal Protein Cotton (VipCot) (sviluppato
da Syngenta) Questa seconda generazione di controllo degli
insetti ha uno spettro più ampio ed un nuovo meccanismo di
azione. VipCot fornirà ai coltivatori un’alternativa ai prodotti Bt
esistenti e migliorerà la flessibilità dei coltivatori nella gestione
della resistenza degli insetti.
LATTUGA
Lattuga Roundup Ready® (sviluppata con tecnologia Monsanto) Permette applicazioni dall’alto di erbicida Roundup® durante la stagione di crescita al fine di controllare le erbe infestanti.
COTONE
Cotone Bollgard® III (sviluppato da Monsanto) la terza generazione di controllo degli insetti che allarga ulteriormente la gamma di controllo sugli insetti lepidotteri, incorporando una nuova
proteina Bt. L’obiettivo sarà di ottenere il controllo di parassiti
multipli con migliore protezione lungo tutta la stagione.
Cotone resistente ai miridi (sviluppato da Monsanto) Rende
il cotone resistente anche al Lygus pratensis che danneggia le capsule del cotone, colpisce la salute della pianta e riduce la resa.
PATATE
Patate Amflora (sviluppate da BASF) Queste patate con amidi
geneticamente migliorati offrono notevoli vantaggi nella qualità
delle materie prime in molte industrie. Le industrie della carta,
tessile e degli adesivi, per esempio, presto potranno trarre vantaggio della patata Amflora della BASF, che fornisce l’amilopectina
dell’amido in una forma pura direttamente dal tubero della
patata.
Guida alle Biotecnologie
65
RISO
Riso LibertyLink® (sviluppato da Bayer CropScience) Bayer
CropScience sta ottenendo le autorizzazioni dagli enti di controllo competenti in paesi chiave. Quando il riso LibertyLink sarà
utilizzato insieme all’erbicida Liberty®, consentirà agli agricoltori
di controllare meglio le erbe infestanti e potrebbe incoraggiare il
risparmio d’acqua.
SOIA
Soia Dicamba-tolerant (sviluppata da Monsanto) fornisce un
nuovo, unico, meccanismo di azione per controllare le infestanti.
È progettata per fornire ai coltivatori di soia il sistema di gestione
delle infestanti più efficiente e con rese migliori quando accoppiato con il carattere Roundup Ready® 2 Yield® di Monsanto.
Prima e Seconda Generazione di Soia High-Oil (sviluppata
da Monsanto) mirano ad aumentare il contenuto di olio nei
semi di soia per migliorare la resa nella spremitura, aiutando così
i produttori a rispondere alla domanda di oli vegetali per uso
alimentare e per biocarburanti.
Soia High-Stearate (sviluppata da Monsanto) è progettata
per avere livelli elevati di stearato per migliorare la consistenza
e ridurre i livelli di acido linoleico per un’aumentata stabilità di
molti tipi di alimenti basata sulla presenza di grassi solidi.
Prima e Seconda Generazione di Soia ad Alta Resa (sviluppata da Monsanto) si prefiggono di incrementare la resa potenziale
intrinseca della soia attraverso l’inserimento di geni chiave.
Soia Improved Protein (sviluppata da Monsanto) fornirà
soia con sapore, consistenza e proprietà salutari migliorati per
aiutare a rispondere alla domanda di cibi più salutari da parte dei
consumatori.
Soia Insect-Protected + Roundup Ready 2 Yield® (sviluppata
da Monsanto) utilizza la stessa tecnologia Bt ampiamente adottata nel mais e nel cotone per controllare gli insetti lepidotteri
che creano un notevole danno economico ai coltivatori del Sud
America. Le soie resistenti agli insetti saranno introdotte insieme
con la soia Roundup Ready 2 Yield® per un efficace controllo su
insetti ed erbe infestanti.
Soia Arricchita di Omega-3 (sviluppata da Monsanto)
rappresenta una fonte agricola di acidi grassi essenziali omega-3.
Questo prodotto mira a produrre un olio contenente il 20% di
acidi grassi omega-3 con il sapore, la durata e la stabilità dell’olio
di semi di soia.
Roundup Ready 2 Yield Soybeans® (sviluppata da Monsanto)
è la soia Roundup Ready® di seconda generazione progettata per
fornire ai coltivatori una soia che sia immune alla famiglia di erbi-
66
Guida alle Biotecnologie
cidi Roundup® e abbia rese migliori, con l’obiettivo di migliorare
le rese dal 7 all’11% rispetto alla soia Roundup Ready®.
Soia Disease Resistance (sviluppata da Monsanto) si prefigge
di ridurre l’impatto della ruggine asiatica della soia sulla produzione di soia.
Soia resistente ai Nematodi (sviluppata da Monsanto) Si
prefigge di fornire un controllo migliore dell’anguillula della
soia rispetto a quello fornito attualmente da altri geni presenti in
piante transgeniche in uso.
Soia Vistive® III (sviluppata da Monsanto) Progettata combinando incroci e biotecnologie per abbassare il contenuto negli
oli di soia di acidi linoleici e saturi aumentando allo stesso tempo
il contenuto di acido oleico per produrre olio con il contenuto
di grassi monoinsaturi dell’olio di oliva e il basso contenuto di
grassi saturi dell’olio di colza.
Soia LibertyLink® (sviluppata da Bayer CropScience) Quando usata insieme con l’erbicida glufosinate ammonio (Liberty®,
Ignite® 280), questa soia permetterà ai coltivatori una migliore
flessibilità nel controllo delle erbe infestanti e importanti strategie di gestione delle resistenze delle infestanti.
Soia con Funzionalità delle Proteine Migliorata (sviluppata
da Dupont) Soia da usare come additivo alimentare che migliora
la qualità e la consistenza dei prodotti alimentari.
Soia Optimum® GAT® trait (sviluppata da DuPont) Il carattere
Optimum GAT (Glyphosate ALS Tolerance) offre ai coltivatori
di soia una nuova e migliore scelta nella resistenza agli erbicidi
che massimizza la resa e la produttività, migliora la sicurezza
della coltura e amplia le opzioni di controllo delle erbe infestanti.
DuPont pianifica l’introduzione iniziale del prodotto per il 2009.
Soia ad Alto Contenuto di Acidi Oleici (sviluppata da DuPont e Bunge) La soia con livelli alti di acido oleico sarà il primo
prodotto transgenico che fornirà vantaggi diretti al consumatore.
Si tratta di prodotti a basso contenuto di acidi grassi trans, a bassa
saturazione con alta stabilità al calore per migliorare le prestazioni durante la frittura. La notevole stabilità dell’olio al calore in
contesti industriali o nei trasporti permette anche lo sviluppo di
alternative ai prodotti a base di petrolio rinnovabili e in accordo
con l’ambiente. L’introduzione in commercio della soia ad alto
contenuto di acido oleico è previsto nel 2009.
Soia resistente all’erbicida Dow AgroSciences (DHT2) (sviluppata da Dow AgroSciences) fornirà resistenza agli erbicidi per
erbe infestanti e latifoglie, inclusi fenossi auxine e la famiglia di
erbicidi “fop”. DHT2 migliorerà le prestazioni degli erbicidi glifosati e inoltre migliorerà i sistemi di coltura immuni agli erbicidi.
FRAGOLE
VARIE
Fragole (sviluppate da DNA Plant Technology Corporation)
L’azienda sta inserendo geni per conferire resistenza all’erbicida
glifosate ed alle malattie fungine.
Salmone, Tilapia, Trota e Passera Nera AquaAdvantage® (sviluppati da Aqua Bounty Farms) Il salmone AquaAdvantage®
ha la capacità di crescere dallo stato di uova alla dimensione di
vendita (da 3 a 5 kg) in un anno o un anno e mezzo. Le tecniche
di allevamento tradizionali del pesce richiedono due o tre anni
per far arrivare un pesce sul mercato. Questo nuovo salmone
potrebbe rendere la piscicoltura più sostenibile per l’ambiente,
diminuire lo sfruttamento eccessivo delle scorte di salmone
selvatico e abbassare i costi per i consumatori. Aqua Bounty
prevede di commercializzare il salmone AquaAdvantage® entro
due o tre anni.
BARBABIETOLA DA ZUCCHERO
Barbabietola da zucchero Roundup Ready® (sviluppata da
Monsanto) Le barbabietole da zucchero Roundup Ready® sono
tolleranti all’erbicida Roundup® e forniscono ai coltivatori una
nuova alternativa di controllo delle infestanti.
ERBA DA PRATO
Agrostis palustris Roundup Ready® (sviluppata con la tecnologia Monsanto) Permette ai coltivatori di applicare dall’alto
erbicida Roundup® durante la stagione di crescita, per controllare
Poa annua, Poa trivialis e altre infestanti dei prati erbosi dei campi
da golf permettendo un controllo più flessibile delle infestanti e
riducendo i costi di gestione dei prati.
COLTURE “ENERGETICHE”
Panico verga Blade™ (sviluppata da Ceres) Arriveranno in primavera 2009, e saranno le prime varietà coltivate di panico verga
sviluppate specificamente per i biocarburanti.
Sorgo Blade™ (sviluppata da Ceres) Arriverà in primavera
2009, è un sorgo ad elevata biomassa sviluppato specificamente
per i biocarburanti.
Frutta e verdura geneticamente modificata con una più lunga
durata post-raccolta (sviluppata da Agritope, Inc., che una
sussidiaria di proprietà di Epitope, Inc.) Usando la tecnologia
del controllo dell’etilene, Agritope, Inc., ha creato pomodori e
lamponi a maturazione dilazionata e con maggiore durata.
Fitasi per Mangimi Animali (sviluppati da Syngenta e
Zymetrics) L’enzima fitasi rilascia nutrienti a base di fosforo in
mangimi animali in una forma che può essere facilmente digerita
da animali a stomaco singolo come maiali, polli e tacchini. L’aggiunta di fitasi può migliorare i valori nutrizionali del mangime e
ridurre i livelli di fosforo in concimi animali, il che può aiutare a
migliorare la qualità dell’ambiente. I nuovi integratori microbici
(Zymetrics) e di fitasi di mais (Syngenta) sono progettati con
maggiore termostabilità, il che fornisce ai produttori di bestiame
maggiori alternative per sviluppare razioni di mangimi.
Guida alle Biotecnologie
67
Biotecnologie
alimentari
D
a oltre 8000 anni utilizziamo la biotecnologia per ottenere
prodotti alimentari. Il pane, le bevande alcoliche, l’aceto, il
formaggio e lo yogurt, e molti altri prodotti alimentari devono
la loro esistenza ad enzimi che sono presenti in diversi microrganismi. Oggi le biotecnologie continuano ad aiutare le industrie
alimentari fornendo nuovi prodotti, abbassando i costi e migliorando i processi microbici su cui, dalla notte dei tempi, si basano
le produzioni di alimenti.
Molti di questi sviluppi serviranno a migliorare la qualità, i valori
nutrizionali e la sicurezza delle piante coltivate e dei prodotti
animali che sono alla base delle industrie alimentari. Inoltre, le
biotecnologie offrono molte possibilità di migliorare la trasformazione delle materie prime nei prodotti finali: aromi e coloranti
naturali; coadiuvanti, come enzimi ed emulsionanti; colture di
avviamento (starter) più efficaci; maggiore diversificazione nel
trattamento dei rifiuti; processi di produzione più ecologici; un
maggior numero di metodologie per valutare la sicurezza alimentare; e perfino imballaggi di plastica biodegradabili e battericidi.
Migliorare le materie prime
La prima generazione di coltivazione transgeniche ha avvantaggiato soprattutto i coltivatori. Sebbene la coltivazione di queste
piante sia vantaggiosa anche per i consumatori, i benefici non
sono risultati immediatamente evidenti ai consumatori. Ci sono
studi, ad esempio, che hanno dimostrato che i funghi e le muffe
non possono infettare il mais resistente agli insetti (mais Bt) con
la stessa facilità di quanto avviene per le piante non resistenti,
così i livelli di tossine prodotti da questi infestanti, alcuni dei
quali possono risultare fatali per il bestiame, sono molto più bassi
nel mais Bt che nel mais non-Bt.
I benefici della prossima generazione di piante biotecnologiche
risulteranno certamente più evidenti ai consumatori. Alcuni dei
vantaggi riguarderanno una migliore qualità e sicurezza degli alimenti, mentre altri offriranno ai consumatori alimenti progettati
in modo specifico per essere più salutari e più nutritivi.
VANTAGGI PER LA SALUTE E L’ALIMENTAZIONE
È già disponibile sul mercato una varietà più salubre di oli da cucina derivati dalle biotecnologie. Utilizzando le biotecnologie, i
biotecnologi vegetali hanno abbassato il contenuto totale di acidi
grassi saturi in alcuni oli vegetali e, in altri casi, hanno aumentato
la conversione di acido linoleico nell’acido grasso omega-3 che
si trova comunemente nel pesce e che è associato alla protezione
del sistema cardiovascolare.
Un’altra delle preoccupazioni associate agli oli edibili riguarda
gli effetti negativi prodotti dagli oli vegetali. Questi vengono
68
Guida alle Biotecnologie
idrogenati per potenziare la loro stabilità al calore per essere poi
usati in cucina o per essere solidificati per la produzione di margarina, e per la preparazione di alimenti da forno e altri prodotti.
Il processo di idrogenazione porta alla formazione di acidi grassi
trans particolarmente dannosi.
Le aziende biotecnologiche sono riuscite a conferire le qualità
desiderate all’olio di soia, non per mezzo dell’idrogenazione, ma
aumentando il contenuto degli acidi grassi saturi, come l’acido
stearico, che è naturalmente presente nella pianta di soia.
La biotecnologia può anche migliorare il valore nutritivo delle
coltivazioni, specialmente di quelle che producono gli alimenti
utilizzati principalmente nei paesi in via di sviluppo. Per esempio, gli scienziati della Nehru University di Nuova Delhi hanno
usato un gene trovato nella pianta di amaranto in Sud America
per aumentare del 30% il contenuto di proteine nelle patate. In
questo modo le patate transgeniche contengono anche una quantità relativamente elevata di aminoacidi essenziali, che non si
trovano nelle patate non modificate. Altri esempi sono il riso e la
colza, geneticamente modificati in modo da sintetizzare quantità
relativamente elevate di vitamina A che conferisce agli alimenti
un colore aureo (golden rice). Con questi alimenti si riesce a combattere in molte regioni dell’India le severe avitaminosi di cui
soffrono, in particolare, i bambini e le gestanti. I produttori del
golden rice hanno ulteriormente migliorato il riso, inserendo altri
due geni che aumentano il contenuto e la digeribilità del ferro.
La biotecnologia promette anche di migliorare i benefici per la
salute offerti dai cibi funzionali. I cibi funzionali contengono livelli significativi di componenti biologicamente attivi che offrono
benefici per la salute al di là del nostro fabbisogno di calorie, di
aminoacidi essenziali, di vitamine e minerali. Esempi comuni di
cibi funzionali sono quelli che contengono i composti chimici,
presenti in abbondanza nell’aglio e nelle cipolle, che abbassano
il livello di colesterolo e migliorano la risposta immunitaria, gli
antiossidanti presenti nel tè verde, ed i glucosinolati che sono
presenti nei broccoli e nei cavoli e che stimolano alcuni enzimi
ad attività anticancerogena.
Gli scienziati stanno utilizzando le biotecnologie per aumentare
la produzione di questi composti nei cibi funzionali. Per esempio, i ricercatori della Purdue University e del Dipartimento
dell’Agricoltura (USDA) hanno creato una varietà di pomodoro
che contiene tre volte più licopene (antiossidante) rispetto alla
varietà non modificata. Il consumo di licopene è associato ad un
minore rischio di cancro alla prostata ed al seno, ed alla diminuzione dei livelli di “colesterolo cattivo” nel sangue. Altri ricercatori dell’USDA stanno utilizzando le biotecnologie per aumentare
nelle fragole la quantità di acido ellagico, un agente protettivo
contro il cancro.
Gli scienziati che lavorano sugli animali utilizzano le biotecnologie anche per creare prodotti di carne più salutari, come il manzo
con ridotti livelli di grasso e suini con un migliore rapporto
carne/grasso.
QUALITÀ DEL PRODOTTO
I ricercatori stanno utilizzando le biotecnologie per cambiare le
caratteristiche di alimenti freschi in modo da renderli più attraenti per i consumatori e più adatti alle trasformazioni: stanno
allungando la durata della frutta fresca e degli ortaggi, rendendo
più sode le carote, i peperoni ed il sedano; creando varietà d’uva
e meloni senza semi; estendendo la disponibilità stagionale e
geografica di pomodori, fragole e lamponi; migliorando l’aroma
di pomodori, lattuga, peperoni, piselli e patate e creando caffè
senza caffeina e tè senza teina.
Buona parte del lavoro di ricerca, finalizzato a migliorare la
resistenza alle trasformazioni alimentari delle piante coltivate,
riguarda il cambiamento nel rapporto tra acqua e amido. Ad
esempio, le patate con alti contenuti di amido sono più sane
poiché assorbono meno olio quando vengono fritte. Patate con
più amido richiedono anche meno energia per la trasformazione
e quindi la loro lavorazione costa meno.
Molte industrie di trasformazione del pomodoro in USA oggi
usano pomodori ottenuti tramite una tecnica biotecnologica, la
selezione di varianti somaclonali. I nuovi pomodori, usati per le
minestre, il ketchup ed i concentrati di pomodoro, contengono
il 30% in meno di acqua e vengono trasformati con migliore
efficienza. Una percentuale di incremento dello 0,5% in contenuto solido fa guadagnare 35 milioni di dollari all’industria di
trasformazione di pomodoro americana.
Un altro settore di trasformazione alimentare che avrà benefici
economici dalla migliore qualità delle materie prime è l’industria
dei prodotti lattiero-caseari. Gli scienziati della Nuova Zelanda
hanno utilizzato le biotecnologie per incrementare del 13% i livelli di caseina nel latte, proteina essenziale per fare il formaggio.
La biotecnologia consente, tra l’altro, una produzione economicamente sostenibile di importanti composti naturali, che non
possono essere prodotti in altro modo. Per esempio, per molto
tempo non è stato possibile alle industrie alimentari produrre
e mettere in commercio un dolcificante naturale di notevole
interesse commerciale come il fruttano. I fruttani, che sono
catene corte della molecola dello zucchero fruttosio, pur avendo
il sapore dello zucchero, hanno un basso contenuto calorico.
Gli scienziati hanno trovato un gene che converte il 90% dello
zucchero delle barbabietole in fruttani. Poiché il 40% del peso
secco delle barbabietole transgeniche è fruttano, questa varietà può essere utilizzata come un’autentica bio-fabbrica per la
produzione di fruttani.
SICUREZZA DELLE MATERIE PRIME
In materia di sicurezza del cibo, la sfida più significativa che i
produttori di alimenti devono fronteggiare è la contaminazione
microbica, che può avvenire in qualsiasi fase della lavorazione, dalla piantagione alla tavola. La biotecnologia permette di
ridurre la contaminazione grazie a varietà transgeniche resistenti
alle malattie e resistenti agli insetti. Inoltre, i nuovi strumenti
diagnostici biotecnologici, simili a quelli descritti nel capitolo
sulle applicazioni mediche, rilevano malattie microbiche precocemente ed in modo più accurato, così i coltivatori possono
identificare ed eliminare le piante e gli animali malati prima che
si diffonda il contagio.
La biotecnologia sta anche migliorando la sicurezza delle materie prime, aiutando gli scienziati alimentari ad identificare gli
antigeni responsabili delle allergie ad alimenti come noccioline,
soia e latte, così che possano essere rimossi. Anche se il 95%
circa delle allergie alimentari possono essere ricondotte ad un
gruppo di otto alimenti, nella maggior parte dei casi non conosciamo quale delle migliaia di proteine nell’alimento inneschi
la reazione allergica. Grazie alle biotecnologie, gli scienziati
stanno facendo grandi progressi nell’identificazione di questi
allergeni. Cosa ancora più importante, sono riusciti, utilizzando
le biotecnologie, a bloccare o rimuovere i geni “allergenici” da
noccioline, soia e gamberetti.
Infine, la biotecnologia aiuta a migliorare la sicurezza delle
materie prime agricole attraverso la riduzione della quantità
di tossine naturali di alcune piante, largamente utilizzate per
l’alimentazione, come la manioca e le patate.
Guida alle Biotecnologie
69
ADDITIVI ALIMENTARI E COADIUVANTI TECNOLOGICI
I microrganismi sono la fonte di molti additivi e coadiuvanti utilizzati nelle trasformazioni alimentari. I progressi della biotecnologia contribuiranno ulteriormente all’industria alimentare.
Gli additivi alimentari sono sostanze utilizzate per aumentare il
valore nutrizionale, ritardare il deperimento, modificare la consistenza e migliorare l’aroma degli alimenti. I composti alimentari
utilizzati come additivi sono sostanze presenti in natura e sono
normalmente di origine vegetale o microbica, come la gomma di
xantano e la gomma di guaranà. I cereali utilizzati per la colazione vengono arricchiti con aminoacidi supplementari, aromi,
esaltatori di sapidità e vitamine prodotti mediante fermentazioni
microbiche. Attraverso le biotecnologie, sarà possibile ottenere
molti composti di potenziale interesse come additivi alimentari,
che vengono attualmente prodotti con scarse rese, o che sono
presenti in microrganismi o piante difficili da utilizzare in impianti di fermentazione.
Trasformazioni alimentari
I microrganismi sono stati essenziali nei secoli nelle trasformazioni alimentari. Le loro funzioni nella produzione dei cibi fermentati sono elencate nella Tabella 1. Essi sono anche una ricca
fonte d’additivi alimentari, di enzimi e altre sostanze utilizzate
nelle trasformazioni e nelle produzioni alimentari.
MIGLIORAMENTO DEI FERMENTANTI ALIMENTARI
In considerazione dell’importanza dei cibi fermentati per molte
Culture, gli scienziati si stanno impegnando per migliorare le
prestazioni dei microrganismi fermentanti. Ad esempio, la specie
batterica da cui dipende la produzione di molti prodotti lattierocaseari, come il formaggio e lo yogurt, è sensibile all’infezione di
un virus batterico (fago lattico) con gravi conseguenze economiche per l’industria alimentare. Attraverso la tecnologia ricombinante, i ricercatori hanno prodotto alcuni ceppi di questo batterio, e di altri importanti microrganismi fermentanti, resistenti alle
infezioni virali.
Sappiamo da anni che alcuni batteri usati nelle fermentazioni
alimentari producono composti che sopprimono altri batteri
contaminanti che causano intossicazione alimentare e il deterioramento dell’alimento. Utilizzando le biotecnologie si stanno
fornendo strumenti di auto-difesa a molti degli organismi microbici fermentanti, per ridurre le contaminazioni microbiche negli
alimenti fermentati.
70
Guida alle Biotecnologie
I microrganismi producono anche enzimi che sono essenziali
per consentire le trasformazioni alimentari. Il primo prodotto
commerciale alimentare ottenuto tramite le biotecnologie è stato
un enzima utilizzato nella produzione dei formaggi. Prima delle
tecniche di biotecnologia, questo enzima doveva essere estratto
dallo stomaco di vitelli, agnelli e capre, ma ora viene ottenuto da
microrganismi nei cui patrimoni genetici è stato inserito il gene
codificante questo enzima (chimosina).
La produzione di sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio,
derivato dall’amido del mais, richiede tre enzimi, e gli stessi sono
importanti per ottenere prodotti da forno e birra. Altri enzimi
sono essenziali per la produzione di succhi di frutta, caramelle
morbide e formaggi. L’industria alimentare utilizza più di 55 differenti prodotti enzimatici nella trasformazione alimentare. Questo numero aumenterà quando verrà scoperto come sfruttare la
straordinaria diversità del mondo microbico e verranno prodotti
nuovi enzimi che risulteranno importanti nella trasformazione
alimentare.
Gli scienziati stanno anche utilizzando le biotecnologie per fare
in modo da rendere più facilmente lavorabili alcune coltivazioni
agricole. Ad esempio, alcuni scienziati stanno lavorando per
modificare la qualità dell’amido in alcune piante in modo da
non richiedere particolari manipolazioni prima di poter essere
usato come addensante e come sostituto dei grassi nei prodotti
dietetici. Attualmente, l’amido è estratto dalle piante e modificato utilizzando una combinazione di processi chimici e meccanici
che tra l’altro comportano notevoli consumi energetici.
Test di sicurezza alimentare
La biotecnologia fornisce molti strumenti per rilevare i microrganismi e le tossine da essi prodotte. I test con anticorpi monoclonali, i biosensori, i metodi basati su PCR e le sonde a DNA
vengono sviluppati per determinare la presenza di batteri pericolosi che causano intossicazione e deterioramento degli alimenti,
come Listeria e Clostridium botulinum.
Ora è, per esempio possibile distinguere un ceppo di E. coli,
responsabile di molte morti negli ultimi anni (E. coli 0157:H7),
dagli altri ceppi di E. coli non dannosi. Rispetto ai precedenti test,
questi test “portatili” sono veloci e più sensibili a livelli molto
bassi di contaminazioni microbiche grazie all’aumentata specificità delle tecniche molecolari. Per esempio, il nuovo test diagnostico per la Salmonella fornisce la risposta in 36 ore rispetto ai tre
o quattro giorni richiesti dai metodi di rilevazione precedenti.
TABELLA 1
La fermentazione microbica è essenziale per la produzione di questi
cibi fermentati
aceto
birra
cacao
caffè
“cottage cheese”
formaggi
kefir
miso giapponese
mortadella
olive da tavola
pane/prodotti da forno
panna acida
salame
salsa di soia
salsa tamari giapponese
salsa tempeh indonesiana
sidro
sottaceti
tè
tofu (formaggio di soia)
vino
yogurt
Test diagnostici a base biotecnologica sono stati sviluppati per
permetterci anche di rilevare tossine, come le aflatossine, prodotte da funghi e muffe che si sviluppano nelle derrate agricole, e di
determinare se i prodotti alimentari siano stati inavvertitamente
contaminati dalle arachidi, che sono un potente allergene.
Guida alle Biotecnologie
71
Applicazioni
industriali e ambientali
I
contributi della biotecnologia alla sanità ed all’agricoltura
hanno ricevuto molte attenzioni da parte della stampa e del
pubblico, ed ora la Società sta iniziando a vedere i vantaggi della
“terza ondata” biotecnologica – le biotecnologie industriali e
ambientali.
La terza ondata biotecnologica è già in grado di competere con
successo con i processi di produzione tradizionali e si è dimostrata promettente per raggiungere la sostenibilità industriale.
Per l’industria, “sviluppo sostenibile” significa continua innovazione, miglioramenti e uso di tecnologie “pulite” per modificare
radicalmente i livelli di inquinamento e di consumo delle risorse.
Un processo industrialmente sostenibile dovrebbe, in linea di
principio, essere caratterizzato da:
●
riduzione o eliminazione di rifiuti tossici;
●
diminuzione dei gas ad effetto serra;
●
basso consumo di energia e materie prime non rinnovabili
(e alto uso di carboidrati a base vegetale, come gli zuccheri e
l’amido);
●
abbassamento dei costi di produzione.
I sistemi viventi gestiscono la loro chimica in maniera efficiente,
ed i loro rifiuti sono riciclabili o biodegradabili. I biocatalizzatori
ed, in modo particolare, i processi basati sugli enzimi, operano
a temperature più basse e producono meno rifiuti tossici, pochi
sottoprodotti ed emissioni più basse rispetto ai processi chimici
convenzionali. Possono anche usare materie prime che non siano
state precedentemente sottoposte ad estensive purificazioni (selettività). La biotecnologia può anche ridurre l’energia richiesta
per i processi industriali e fornire nuovi metodi per monitorare le
condizioni ambientali e rilevare inquinanti.
Le biotecnologie industriali stanno rendendo più efficienti i
processi di produzione in molte industrie, inclusa quella tessile,
della carta e chimica. Molti osservatori prevedono che la biotecnologia trasformerà il settore di produzione industriale così
come ha cambiato quello farmaceutico, quello agricolo e quello
alimentare. Le biotecnologie industriali costituiranno la chiave di
volta per raggiungere l’obiettivo della sostenibilità industriale ed
ambientale.
Sostenibilità industriale
Secondo l’Organizzazione per la Cooperazione Economica e
lo Sviluppo (OCSE), la sostenibilità industriale consiste nella
continua innovazione, nel miglioramento e nell’utilizzo di tecnologie pulite per ridurre i livelli di inquinamento e consumo delle
72
Guida alle Biotecnologie
risorse. La moderna biotecnologia fornisce gli strumenti per
raggiungere questi obiettivi.
Negli ultimi anni, in molti ambienti politici ed economici, è
sempre più forte la preoccupazione di rendere lo sviluppo della
società moderna “sostenibile”. In risposta a queste preoccupazioni, molte industrie leader stanno sviluppando politiche e stanno
implementando piani per la sostenibilità che includono linee
guida per la salute ambientale, la sicurezza ed il controllo del
prodotto.
Le parole chiave per raggiungere la sostenibilità sono “rispetto dell’ambiente” ed “efficienza”. Qualsiasi cambiamento nei
processi di produzione, nelle pratiche e nei prodotti che rendano
i processi più accettabili per l’ambiente e più efficienti per ogni
unità di prodotto o di consumo, fa compiere un passo avanti
verso la sostenibilità.
In termini pratici, sostenibilità industriale significa impiegare
tecnologie e conoscenze per diminuire il bisogno di materiali ed
energia, massimizzare l’uso di risorse rinnovabili e di sostanze
biodegradabili, minimizzare la produzione di inquinanti e rifiuti
tossici durante il processo di fabbricazione o l’uso di un prodotto, e ottenere prodotti riciclabili o biodegradabili.
IMMISSIONI DI MATERIALI ED ENERGIE
Per molto tempo, i processi di produzione sono dipesi dal petrolio, una risorsa utilizzata per la produzione di materiali ed energia
non rinnovabili e che genera inquinamento e rifiuti solidi. Con
le biotecnologie, i produttori possono ridurre l’impiego del
petrolio nelle produzioni e usare zuccheri naturali come materie
prime sostitutive.
Grazie alle biotecnologie, aumenterà l’uso di materie prime energetiche rinnovabili a base di biomassa. Rispetto al petrolio, le fonti
di energia biologiche sono vantaggiose per l’ambiente per due
motivi: la produzione sarà, nella maggior parte dei casi, più pulita
e verranno generati meno rifiuti. Quando la fonte di biomassa è
uno scarto agricolo, si ha un doppio vantaggio: si godrà completamente dei benefici delle materie prime energetiche biologiche, ed
allo stesso tempo si ridurranno i rifiuti prodotti da un altra attività
umana, l’agricoltura. Infine, un vantaggio a lungo termine dell’uso
della biomassa vegetale per produrre energia è dovuto al fatto che
la coltivazione di queste materie prime comporta il consumo di
CO2, uno dei gas che contribuiscono all’effetto serra.
Oggi almeno 6,6 miliardi di chili di sostanze chimiche di base
vengono prodotte annualmente dagli Stati Uniti utilizzando la
biomassa vegetale come fonte di energia primaria.
La biotecnologia avrà anche un impatto sulla produzione di
energia. Con gli enzimi chiamati cellulasi è possibile degradare
la cellulosa vegetale e produrre nuovi zuccheri che possono
essere trasformati in carburanti (di solito etanolo). La biomassa è
rinnovabile – ed è abbondante – così i laboratori pubblici hanno
devoluto risorse significative alla ricerca sulla tecnologia ricombinante e all’ingegnerizzazione dei bioprocessi per migliorare la
fattibilità economica dell’energia derivante dalla biomassa. È da
rilevare che le innovazioni introdotte dalle biotecnologie possono migliorare anche la qualità dei carburanti non rinnovabili,
consentendo un’efficiente rimozione dello zolfo dal petrolio.
PROCESSI DI PRODUZIONE INDUSTRIALE
La biotecnologia può anche minimizzare l’impatto ambientale
della produzione riducendo l’uso di energia e sostituendo sostanze chimiche aggressive con molecole biodegradabili prodotte da
agenti viventi.
I processi di produzione che usano le molecole biologiche
possono ridurre la quantità di energia necessaria a completare le
reazioni. Questo perché, al contrario di molte reazioni chimiche
che richiedono temperatura e pressione molto alte, le reazioni
che usano molecole biologiche funzionano meglio in condizioni
adatte alla vita, quali temperatura inferiore a 37,5°C, pressione
atmosferica e soluzione acquosa.
Sistemi di fermentazioni microbiche ci hanno fornito per decenni alcuni solventi industriali molto importanti, come l’etanolo
e l’acido acetico. Molti tensioattivi utilizzati negli impianti di
produzione chimica sono molecole biologiche che i microrganismi producono naturalmente, come l’emulsan ed i soforolipidi.
I biotecnologi marini hanno recentemente scoperto un tensioattivo prodotto da microrganismi marini che potrebbe sostituire i
solventi chimici. In ogni caso, i prodotti biologici che offrono il
miglior potenziale per abbassare l’impatto ambientale dei processi
di produzione industriale sono i biocatalizzatori.
Biocatalizzatori
In chimica, un catalizzatore è una molecola che innesca una
reazione chimica e rimane inalterato al termine della reazione. Gli
organismi viventi producono catalizzatori proteici chiamati enzimi
– questi vengono detti biocatalizzatori.
Nell’uomo, gli enzimi aiutano a digerire gli alimenti, trasformano
le informazioni del DNA in proteine, e svolgono altre funzioni
complesse. Gli enzimi sono classificati in base ai composti su
cui agiscono. Alcuni dei più comuni enzimi sono le proteasi che
degradano le proteine, le cellulasi che degradano la cellulosa, le
lipasi che agiscono su acidi grassi e oli, e le amilasi che degradano
l’amido in zuccheri semplici.
Le aziende che si occupano di biotecnologia industriale sviluppano nuovi enzimi che possono essere usati in processi di produzione di altre industrie. Queste aziende cercando nell’ambiente
naturale biocatalizzatori di interesse industriale, migliorano i biocatalizzatori per rispondere a specifiche necessità tramite le tecniche
descritte di seguito, e li producono in quantità adatte al commercio
utilizzando metodi di fermentazione simili a quelli impiegati per
produrre proteine terapeutiche per l’uomo o per crescere i lieviti
per le industrie della birra e di prodotti da forno. In alcuni casi, i
microrganismi geneticamente modificati (batteri, lieviti, ecc.) sono
responsabili della fermentazione. In altri casi, microrganismi che
esistono in natura, o microrganismi geneticamente modificati con
altre tecniche, costituiscono gli organismi di produzione.
SCOPRIRE NUOVI BIOCATALIZZATORI
I processi chimici, tra cui la produzione della carta, i processi
tessili e specialmente le sintesi chimiche, richiedono talvolta
temperature molto alte, o molto basse, o condizioni estremamente acide o alcaline. Inserire biocatalizzatori nei processi di
produzione che si svolgono in condizioni estreme esige che
vengano individuati organismi in grado di sopravvivere a quelle
condizioni. Il posto più idoneo per iniziare la ricerca di questo
tipo di organismi è l’ambiente naturale che mima le condizioni
di produzione estreme, e gli organismi più adatti da cercare in
questi ambienti sono i microrganismi.
Sin dagli albori della vita, i microrganismi si sono adattati a
qualsiasi ambiente. Indipendentemente dalle asprezze di un ambiente, alcuni microrganismi hanno trovato un modo per viverci.
La vita in un habitat particolare produce biocatalizzatori con
caratteristiche uniche, e la maggior parte di questo potenziale
biochimico rimane inutilizzato. Meno dell’1% dei microrganismi
nel mondo è stato coltivato e caratterizzato. Attraverso il bioprospecting (la ricerca di composti precedentemente sconosciuti), gli
scienziati stanno scoprendo nuovi organismi con biocatalizzatori
che funzionano in modo ottimale anche in condizioni relativamente estreme di acidità, salinità, temperatura e pressione, che
si trovano in alcuni processi di produzione industriale. Questi
organismi sono chiamati estremofili.
I ricercatori utilizzano sonde a DNA in microrganismi per
“pescare”, a livello molecolare, geni che esprimono gli enzimi con
specifiche capacità di biocatalisi. Una volta individuati, questi
enzimi possono essere identificati e caratterizzati con la possibilità di poterli utilizzare nei processi industriali, e, se necessario,
essere resi più efficienti con tecniche di biotecnologia.
MIGLIORARE I BIOCATALIZZATORI ESISTENTI
Per migliorare il rapporto produttività/costo, gli scienziati stanno
modificando alcuni geni per aumentare la produttività enzimatiGuida alle Biotecnologie
73
ca in microrganismi normalmente utilizzati per la produzione di
enzimi. A questi microrganismi vengono inoltre conferite nuove
caratteristiche produttive alterandoli geneticamente per creare
enzimi che derivano da microrganismi la cui coltivazione risulta
troppo costosa o troppo difficile.
Le tecniche biotecnologiche di ingegnerizzazione di proteine
e l’evoluzione guidata delle proteine massimizzano l’efficacia e
l’efficienza degli enzimi. Queste tecniche sono state usate per
modificare la specificità degli enzimi, migliorare le proprietà
catalitiche o ampliare il ventaglio delle condizioni in cui gli
enzimi possano funzionare, così da renderli più compatibili con i
processi industriali esistenti.
Biocarburanti
Nel suo discorso State of the Union del gennaio del 2006, il
Presidente Bush ha dichiarato: “L’America è dipendente dal petrolio, che spesso viene importato da regioni del mondo che non
godono di stabilità. La strada migliore per interrompere questa
dipendenza passa attraverso la tecnologia”. Una delle sue proposte chiave in materia di tecnologia è stata “la ricerca di metodi
all’avanguardia per la produzione di etanolo, non solo dal mais,
ma anche da trucioli di legno e da paglia, o panico verga”.
Ha annunciato come obiettivo nazionale quello di creare entro
sei anni un nuovo tipo di etanolo funzionale e competitivo. I
progressi nella biotecnologia industriale e lo sviluppo di nuove
“bioraffinerie” integrate sono al centro della produzione di etanolo proveniente da tutte le fonti, inclusa la biomassa cellulosica.
La cellulosa, che si trova nelle pareti cellulari vegetali, è il composto organico più abbondante sul nostro pianeta e, quando degradata in zuccheri semplici in una bioraffineria, può servire come
materiale grezzo per produrre etanolo, plastiche biodegradabili,
altre sostanze chimiche e materiali. La biomassa è materiale biologico; nell’ambito dell’industria biotecnologica, con il termine
biomassa si intende di solito materiale cellulosico vegetale che
può essere usato come materia prima in una bioraffineria.
Nell’aprile 2004 è iniziata la prima produzione a fini commerciali
di etanolo da cellulosa ottenuto da paglia di frumento utilizzando
enzimi biotecnologici. Da allora, si sono avuti numerosi progressi significativi, tra cui il lancio commerciale di cellulasi (enzimi
che degradano la cellulosa per la produzione di etanolo) e di coltivazioni progettate biotecnologicamente per produrre energia. A
maggio del 2008, negli Stati Uniti, sono in progetto, molte anche
in funzione, almeno 30 bioraffinerie per etanolo da cellulosa.
74
Guida alle Biotecnologie
Il potenziale impatto di questa tecnologia è davvero notevole.
Nel 2005 un rapporto dei Ministeri dell’Agricoltura e dell’Energia USA ha rivelato che più di 1 miliardo di tonnellate di
biomassa potrebbero essere disponibili negli USA per produrre biocarburanti e bioprodotti, una quantità sufficiente per
rispondere al 30% della domanda americana di carburante per
i trasporti ed al 25% della domanda per i solventi.
L’iniziativa bioenergetica del Presidente Bush ha avuto seguito
con l’approvazione dell’Energy Policy Act del 2005, un punto di
riferimento legislativo per l’industria biotecnologica, che stanzia
finanziamenti per più di 3 miliardi di dollari per biocarburanti
e prodotti a base biologica e stabilisce uno standard nazionale
di biocarburanti rinnovabili (renewable fuels standard − RFS). Il
progetto di legge fissa l’obiettivo di sostituire il 30% dell’attuale consumo di benzina con etanolo o altri biocarburanti entro
il 2030. Un recente rapporto del Natural Resources Defense
Council afferma che questo potenziale potrebbe essere addirittura
maggiore.
Una seconda serie di leggi sull’energia è stata approvata nel 2007,
l’Energy Independence and Security Act, che ha fatto crescere in
modo sostanziale il RFS a oltre 136 miliardi di litri di biocarburanti entro il 2022. Più del 60% del totale – 7,5 miliardi di litri −
deve essere ottenuto da materie prime diverse dal grano (materiali
cellulosici, come scarti delle coltivazioni e del legname e coltivazioni energetiche come panico verga).
Gli analisti di McKinsey & Company prevedono che il nuovo
RFS porterà un guadagno potenziale di decine di miliardi di
dollari per le aziende biotecnologiche, i coltivatori, i fornitori e i
produttori di carburanti, e richiederà investimenti per oltre 100
miliardi di dollari per costruire circa 300 nuove bioraffinerie.
I nuovi provvedimenti del RFS nel progetto di legge federale
sull’energia hanno portato a livelli mai raggiunti prima in termini
di investimento di capitale di rischio nell’industria del biocarburante.
Altri recenti sviluppi in energie da biomasse sono:
●
Un numero crescente di Stati Americani ha implementato il
loro fabbisogno di carburanti rinnovabili. Molti stanno offrendo incentivi per la costruzione di bioraffinerie.
●
Un rapporto del 2006 del Worldwatch Institute ha dichiarato
che “lo sviluppo di biocarburanti e co-prodotti a base biologica può potenzialmente aumentare la sicurezza energetica di
molte nazioni, creare nuove opportunità economiche per gli
abitanti delle aree rurali e agricole nel mondo, proteggere e migliorare l’ambiente a livello locale, regionale e globale, e fornire
prodotti nuovi e migliorati per milioni di consumatori.”
Guida alle Biotecnologie
75

68
265
30
8
38
76
76
95
53
152
64
114
Progetto per impianto su scala commerciale
38
15
38
*Operativo
10
6
maggio 2008
5
19
21
2
8
8
8
6
4
Cifre espresse in milioni di litri/anno
Progetto per impianto pilota/dimostrativo
Bioraffinerie produttrici di etanolo da cellulosa esistenti e previste in USA
●
Un rapporto del 2004 del Natural Resources Defense Council
prevede che i biocarburanti potrebbero accrescere di 5 miliardi
di dollari i guadagni dei coltivatori entro il 2025.
con aziende biotecnologiche per sviluppare nuovi sistemi enzimatici che siano in grado di degradare sempre più efficientemente gli zuccheri complessi delle piante.
●
Anche nel 2004, l’Ag Energy Working Group dell’Energy
Future Coalition ha pubblicato un rapporto che dimostra come
i coltivatori americani possano fornire il 25% dell’energia totale
consumata negli Stati Uniti entro il 2025, senza compromettere la
produzione di alimenti e mangimi.
●
Il Ministero dell’Energia USA (DOE) sta investendo fino a 385
milioni di dollari in 6 progetti di bioraffinerie per i prossimi
quattro anni. I progetti selezionati includono: Iogen Biorefinery
Partners, LLC; BlueFire Ethanol, Inc.; Range Fuels; POET
(Broin Companies); ALICO, Inc.; e Abengoa Bioenergy.
Nel 2001, la prima bioraffineria al mondo è stata inaugurata
a Blair, in Nebraska, per convertire zuccheri da mais in acido
polilattico (PLA) – un biopolimero, completamente biodegradabile, che può essere usato per produrre materiali da imballaggio
e materiali tessili. Il prezzo e le prestazioni sono competitive con
le plastiche di tipo poliestere a base di petrolio. Molte catene
di distribuzione commerciale negli USA come Whole Foods e
Wal-Mart, ora impiegano il PLA per l’imballaggio di confezioni
alimentari.
●
Il DOE sta anche investendo fino a 375 milioni di dollari in
tre nuovi Centri di Ricerca sulle Bioenergie, localizzati in Oak
Ridge, Tennessee; Madison, Wisconsin; e vicino Berkeley,
California. I centri si focalizzano sulla riduzione dei costi
dell’etanolo cellulosico.
●
Il DOE ha annunciato finanziamenti per 200 milioni di dollari
per supportare lo sviluppo di bioraffinerie cellulosiche su piccola scala (10% rispetto alla scala commerciale) per produrre
carburante liquido per il trasporto, come l’etanolo, e anche
solventi a base biologica e bioprodotti utilizzati in applicazioni
industriali.
●
Il DOE ha selezionato 5 progetti che riceveranno finanziamenti per 23 milioni di dollari per ulteriori sviluppi di organismi
con alta efficienza fermentativa, per convertire la biomassa in
etanolo.
Attualmente sono in costruzione negli Stati Uniti, in Canada
ed in Europa bioraffinerie moderne che producono etanolo da
cellulosa da molte diverse fonti di biomassa. La mappa a pagina
75 mostra le infrastrutture esistenti, pianificate e in costruzione
negli USA per produrre biocarburanti cellulosici.
Plastiche ecologiche
Le biotecnologie offrono anche la possibilità di sostituire i
polimeri derivati dal petrolio con polimeri biologici derivati dal
grano o dalla biomassa agricola.
Come l’etanolo da cellulosa, le materie plastiche ecologiche sono
prodotte in bioraffinerie, dove, invece di utilizzare prodotti di
provenienza dalla petrolchimica si impiegano prodotti di base
derivati dallo zucchero estratto da materiale vegetale. Quasi tutte
le grandi industrie chimiche stanno stringendo collaborazioni
76
Guida alle Biotecnologie
I tessuti a base di PLA sono balzati all’attenzione del grande
pubblico nel 2006 al BIO International Convention di Chicago,
dove in una sfilata di moda, Oscar de la Renta, Halston ed altri
importanti stilisti hanno presentato abiti fatti con tessuti di PLA
Ingeo™. Ingeo è prodotto dalla NatureWorks LLC, una joint venture
tra Cargill (USA) e Teijin Limited (Giappone).
La DuPont, insieme con Genencor e Tate & Lyle, ha realizzato un
prodotto simile, il Sorona®, un polimero con elevate prestazioni
tecnologiche, ottenuto dalla biotrasformazione di zucchero di
mais.
All’inizio del 2006, il gigante agro-alimentare Archer Daniels
Midland ha fatto il suo ingresso in questo mercato in crescita,
firmando un accordo con la Metabolix, una piccola azienda di
biotecnologia industriale che si trova a Cambridge in Massachusetts, allo scopo di produrre i poliidrossialcanoati (PHAs), una
famiglia versatile di polimeri a base biologica chiamati Mirel™,
presso la bioraffineria di Clinton (Iowa). L’impianto conta di
iniziare a lavorare alla fine del 2008 e si prefigge di produrre
annualmente 50 milioni di chilogrammi di Mirel™.
I biotecnologi industriali hanno anche modificato geneticamente
sia piante che microrganismi per produrre il poliidrossibutirrato,
una materia prima, estremamente interessante, per poter ottenere nuove plastiche biodegradabili.
Le biotecnologie forniscono anche l’opportunità di realizzare
prodotti interamente nuovi a base di polimeri di proteine naturali, come la seta di ragno e adesivi derivati da un crostaceo marino
della sottospecie della Cirripedia. I ricercatori stanno sviluppando tecniche per ottenere questi materiali attraverso fermentazioni microbiche.
VANTAGGI AMBIENTALI ED ECONOMICI
Il petrolio, che sia trasformato in benzina, plastiche, fertilizzanti per piante o in altri composti chimici, rappresenta un grave
problema ambientale. Quando brucia, rilascia grandi quantità di
anidride carbonica, il principale gas serra responsabile del riscaldamento globale. La trasformazione delle raffinerie tradizionali
in bioraffinerie può ridurre drasticamente queste emissioni, poiché la sostanza vegetale usata per produrre etanolo, bioplastiche
e altri prodotti assorbe tanta anidride carbonica quando cresce,
quanta ne rilascia quando brucia (come l’etanolo) o si biodegrada (come le plastiche ed altri prodotti).
È già evidente che le bioplastiche sono competitive rispetto ai
prodotti del petrolio dal punto di vista economico. Le plastiche e
i composti chimici prodotti con le biotecnologie industriali sono
conformi ai più importanti obiettivi di protezione dell’ambiente,
tra cui la riduzione dell’uso di petrolio e altre fonti non rinnovabili, delle quantità di energia e altre risorse naturali utilizzate
per la produzione, della quantità di rifiuti nelle discariche, della
quantità di rifiuti pericolosi, e delle emissioni di gas serra durante
il ciclo vitale dei prodotti di consumo.
Nel 2007, lo studio Bioengineering for Pollution Prevention,
dell’Agenzia di Protezione Ambientale USA afferma che: “Visti
i problemi insiti nella presenza di plastiche non biodegradabili nell’ambiente (diminuzione dello spazio nelle discariche,
preoccupazioni circa il cambiamento climatico ed il fatto che le
bioplastiche sono già sul mercato senza bisogno di sovvenzioni),
l’applicazione degli strumenti della biotecnologia industriale per
la produzione di plastiche eco-compatibili è un settore particolarmente vivace dell’attività scientifica e commerciale”.
Paragonata ai più tradizionali polimeri a base di idrocarburi, la
PLA, plastica a base biologica, impiega tra il 30 e il 50% in meno
di energia da carburante fossile, diminuendo così le emissioni di
CO2 dal 50 al 70%.
Secondo l’azienda DuPont Tate & Lyle BioProducts, la produzione di bio-propandiolo (un componente chiave per produrre
polimeri, altri materiali e composti chimici) usa il 40% in meno
di energia e riduce le emissioni di gas a effetto serra del 20%
rispetto al propandiolo di origine petrolchimica. La produzione
di 45 milioni di chilogrammi di bio-propandiolo farà risparmiare in energia l’equivalente di 38 milioni di litri di benzina ogni
anno, il carburante sufficiente al fabbisogno di 22.000 auto per
un anno.
Nanotecnologia
Nel film Viaggio Allucinante (Fantastic Voyage, USA, 1966) era
rappresentata una tecnologia per rimpicciolire un sottomarino
ed i suoi passeggeri a dimensioni microscopiche. Oggi, le aziende
di biotecnologie industriali stanno iniziando il loro viaggio nei
mondi microscopici di biotecnologia e nanotecnologia. Stanno
sfruttando le attività chimico-fisiche delle cellule per svolgere
funzioni su scala nanometrica (10-9 metri).
Alcuni stanno facendo fare un passo avanti alla genomica ed alla
proteomica e stanno esplorando come applicare questa conoscenza dal mondo organico al mondo inorganico. Per esempio,
Genencor International e Dow-Corning hanno collaborato per
combinare le loro rispettive esperienze nei campi dell’ingegneria
proteica e dei poli-silossani (siliconi).
Questa convergenza di biotecnologie e nanotecnologie potrebbe permettere di produrre molti materiali e prodotti nuovi ed
esaltanti. Nell’area della fotonica c’è il potenziale per lo sviluppo
di nuovi commutatori micro-ottici e piattaforme di microprocesso ottico. Nel settore delle catalisi, l’uso di carbone inorganico
o substrati di silicio inglobati con biocatalizzatori ha un alto
potenziale commerciale.
COSTRUZIONE DI NANOSTRUTTURE
Una delle più interessanti applicazioni della ricerca nano-biotecnologica usa la conoscenza a proposito dell’ingegneria proteica
per “costruire” nanostrutture pre-ingegnerizzate per specifiche
funzioni. Per esempio, sappiamo che alcuni geni di microrganismi acquatici codificano per proteine che governano la
costruzione di esoscheletri inorganici. In teoria, dovrebbe essere
possibile capire le funzioni di questi geni e reingegnerizzarli per
farli codificare per nanostrutture che potrebbero avere un valore
commerciale, come specifici chip in silicio o microtrasmettitori.
I ricercatori dell’Università dell’Illinois recentemente hanno
scoperto il primo composto carbonio-silicio in diatomee di
acqua dolce. Questa scoperta potrebbe aprire una strada per la
comprensione dei processi molecolari di biosilicificazione o dei
modi con cui gli animali e le piante costruiscono strutture inorganiche naturali. La comprensione di questi processi potrebbe
portare ad applicazioni che vanno dalla sintesi a basso costo di
biomateriali avanzati a nuovi trattamenti per l’osteoporosi. La
NASA, ed alcune aziende stanno anche esaminando ceramiche bioattive mai conosciute prima che posseggono particolari
proprietà bio-adesive. Poiché batteri e virus aderiscono a queste
fibre di ceramica, queste proprietà possono offrire nuove strade
per purificare l’acqua.
Le strutture polimeriche proteiche sono un’altra area ormai
matura per la ricerca e lo sviluppo. Le industrie biotecnologiche
hanno una pluriennale esperienza su tecnologie genetiche che
possono essere applicate a sequenze ripetitive di aminoacidi.
Questi cinque o sei segmenti ripetuti possono regolare la struttura fisica di una serie di biopolimeri.
Guida alle Biotecnologie
77
In futuro potrebbe diventare possibile per gli scienziati costruire
in laboratorio polimeri più resistenti basati su materiali biologici, come la seta del ragno. Non è difficile immaginare polimeri
completamente nuovi, interessanti dal punto di vista commerciale, che potrebbero essere sviluppati utilizzando la tecnologia del
DNA ricombinante.
La tecnologia dei nanotubi di carbonio è un’altra interessante
area della ricerca e sviluppo nel nano-mondo. La loro particolare
resistenza alla forza di trazione rende i nanotubi perfetti per essere usati in nuovi compositi ad alta tecnologia, per applicazioni
che spaziano dall’impiego come schede per computer a contenitori per il trasporto di idrogeno per la fornitura di energia. I
nanotubi in carbonio possono, inoltre, essere rivestiti con biocatalizzatori reazione-specifici ed altre proteine per applicazioni
specializzate.
Guardando ancora al futuro, possiamo immaginare l’uso dei
frammenti di DNA per la commutazione elettronica (electronic
switching), insieme ai materiali descritti sopra. Il numero di
possibili nuove combinazioni tra nano e biotecnologie è incredibilmente ampio. La National Science Foundation stima che
entro il 2015 il mercato di prodotti nanotecnologici potrebbe
superare i mille miliardi di dollari.
Biotecnologie ambientali
Le biotecnologie ambientali si fondano sull’uso di organismi
viventi per una ampia varietà di applicazioni nel trattamento
di rifiuti tossici e nel controllo dell’inquinamento. Un esempio tipico è costituito dall’impiego di un fungo per degradare
alcune sostanze nocive prodotte dall’industria della lavorazione
della carta. Altri microrganismi esistenti in natura che vivono in
discariche di rifiuti tossici riescono a degradare rifiuti di notevole
impatto ambientale, come i bifenili policlorurati, in sostanze
innocue. I biotecnologi marini stanno studiando la possibilità
che colonie batteriche presenti negli estuari possano degradare
composti chimici tossici che causano problemi ambientali nelle
acque marine.
Le biotecnologie ambientali troveranno largo impiego nella
degradazione dei rifiuti in modo più efficiente rispetto ai metodi
convenzionali, riducendo così la dipendenza da metodi convenzionali del trattamento dei rifiuti come l’uso degli inceneritori o
delle discariche.
COME FUNZIONA?
Utilizzare la biotecnologia per trattare i problemi d’inquinamento non è un’idea nuova. Da oltre un secolo, le popolazioni hanno
fatto affidamento su complesse popolazioni di microrganismi
78
Guida alle Biotecnologie
naturali per trattare i liquami. Ogni organismo vivente – animali,
piante, batteri e così via − per vivere utilizza i nutrienti disponibili nel suo ambiente e produce come risultato del suo metabolismo sotto-prodotti chimicamente più semplici. Molte specie
batteriche riescono ad utilizzare come nutrienti anche materiali
particolarmente tossici come il cloruro di metilene o detergenti
o, addirittura, il creosoto.
I biotecnologi ambientali utilizzano il biorisanamento in due
modi piuttosto semplici. Aggiungono specifici nutrienti per
stimolare l’attività di batteri già presenti nel suolo in siti con
rifiuti tossici, oppure nuove popolazioni batteriche. I batteri poi
“mangiano” i rifiuti pericolosi presenti nel sito e li trasformano in
sottoprodotti inoffensivi. Dopo che i batteri hanno consumato
i rifiuti, muoiono o ritornano a livelli di popolazione normali
nell’ambiente.
La gran maggioranza delle attuali applicazioni di biorisanamento
utilizza microrganismi già naturalmente presenti in ambienti
inquinati. Alcuni sistemi più avanzati utilizzano microrganismi
geneticamente modificati per il trattamento dei rifiuti e per il
controllo dell’inquinamento.
È da considerare che, in alcuni casi, anche i prodotti di scarto dei
microrganismi anti-inquinamento possono essere utili. Il metano, per esempio, può essere prodotto da alcuni ceppi batterici
che degradano i liquidi solforati, prodotti di scarto dell’industria
della carta.
MONITORAGGIO AMBIENTALE
Le tecniche di biotecnologia hanno fornito nuovi metodi per
diagnosticare problemi ambientali e valutare condizioni ambientali normali, così da poter avere più informazioni sul controllo
dell’ambiente. Alcune aziende hanno sviluppato metodi per rilevare inquinanti organici pericolosi nel suolo utilizzando anticorpi monoclonali e PCR, mentre in alcuni laboratori pubblici sono
stati messi a punto biosensori a base di anticorpi che rilevano
i tipi di esplosivo in depositi dismessi di armi. Questi metodi
non solo sono più economici e veloci rispetto ai metodi di
laboratorio, che richiedono strumenti grandi e costosi, ma sono
anche “portatili”. Piuttosto che raccogliere campioni del suolo ed
inviarli al laboratorio per le analisi, gli scienziati possono misurare i livelli di contaminazione direttamente in loco e conoscere
immediatamente i risultati.
Industrie che ne beneficiano
●
L’industria chimica: grazie all’uso di biocatalizzatori può
produrre nuovi composti, ridurre i rifiuti prodotti e migliorare
la purezza chimica.
●
●
●
●
●
●
L’industria della plastica: può ridurre il petrolio necessario a
fabbricare plastica, attraverso la produzione di bio-plastiche da
coltivazioni rinnovabili come il mais o la soia e, in futuro, da
biomasse cellulosiche.
●
Sbiancamento della pasta di legno e della carta
●
Biomacerazione (industria della carta)
●
Trattamenti tessili specializzati
L’industria della carta: può migliorare i processi di produzione, includendo l’uso di enzimi per ridurre i prodotti di scarto
tossici dei processi di macerazione.
●
Enzimi come coadiuvanti nelle trasformazioni alimentari
●
Lisciviazione di ammassi di minerali metallici
L’industria tessile: può ridurre i prodotti di scarto tossici
della colorazione dei tessuti e dei processi di finitura. In più,
i detergenti per tessuti iniziano ad essere più efficienti grazie
all’aggiunta di enzimi ai loro principi attivi.
●
Elettroplaccatura/pulizia dei metalli
●
Rayon e altre fibre sintetiche
●
Rifinitura dei metalli
L’industria alimentare: può migliorare i processi di cottura al
forno, i conservanti derivati da fermentazioni e le tecniche di
analisi di sicurezza alimentare.
●
Produzione di vitamine
●
Produzione di dolcificanti (sciroppo di mais con alti contenuti
di fruttosio)
●
Trivellazione dei pozzi di petrolio
●
Trattamento del manto stradale per il controllo delle polveri
●
Asciugatura dei tessuti
●
Sgommatura di oli vegetali.
L’industria dell’allevamento: migliora grazie all’aggiunta di
enzimi per accrescere l’apporto nutrizionale e diminuire i
fosfati come sotto-prodotti.
L’industria dell’energia: grazie all’uso di enzimi può produrre
biocarburanti più puliti, da scarti agricoli.
ALCUNE APPLICAZIONI INDUSTRIALI DELLE
BIOTECNOLOGIE IN DIVERSI SETTORI
●
Carburanti biologici
●
Prodotti chimici fini e di base
●
Sintesi di composti chirali
●
Fibre sintetiche per l’abbigliamento
●
Farmaci
●
Aromi per alimenti
●
Bio-plastiche
●
Biopolimeri per parti di automobili
●
Bioetanolo per i mezzi di trasporto
●
Oli alimentari
●
Desolforazione dei petroli e dei gas
●
Sgrassatura del pellame
●
Bioidrogeno
●
Biopolimeri per plastiche da imballaggio
●
Trattamento delle acque di metanizzazione
●
Agenti di decontaminazione in caso di guerra chimica o biologica
Guida alle Biotecnologie
79
Beni di consumo
prodotti con le biotecnologie industriali
PRODOTTI DI
CONSUMO
VECCHI PROCESSI
NUOVI PROCESSI
INDUSTRIALI
BIOTECNOLOGICI
Detergenti
Fosfati aggiunti come agenti
brillantanti e detergenti
Aggiunta di enzimi
Microrganismi geneticamente migliorati o
biotecnologici come agenti
funghi ingegnerizzati per produrre enzimi
brillantanti e detergenti:
● le proteasi rimuovono le
macchie di origine proteica
● le lipasi rimuovono macchie
di grasso;
● le amilasi rimuovono
macchie di amido
● Eliminazione di
Aggiunta di bromato di
potassio, un possibile agente
cancerogeno a certi livelli,
come conservante e agente
potenziante per l’impasto
Aggiunta di enzimi
biotecnologici per:
● migliorare la lievitazione
● potenziare l’impasto
● prolungare la freschezza
Microrganismi geneticamente migliorati
per produrre enzimi per la produzione di
prodotti da forno (evoluzione guidata e
DNA ricombinante)
● Pane di alta qualità
Poliestere ottenuto con
prodotti della petrolchimica
Poliestere biotecnologico
(PLA) prodotto da zucchero
di mais
Un microrganismo trasforma lo zucchero
di mais in acido lattico; l’acido lattico è
convertito in un polimero biodegradabile
per trattamento termico; il polimero viene
trasformato in prodotti plastici e poliestere
● Il poliestere PLA non
Sostanze chimiche tossiche,
come l’anilina, utilizzate in un
processo di sintesi in nove
passaggi
Processo di fermentazione in
una fase che usa oli vegetali
come materie prime
Microrganismi geneticamente migliorati
sviluppati per produrre vitamina B2
(evoluzione guidata)
● È prodotta biologicamente
Pane
Lenzuola di poliestere
Vitamina B2
TECNOLOGIE
BIOTECNOLOGICHE
APPLICATE
VANTAGGI PER I
CONSUMATORI
inquinamento da fosfati
delle acque
● Abiti più puliti e luminosi
con lavaggi a basse
temperature
● Risparmio di energia
● Data di scadenza più lunga
● Assenza di bromato di
potassio
assorbe odori corporei
come altre fibre
● È biodegradabile
● Non è prodotto dal petrolio
● Se bruciato, non origina
fumi tossici
senza sostanze chimiche
● Riduce di molto la
generazione e lo
smaltimento di materiale di
scarto
Enzimi tessili prodotti da microrganismi
● Ridurre le estrazioni
geneticamente migliorati (estremofili e DNA ● Tessuti più morbidi
ricombinante)
● Riduzione del consumo di
energia
● Abbassamento dei costi
Effetto jeans “consumati”
Cave a cielo aperto di pomice; Tessuti lavati con enzimi
tessuti lavati con pietra pomice biotecnologici (cellulasi) per
scolorire e ammorbidire jeans
triturata e/o acidi
e tessuti simili
Sbiancatura della carta
Ceppi di legno bolliti in
soluzioni chimiche per
produrre la pasta di legno per
fare la carta
Enzimi che degradano
selettivamente la lignina e
rompono le pareti cellulari del
legno durante la macerazione
Enzimi che sbiancano il legno prodotti da
microrganismi geneticamente migliorati
(DNA ricombinante)
● Riduce l’uso di sbiancanti
Alimenti e cereali da
foraggio fermentate in etanolo
(una tecnologia vecchia di
migliaia di anni)
La tecnologia con l’enzima
cellulasi ci permette la
conversione di residui di
coltura (piccioli, foglie, paglia e
baccelli) in zuccheri che sono
poi convertiti in etanolo
Organismi geneticamente migliorati
sviluppati per produrre enzimi che
convertono gli scarti agricoli in zuccheri
fermentabili (evoluzione guidata e
trasferimento genico)
● Energie rinnovabili
Etanolo come carburante
con cloro e riduce
l’immissione di diossine
tossiche nell’ambiente
● Risparmio economico
dovuto a abbassamento dei
costi per l’energia e per le
sostanze chimiche
● Riduzione dell’emissione di
gas serra
● Aumento della produzione
dell’energia nazionale
● Maggiore efficienza
energetica per la produzione
rispetto al vecchio processo
Antibiotici
Soluzioni per lenti a contatto
80
Solventi a base di cloro e
sotanze chimiche pericolose
utilizzate per produrre
antibiotici attraverso sintesi
chimiche
Processo biologico in una fase
che utilizza la fermentazione
diretta per produrre intermedi
degli antibiotici
Organismi geneticamente migliorati
sviluppati per produrre l’intermedio chiave
di alcuni antibiotici (DNA ricombinante)
● Riduzione del 65% nel
Tensioattivi e/o soluzioni saline
(che non rimuovono i depositi
proteici) utilizzati per pulire le
lenti a contatto
Proteasi che rimuovono i
depositi proteici dalle lenti a
contatto
Organismi geneticamente migliorati
ingegnerizzati per produrre proteasi più
efficienti (evoluzione guidata)
● Pulizia più efficace delle
Guida alle Biotecnologie
consumo di energia
● Risparmio nel costo totale
lenti a contatto
● Meno irritazioni agli occhi
Esempi di
enzimi industriali
ENZIMI
FONTE O TIPO
Carboidrasi
APPLICAZIONI
Detergenti per lavatrici e lavastoviglie, detersivi per tubi e
serbatoi industriali, prodotti tessili, pasta da carta e carta,
etanolo da fermentazione
Alfa-amilasi
α-amilasi batterica (e.g., Bacillus subtilis), α-amilasi
fungina (e.g., Aspergillus niger), α-amilasi alcalina
Prodotti tessili, sciroppi di amido, detergenti per lavatrici
e lavastoviglie, sbozzimatura della carta, etanolo da
fermentazione, mangimi animali
β-amilasi
Da un ceppo di Bacillus
Fermentazioni, sciroppo di maltosio
Cellulasi
β-glucanasi
Detergenti per lavastoviglie, mangimi per animali, prodotti
tessili, produzione di bioenergia
Eso-β-1,4 glucanasi, endo-β-1,4 glucanasi
β-glucosidasi
Destranasi
Fermentazioni industriali
Trasforma i fitoestrogeni isoflavoni nel latte di soia
Prodotto da vari microrganismi (e.g., Leuconostoc
mesenteroides)
Idrolizza il polisaccaride destrano
Destrinasi
Indrolizza le destrine in due molecole di glucosio
α-galattosidasi
Potrebbe aumentare le rese di saccarosio; potenziale uso
nell’industria della barbabietola da zucchero
Glucoamilasi
Aspergillus niger, Rhizopus, Endomiceti
Produzione di sciroppo di glucosio e sciroppo ad alto
contenuto di fruttosio
Emicellulasi/Pentosanasi/Xilanasi
Thermomyces lanuginosus, Penicillium simplicissimum
Prodotti da forno, produzione di succhi di frutta, lavorazione
di pasta di legno
Invertasi
Lattasi
Produzione di sciroppi invertiti da zucchero di canna e di
barbabietola (uso marginale)
Kluyveromyces lactis, Asperigillus oryzae, Bacillus
Naringinasi
Toglie l’amaro dalla buccia degli agrumi
Pectinasi
Pullulanasi
Elimina il lattosio da prodotti lattiero caseari
Lavorazione della frutta
Klebsiella aerogenes, Bacillus acidipullulyticus, Bacillus
subtilis
Proteasi
Agente contro l’invecchiamento dei prodotti da forno
Fermentazioni, alimenti da forno, processamento delle
proteine, distillati alcolici, detergenti per lavatrici e
lavastoviglie, detergenti per lenti a contatto, pellami e
pellicce, sostanze chimiche
Proteinasi acida
Endothia parasitica, Rhizopus, Aspergillus niger, A. oryzae
Prodotti da forno, miglioramento nella produzione degli
impasti
Proteasi alcalina
Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis
Detergenti, pellami e pellicce
Bromelaina
Gambo dell’ananas
Industria alimentare
Pepsina
Stomaco di suini e bovini
Produzione di formaggi
Lactococcus lactis
Alimenti e mangimi
Subtilisina
Bacillus subtilis var. Carlsberg, Bacillus lichenformis
Risoluzione chirale di composti chimici o farmaceutici
Lipasi ed esterasi
Fosfolipasi, esterasi pregastriche, fosfatasi
Detersivi, pellami e pellicce, prodotti lattiero-caseari,
sostanze chimiche
Aminoacilasi
Rene suino, Aspergillus melleus
Risoluzone ottica di aminoacidi
Glutaminasi
Bacillus, Aspergillus
Conversione di glutammina in glutammato
Lisozima
Albume di uovo di gallina, Saccharomyces cerevisiae,
Pichia pastoris
Antibatterici (germicida per l’industria lattiero-casearia)
Penicillina acilasi
Bacillus megaterium, Escherichia coli
Sintesi chimica
Peptidasi
Amino peptidasi
Endo-peptidasi
Guida alle Biotecnologie
81
ENZIMI
FONTE O TIPO
APPLICAZIONI
Isomerasi
Converte lo sciroppo di glucosio in sciroppo con alto
contenuto di fruttosio per l’industria alimentare
Ossidoriduttasi
Sostanze chimiche, detergenti sbiancanti, sbiancanti per la
pasta di legno
Alcool deidrogenasi
Saccharomyces cerevisiae, Thermoanarobium brockii
Sintesi chirali di sostanze chimiche
Amino acido ossidasi
Rene di suino, veleno di serpente
Risoluzioni chirali di miscele racemiche di aminoacidi
Catalasi
Aspergillus niger
Desaccarificazione delle uova
Cloroperossidasi
Alghe, batteri, funghi, tessuti di mammifero
Sintesi di steroidi
Perossidasi
Rafano
Sbiancanti per lavatrici e per pasta di legno
Liasi
Acetolattato decarbossilasi
Fermentazioni industriali
Aspartico β-decarbossilasi
Produzione di L-alanina da acido L-aspartico
Achromobacter liquidum
Istidasi
Cosmetici
Transferasi
Ciclodestrina glicosiltrasferasi
Fonte:
Diversa e Novo Nordisk
Produzione di ciclodestrine dall’amido
Vendite di prodotti chimici collegati all’industria biotecnologica negli Stati Uniti
nel 2005: 95,5 miliardi di dollari
VENDITE COLLEGATE
SETTORE
ALLA BIOTECNOLGIA
ESEMPI DI PRODOTTO/COMMENTI
(miliardi di dollari)
Biocarburanti
26
Etanolo, Biodiesel
Estratti vegetali
24
Idrocolloidi (materie gommose, amido per l’uso
industriale, ecc), oli essenziali, sostanze botaniche
Ingredienti per prodotti
farmaceutici
12
Principi attivi farmaceutici dalle piante, antibiotici,
proteine terapeutiche ottenuti per biocatalisi**
Bulk/polimeri
12
Gomma naturale, acido polilattico (PLA), polioli di
origine biologica
VENDITE DELL’INDUSTRIA
CHIMICA NEGLI STATI UNITI*
100% = 1.369 miliardi di dollari
Industria biotecnologica
Ingredienti per alimenti e
mangimi
9
Acido citrico, lisina, acido glutammico, vitamina B12,
acidi grassi polinsaturi, glicerolo
Prodotti oleochimici
9
Acidi grassi, alcoli grassi, sostanze tensio-attive
Enzimi
2,5
Enzimi per detergenti, coadiuvanti nella lavorazione
tessile, coadiuvanti nella lavorazione dei cereali
1
Altri settori, servizi di ricerca e sviluppo
Altro
Total BIO
95,5
*Vendite attuali dell’industria chimica escluse attività di vendita ai consumatori (business to consumer,
B2C) di farmaci e prodotti per la cura personale: 1.369 miliardi di dollari.
**Stima top-down basata su interviste alle industrie; si presume che il 25% del totale riguardi la vendita
di prodotti farmaceutici o la preparazione di farmaci.
Fonte: McKinsey & Co.
82
Guida alle Biotecnologie
7
93
Preparazione
alle pandemie ed alla biodifesa
S
ulla scia degli attacchi terroristici dell’11 settembre 2001,
BIO ha esaminato l’industria biotecnologica USA e ha
riscontrato che molte aziende avevano già iniziato a lavorare
su progetti di difesa o stavano sviluppando tecnologie utili sia
nell’ambito dell’assistenza sanitaria convenzionale che per la
difesa contro agenti biologici, chimici, radiologici e nucleari.
Le aziende biotecnologiche stanno anche sviluppando nuovi metodi per prepararsi ad una pandemia, incluso lo sviluppo di nuovi
vaccini, farmaci antivirali e strumenti di diagnosi e rilevamento.
emergenze naturali e create dall’uomo. Inoltre, è stata affrontata
la problematica della semplificazione delle procedure di somministrazione dei farmaci da utilizzare durante azioni belliche o
emergenze civili con l’obiettivo che alcuni medicamenti possano
far parte della dotazione di uno zaino militare.
BIO-POLITICA: BIODIFESA E PANDEMIE
La sfida maggiore della tecnologia dei vaccini consiste nello
sviluppare vaccini contro un’ampia gamma di agenti infettivi
(inclusi nuovi ceppi), ridurre il tempo necessario per produrre
l’immunità (alcuni vaccini richiedono richiami multipli per
essere efficaci), essere in grado di produrli in grandi quantità,
semplificare il modo di somministrazione e renderli più sicuri.
Le aziende biotecnologiche stanno lavorando per risolvere questi
problemi con nuovi vaccini che si basano su migliori sistemi di
somministrazione e su scoperte derivanti dalla ricerca genetica.
BIO da molto tempo adotta una politica di contrasto all’uso
delle biotecnologie per lo sviluppo di armi di qualsiasi tipo che
contengano patogeni o tossine con lo scopo di uccidere o
danneggiare gli essere umani, le coltivazioni o il bestiame.
Usi appropriati della biotecnologia includono prodotti e servizi
per immunizzare i cittadini contro agenti infettivi che possono
essere usati in un attacco, per rilevare attacchi biologici, chimici
o radiologico/nucleari, e per individuare e curare le persone che
potrebbero essere state esposte a tali attacchi.
VACCINI CONTRO ARMI A BASE DI PATOGENI
Esistono vaccini di diversa efficacia per antrace, vaiolo, peste e tularemia, inoltre sono in corso di sviluppo vaccini per altri agenti
infettivi che potrebbero essere usati come armi biologiche.
Esempi:
●
I ricercatori stanno esaminando la tecnologia dei vettori per
produrre una rapida protezione. Le applicazioni includono un
vaccino di terza generazione per l’antrace. Questa strategia può
rispondere ad una serie di diversi agenti bioterroristici ed è in
grado di produrre una risposta immunitaria a lungo termine
dopo una singola dose orale.
●
Manipolando una immunotossina (una molecola ibrida)
utilizzata per uccidere cellule tumorali in pazienti affetti da
linfoma, i ricercatori hanno creato un vaccino che si è dimostrato efficace nel proteggere i topi contro la ricina, una tossina
estremamente potente, senza gravi effetti collaterali.
●
I biotecnologi vegetali stanno progettando frutta e ortaggi
geneticamente modificati come vettori di vaccini. Questi
alimenti potrebbero così proteggere popolazioni numerose in
breve tempo.
Un vantaggio strategico
Molte aziende biotecnologiche USA stanno sviluppando attivamente tecnologie per lo sviluppo di contromisure mediche.
Alcune aziende stanno lavorando a tecnologie di difesa attraverso
contratti con il governo federale. Molte altre stanno lavorando
a tecnologie che possono essere usate per l’assistenza sanitaria
convenzionale, pandemie e difesa biologica, come antivirali,
antibiotici e strumenti diagnostici.
Nel riconoscere la straordinaria importanza che l’industria
biotecnologica assume nello sviluppo di contromisure al bioterrorismo, il Presidente Bush ha annunciato nel 2003 l’iniziativa
Project BioShield, che avrebbe finanziato nuovi programmi dei
National Institutes of Health, al fine di stimolare lo sviluppo di
contromisure. Il Project Bioshield Act è diventato legge nel luglio
del 2004, e ha stanziato 5,6 miliardi di dollari di sovvenzioni per
l’acquisto di contromisure mediche contro attacchi chimici, biologici, radiologici o nucleari. Il Presidente ha anche stanziato 3,3
miliardi di dollari per il 2006 e ulteriori 2,3 miliardi di dollari per
il 2007 a favore del Department of Health and Human Services
per lo sviluppo e l’approvvigionamento di contromisure mediche
contro una potenziale influenza pandemica.
ANTICORPI MONOCLONALI
Gli anticorpi monoclonali possono essere usati come antibiotici
e antivirali, come mezzo per curare infezioni virali e batteriche;
possono anche essere usati per rilevare la presenza di agenti infettivi o per rimuovere le tossine batteriche dal flusso sanguigno.
Come i vaccini, conferiscono immunità contro agenti biologici.
Esempio:
Le aziende biotecnologiche hanno sviluppato prodotti e piattaforme, inclusi vaccini, medicinali e diagnostici per affrontare
È in corso di studio una combinazione di anticorpi che si lega
alla tossina dell’antrace e la allontana dal corpo. La tecnologia
Guida alle Biotecnologie
83
può essere applicata anche ad altri potenziali agenti di guerra biologica, come la febbre dengue, i virus Ebola e Marburg, e la peste.
FARMACI A BASE DI DNA O RNA
I ricercatori stanno usando le tecnologie di genomica e di proteomica per scoprire i punti deboli di virus e batteri che possono
essere colpiti da una nuova generazione di antibiotici e antivirali. Tra i punti deboli ci sono le proteine o i segmenti di RNA
essenziali nell’infezione per la sopravvivenza o per la replicazione
di un organismo infettivo. I progetti puntano su entrambe le
strategie.
Esempio:
DARPA ha finanziato un dispositivo portatile che può analizzare
il DNA di un campione per rilevare, in 30 minuti, la presenza di
alcuni agenti infettivi. Tali dispositivi velocizzano il rilevamento
e possono essere utilizzati in qualsiasi luogo, senza dover spedire
i campioni in laboratorio.
Biosensori portatili sono stati sviluppati anche per rilevare l’esatta sequenza di DNA di patogeni nell’atmosfera. Tali sistemi di
rilevazione rapida permetteranno di avere più tempo a disposizione per l’evacuazione, la vaccinazione ed altre misure preventive necessarie a salvare vite umane.
L’RNAi, o interferenza dell’RNA, è un’altra tecnologia molto
promettente. Le tecnologie RNAi hanno lo scopo di “silenziare” i geni bersaglio per prevenire la produzione di proteine che
causano la malattia. L’RNAi può essere applicata a molte malattie
infettive che sono associate al rischio pandemico o ad agenti di
guerra biologici.
Altri approcci
Nella stessa ottica, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ha finanziato progetti che richiedono una rapida
analisi del DNA, seguita da una rapida sintesi di medicinali che
possono interagire, o disattivare, segmenti di DNA cruciali per la
sopravvivenza di un organismo infettivo.
STRATEGIE DI BARRIERA
I ricercatori hanno completato le sequenze dei genomi di
numerosi agenti infettivi, tra cui i batteri che causano la malaria,
l’ulcera gastrica e l’intossicazione alimentare, quelle di organismi
responsabili di infezioni nosocomiali, del colera, della polmonite
e della clamidia, e quelle di potenziali agenti di guerra biologica,
come l’organismo responsabile della peste bubbonica (Yersinia
pestis).
EPIDEMIE BELLICHE
L’efficienza dei militari impegnati in azioni belliche deve essere
salvaguardata anche da rischi dovuti a banali agenti infettivi
come il virus dell’influenza. L’industria biotecnologica sta
affrontando queste malattie con vaccini (inclusi alcuni in via di
sviluppo che possono essere assunti per via orale), antivirali ed
antibiotici.
RILEVAMENTO E DIAGNOSI
Come si è visto nell’emergenza antrace del 2001 negli USA, bisogna essere in grado di determinare rapidamente se una persona
sia stata esposta o meno ad un agente infettivo. Occorre anche
avere gli strumenti necessari per rilevare questi agenti nell’ambiente. Alcuni dispositivi sono già stati sviluppati a questo scopo,
e altri sono in via di sviluppo.
84
Guida alle Biotecnologie
TECNOLOGIE DI RISANAMENTO
Enzimi industriali specializzati possono essere spruzzati in aree
contaminate, rendendo gli agenti infettivi inoffensivi.
Queste strategie sono incentrate sulla creazione di barriere
molecolari che ostacolano l’infezione. Un’azienda, ad esempio,
sta sviluppando molecole che aderiscono ai siti di entrata sulle
membrane delle mucose per contrastare l’assorbimento di virus e
batteri nel flusso sanguigno.
ATTACCHI NON BIOLOGICI E EMERGENZE
Sebbene i riflettori siano puntati sul bioterrorismo, l’industria
biotecnologica sta sviluppando prodotti che possono essere utili
nel trattare feriti e malattie causati da attacchi convenzionali.
Pelle artificiale, ad esempio, è stata utilizzata per curare le vittime
ustionate degli attacchi dell’11 settembre. Altri prodotti biotecnologici con potenziali applicazioni in situazioni di emergenza
includono gli emoderivati (sia per la sostituzione che per la
purificazione del sangue) e i prodotti chirurgici.
Altri usi
DNA fingerprinting
Il DNA fingerprinting, noto anche come tipizzazione del DNA,
è un sistema di identificazione a base di DNA che sfrutta le
differenze genetiche tra individui o organismi. Ogni essere
vivente (eccetto i gemelli monozigoti) è geneticamente unico.
Le tecniche di tipizzazione del DNA si focalizzano sulle differenze genetiche più piccole possibili: vale a dire differenze nella
sequenza dei quattro mattoni del DNA. Queste molecole di base,
o nucleotidi, sono comunemente indicati con A, T, C e G.
La tipizzazione del DNA è anche usata per confrontare la
sequenza nucleotidica di due individui per vedere quanto sono
simili. In altri casi, lo scienziato si occupa di valutare la similarità
di sequenza tra campioni di DNA e sequenze conosciute di campioni di riferimento. La tipizzazione del DNA è diventata uno dei
più efficaci e meglio conosciuti ambiti di applicazione delle biotecnologie. È usata per qualsiasi funzione in cui differenze minuscole nel DNA sono importanti: per determinare la compatibilità
di tipi di tessuto in organi trapiantati, per rilevare la presenza di
uno specifico microrganismo, per monitorare geni desiderati in
incroci di piante, per stabilire la paternità, per identificare resti
umani e per programmi di incroci di animali in cattività.
Il DNA fingerprinting è, ovviamente, utilizzato anche per risolvere crimini confrontando campioni raccolti sulla scena del delitto
con il DNA del sospettato. La tecnologia ha anche dimostrato
l’innocenza di più di 200 persone negli USA che erano state
ingiustamente accusate di un crimine.
TECNICHE DI TIPIZZAZIONE DEL DNA
Gli scienziati hanno sviluppato due tecniche per rilevare direttamente differenze anche molto piccole tra i geni. Ciascuna tecnica
ha vantaggi e svantaggi, ed entrambe sono usate, sia nella ricerca
applicata sia in quella di base, da clinici, ufficiali sanitari, scienziati forensi e laboratori privati. La tecnica scelta dipende dai
quesiti a cui si vuole rispondere, dalla quantità di DNA disponibile, dall’abilità di minimizzare le contaminazioni, dal costo e
dall’urgenza. Alcune volte entrambe le tecniche sono utilizzate in
combinazione.
Una tecnica, conosciuta come analisi di restrizione, usa enzimi
presenti in natura che idrolizzano il DNA in punti precisi. A
causa delle differenze nella sequenza di nucleotidi, l’enzima
idrolizza il campione di DNA di differenti individui in differenti
punti. I frammenti sono di differente dimensione e compongono
un profilo di DNA, o “impronta digitale” (fingerprint), unico per
ogni individuo. Paragonare i frammenti di DNA di diversa grandezza di due campioni fornisce prove molto forti circa il fatto che
questi provengano dalla stessa fonte, o individuo.
Un’altra tecnica di tipizzazione del DNA, la reazione a catena
della polimerasi (PCR), fa uso del processo con cui le cellule
duplicano il loro DNA prima di dividersi in due cellule. La PCR
produce migliaia di copie di una specifica sequenza di DNA nel
giro di poche ore. La PCR, come l’analisi di restrizione, permette
di confrontare due campioni di DNA per vedere se derivano dallo stesso individuo, ma permette anche di rilevare la presenza o
assenza di particolari pezzi di DNA in un campione. Utilizzata in
questo modo, la PCR può diagnosticare velocemente e accuratamente infezioni come HIV e clamidia e rilevare geni che possono
predisporre un individuo a molte forme di cancro ed alla fibrosi
cistica, o aiutare a proteggere un individuo da HIV-AIDS.
Per identificare le piccole differenze nelle molecole di DNA, gli
scienziati devono focalizzare le tecniche di tipizzazione del DNA
su regioni della molecola che sono altamente variabili tra due
individui. Questa è una delle ragioni per cui spesso si usa DNA
mitocondriale invece che nucleare, che tende a non variare tra un
individuo e l’altro. Un’altra ragione per l’uso di DNA mitocondriale è il suo profilo unico di eredità; virtualmente si ereditano
tutti i geni mitocondriali per via materna.
APPLICAZIONI IN AMBITO FORENSE
Nell’investigazione dei crimini, il DNA estratto da campioni di
capelli, fluidi corporei o pelle rintracciati sulla scena del crimine
vengono confrontati con quelli rilevati su persone sospette. La
tipizzazione del DNA è stata utilizzata per la prima volta per
motivi legali in Gran Bretagna a metà degli anni ’80, ed è stata
impiegata per la prima volta negli Stati Uniti nel 1987. Oggi, il
Federal Bureau of Investigation (FBI) svolge la maggior parte
delle tipizzazioni di DNA per conto delle agenzie locali a scopi
legali, e anche alcune aziende biotecnologiche svolgono test di
DNA fingerprinting.
La tipizzazione del DNA ha ottenuto risposte positive in molti
stati USA, in cui i dati genetici di detenuti sono stati incrociati
con campioni rilevati in assassini ed abusi sessuali. La tipizzazione del DNA ha scagionato più di 200 individui innocenti dei
crimini di cui erano stati giudicati colpevoli prima dell’avvento
del DNA fingerprinting. Sedici di questi erano già reclusi nel
braccio della morte.
L’ampia accettazione della tipizzazione del DNA dai tribunali
statunitensi ha portato molti stati USA a varare leggi che obbligano persone, condannate per crimini sessuali ed altri crimini,
ad essere sottoposti a tipizzazione del DNA, poi inseriti in un
database di criminali. Coloro che operano nella Giustizia sperano di integrare i database dell’FBI e dei diversi Stati in un unico
database nazionale che potrebbe consentire un rapido confronto
e incrocio di dati di criminali schedati con materiale genetico
raccolto sulle scene dei crimini.
Guida alle Biotecnologie
85
La tipizzazione del DNA è anche utilizzata per identificare i resti
di individui sconosciuti, come nella recente identificazione del
Milite Ignoto, o per identificare i corpi di persone uccise nel
corso di rivolte politiche. I soldati americani oggi depositano
campioni di DNA in una banca dati come copia di sicurezza della
medaglietta di metallo che indossano in combattimento.
Gli scienziati hanno utilizzato perfino il DNA fingerprinting per
identificare i resti dello Zar Nicola II Romanov di Russia e della
sua famiglia, giustiziati dai bolscevichi nel 1918. Hanno confrontato il DNA delle ossa con il DNA di campioni di sangue di
discendenti viventi di Nicola II, incluso il principe Filippo di Gran
Bretagna. I risultati della tipizzazione di DNA hanno smentito
una donna che sosteneva di essere la Gran Duchessa Anastasia,
sopravvissuta al massacro Romanov.
PATERNITÀ
È possibile determinare la paternità grazie alla tipizzazione del
DNA poiché metà del DNA del padre è contenuto nel materiale
genetico del figlio. Utilizzando l’analisi di restrizione, il DNA fingerprinting della madre, del figlio e del padre putativo sono messi
a confronto. I frammenti di DNA della madre che corrispondono
a quelli del figlio sono esclusi dall’analisi. Per stabilire la paternità, i frammenti di DNA rimanenti nel DNA fingerprinting del
figlio, quelli ereditati dal padre biologico, sono messi a confronto
con le sequenze di DNA del padre putativo.
ANTROPOLOGIA
Gli scienziati stanno usando la tipizzazione del DNA per aiutare
a ricomporre migliaia di piccoli frammenti raccolti dai manoscritti del Mar Morto. Con la tipizzazione del DNA possiamo
distinguere pergamene scritte su carta di pecora da quelle su
carta di capra. Da qui, gli scienziati stanno ricostruendo l’organizzazione originaria dei manoscritti.
La tipizzazione di DNA può determinare il grado di parentela
tra fossili umani di differenti luoghi geografici ed ere geologiche. I risultati forniscono elementi utili a comprendere la storia
dell’evoluzione umana e delle migrazioni.
GESTIONE DELLA FAUNA E DELLA FLORA SELVATICHE
Più cose si comprendono sulla genetica delle popolazioni
naturali, meglio può essere pianificata la loro conservazione e
la loro gestione. Gli scienziati usano la tipizzazione del DNA
per misurare la quantità di variazione genetica tra le differenti
popolazioni di una specie, determinare la distribuzione geografica della specie, aiutare a conservare specie compromesse o a
rischio, e determinare la capacità di ripresa genetica di popolazioni selvatiche di specie compromesse. Per esempio, ora sappiamo che i ghepardi sono ad alto rischio di estinzione perché
praticamente non ci sono variazioni genetiche nella specie.
Recentemente, la tipizzazione del DNA ha aiutato gli scienziati
a risolvere un mistero che coinvolge il gruppo messicano di
tartarughe caretta del Pacifico. Le testuggini caretta del Pacifico nidificano in Giappone e in Australia, ma non in Messico,
eppure testuggini molto giovani si trovano spesso al largo della
costa Messicana. Non sembrava possibile che queste testuggini
potessero aver nuotato per 10.000 miglia dal Giappone al Messico, o addirittura dall’Australia. La tipizzazione del DNA ha
dimostrato che le giovani testuggini trovate in Messico nascono
effettivamente in Australia o in Giappone, vengono trasportate
in Messico dalle correnti oceaniche e poi tornano a nuoto verso
l’Australia o il Giappone, quando sono pronte per riprodursi.
Il DNA fingerprinting è stato anche usato per monitorare il
commercio illegale di specie protette. Per esempio, gli scienziati
hanno potuto dedurre che i prodotti ittici in vendita in Giappone, includevano carne di balena, illegalmente importata, così
come altre specie cacciate illegalmente. Studi simili condotti
sull’avorio hanno svelato il bracconaggio di elefanti in paesi in
cui la loro caccia è illegale. Infine, alcuni paesi, inclusi gli Stati
Uniti, stanno utilizzando la tipizzazione del DNA per prevenire
l’importazione di caviale da specie di storioni in pericolo di
estinzione.
86
Guida alle Biotecnologie
Proprietà
intellettuale
L
a biotecnologia è un’industria fatta di idee e invenzioni.
Questo rende la proprietà intellettuale, che in genere si concretizza con un brevetto, la più importante risorsa dell’azienda
biotecnologica. Queste aziende spesso sono di piccole dimensioni – la maggior parte delle aziende biotecnologiche hanno
meno di 50 dipendenti – sviluppano prodotti che possono
richiedere più di 15 anni e centinaia di milioni di dollari in
investimenti prima di poter entrare sul mercato.
La protezione della proprietà intellettuale è così importante
che viene dato il merito del decollo dell’industria biotecnologica ad un caso giudiziario del 1980. Nel giudizio Diamond contro
Chakrabarty, la Corte Suprema degli USA ha stabilito che “tutto
ciò che è sotto il sole che è fatto dalle mani dell’uomo” incluse le
cellule modificate ed altri materiali biologici può essere brevettato.
dai 5 ai 10 anni. Il brevetto può essere rilasciato anni prima
dell’approvazione della FDA, così la durata inizia prima che
il prodotto possa essere venduto. Considerato il tempo che
il farmaco impiega per arrivare ai pazienti, quando arriva sul
mercato il brevetto potrebbe avere meno di 10 anni di tutela.
(Il Hatch-Waxman Act bilancia parzialmente il tempo perso
per lo sviluppo dei farmaci, ma il periodo di “effettiva tutela
del brevetto” è comunque molto più breve che per gli altri
prodotti).
Una volta che il brevetto è scaduto, tutti possono produrre,
utilizzare, vendere, svendere o importare l’invenzione senza il
consenso del possessore del brevetto.
TIPOLOGIE DI BREVETTO
I brevetti rientrano in tre categorie: brevetti per utilità, design
e piante:
Cos’è un brevetto?
Un brevetto è un accordo tra lo Stato e un inventore grazie al
quale, in cambio di una descrizione completa dell’invenzione,
lo Stato dà all’inventore il diritto di escludere altri dal produrre, utilizzare, vendere o importare l’invenzione, per un periodo
di tempo limitato. Il diritto di proprietà garantito da un brevetto è alquanto diverso da quello che tipicamente chiamiamo
“proprietà”. Quello che viene riconosciuto non è il diritto di
produrre, utilizzare, mettere in vendita, svendere o importare,
ma il diritto di impedire gli altri di produrre, utilizzare, mettere
in vendita, svendere o importare l’invenzione.
L’Ufficio Brevetti e Marchi Registrati degli Stati Uniti (PTO)
esamina le domande e rilascia i brevetti. Il brevetto di solito
dura 20 anni dalla data in cui viene depositata la domanda di
brevetto (non da quando è rilasciato). Di conseguenza, la durata del brevetto è compresa tra i 17 e i 20 anni; l’esatta durata
dipende da quanto dura l’esame della domanda da parte del
PTO. Il PTO dà all’agenzia un periodo di tre anni per rilasciare il brevetto. Se il periodo di valutazione supera i tre anni, il
tempo eccedente sarà aggiunto alla durata del brevetto, per
assicurare un minimo di 17 anni. Così, anche se una domanda
viene esaminata dal PTO, ad esempio, in quattro anni prima
che venga rilasciato, la durata del brevetto sarà di 17 anni.
Per le industrie rigidamente regolamentate come quella biotecnologica, il periodo “effettivo” di protezione del brevetto
può essere molto meno di 17-20 anni. Perché? Ad esempio,
consideriamo un farmaco il cui brevetto è stato approvato
durante la Fase I di sperimentazione. Prima che il farmaco
possa essere immesso sul mercato, deve essere sottoposto
ad almeno altri due cicli di sperimentazione clinica e ad un
periodo di valutazione della FDA, tutto questo può richiedere
●
I brevetti per utilità sono concessi a coloro che inventano o
scoprono macchinari o processi nuovi e utili.
●
I brevetti di design sono rilasciati ad inventori di design nuovi, originali e decorativi di un articolo per la produzione.
●
I brevetti di piante sono concessi a coloro che inventano
o scoprono – e poi riproducono in maniera asessuata – un
nuovo tipo di pianta.
TUTELA DI UN BREVETTO NELLA COSTITUZIONE USA
Un brevetto concede diritti esclusivi agli inventori per un
periodo limitato. La prima legge che fornisce diritti esclusivi
ai produttori di invenzioni per periodi limitati sembra essere
stata varata in Italia nel XV secolo. Perfino prima di firmare la
Costituzione Americana, la maggior parte degli stati avevano
le loro leggi sui brevetti. La Costituzione affidava al Congresso
il compito di fornire protezione alle invenzioni. Le basi del
brevetto federale e dei sistemi di diritti di proprietà intellettuale (copyright) si trovano nella Costituzione degli Stati Uniti,
Articolo 1, Sezione 8, Clausola 8, che recita:
Il Congresso deve avere il potere […] di promuovere
il progresso della scienza e di arti utili, garantendo
per periodi limitati agli autori e agli inventori il diritto
esclusivo sui loro scritti e sulle loro invenzioni.
Il Congresso ha emesso varie leggi in materia di brevetti. La
prima legge sul brevetto USA è stata approvata nel 1790. Oggi,
negli Stati Uniti, i brevetti sono rilasciati dal PTO degli Stati
Uniti e hanno valore solo all’interno degli Stati Uniti e dei suoi
territori.
Guida alle Biotecnologie
87
Invenzioni brevettabili
Secondo la legge americana, possono essere brevettati diversi
tipi di invenzione:
Lo scopo di un brevetto
Il fondamento per un sistema di brevetti è fornire un vantaggio
alle imprese ricompensandole per lo sviluppo di nuove invenzioni. Perciò il sistema brevettuale ha due scopi fondamentali:
promuovere il progresso della tecnologia e proteggere l’inventore.
PROMUOVERE IL PROGRESSO TECNOLOGICO
Per ottenere un brevetto, un inventore deve “insegnare” al pubblico come fabbricare ed usare l’invenzione nel miglior modo
che l’inventore conosca. Così, il sistema brevettuale ricompensa solo quegli inventori che hanno volontariamente condiviso
le loro invenzioni con il mondo.
Inoltre, l’informazione contenuta in una domanda di brevetto,
di solito, è disponibile al pubblico molto prima che il brevetto
venga concesso. Se una domanda di brevetto è depositata a
livello internazionale, o (dal 2000) negli Stati Uniti, viene pubblicata 18 mesi dopo il deposito iniziale. Esiste un’eccezione a
questa regola, quando un inventore ha depositato la domanda
solo negli USA, e non anche nel resto del mondo, può richiedere che la domanda USA non venga resa pubblica. Se però il
richiedente deposita la domanda in un paese diverso dagli Stati
Uniti, allora il brevetto sarà reso pubblico negli USA.
Una volta pubblicata, la domanda di brevetto e tutte le informazioni sono disponibili a chiunque, stimolando così il flusso di
conoscenza scientifica e tecnologica. Questo spiega perché le
nazioni che proteggono gli inventori tramite i brevetti sono le
più avanzate del mondo, scientificamente e tecnologicamente.
88
Guida alle Biotecnologie
●
Un processo – per esempio, un processo per fare un prodotto
chimico combinando un prodotto chimico X con un
prodotto chimico Y, o un metodo per curare malati di cancro
somministrando uno specifico farmaco.
●
Un macchinario – per esempio, un televisore ad alta
definizione a schermo piatto o un macchinario a raggi X.
●
Un articolo industriale – per esempio, un chip di silicio per
computer o un particolare elemento in plastica, ottenuto per
fusione, da utilizzare come paraurti di un automobile.
●
Una combinazione di specie molecolari o materiali – per
esempio, un nuovo prodotto farmaceutico o una nuova
plastica per i banchi di lavoro in cucina.
●
Qualsiasi miglioramento nuovo e utile ad una invenzione che
ricade in una di queste categorie.
Altri tipi di invenzioni o scoperte riguardanti gli organismi
naturali, le leggi della natura, i fenomeni naturali o fisici e le
idee astratte non possono essere brevettate.
BREVETTI BIOTECNOLOGICI
Le invenzioni biotecnologiche generalmente ricadono in una
delle seguenti classi:
1. Nuove composizioni di materie correlate a:
●
nuove sequenze di acidi nucleici
●
proteine
●
invenzioni farmaceutiche basate su questi acidi nucleici o
proteine o linee cellulari trasformate con acidi nucleici
●
non si può brevettare un gene o una proteina presente in
natura nella forma in cui si presenta nel corpo umano,
ma si può brevettare un gene o una proteina che sono
stati isolati dal corpo umano e sono utili, in quella forma,
come farmaco, test di screening o per altre applicazioni.
2. Metodi per fabbricare i prodotti sopra descritti attraverso,
per esempio, le tecnologie di trasformazione o le
tecnologie di colture cellulari.
3. Metodi per trattare pazienti affetti da una data malattia
usando un particolare gene o proteina. Anche se qualcuno
ha brevettato un gene o una proteina, un secondo inventore
può ottenere un brevetto sul nuovo uso di questo gene
o proteina, ammesso che il secondo inventore scopra
un nuovo uso per la sostanza. I metodi di trattamento
includono anche i meccanismi di somministrazione.
4. Metodi per rilevare o monitorare stadi di malattie, come
quelli che utilizzano test di screening.
Requisiti di un brevetto
I brevetti hanno valore territoriale. Per ottenere un brevetto
per una nuova invenzione, un inventore deve dimostrare di
soddisfare i seguenti criteri:
1. L’invenzione deve essere nuova e non ovvia: cioè, l’invenzione è veramente innovativa. L’invenzione deve non essere stata descritta o scoperta da un altro prima che l’inventore abbia depositato la domanda di brevetto. L’invenzione
deve anche non essere ovvia sulla base di precedenti lavori
di altri. Nel brevettare un gene o una proteina, il requisito
di novità e non ovvietà generalmente significa che l’inventore deve conoscere la struttura chimica del nuovo gene o
proteina. Se questa struttura è già conosciuta, l’inventore
non può soddisfare questo requisito.
2. L’invenzione è utile. L’inventore deve dimostrare che l’invenzione può essere utilizzata nella realtà. Non è sufficiente trovare semplicemente un nuovo gene o una proteina.
L’inventore deve specificare che uso ha; per esempio, se il
gene o la proteina sono utili come farmaco per la malattia
X o come target per la malattia Y o come marcatori diagnostici per la malattia Z.
3. La domanda descrive l’invenzione in maniera
sufficientemente dettagliata per permettere ad altri di
produrre e usare l’invenzione. L’inventore deve insegnare
o mettere in condizione altre persone dotate di capacità
tecnologiche di usare l’invenzione come descritta nel
brevetto.
Oltre ai criteri sopra descritti, una descrizione del materiale o
dello strumento, per il quale il brevetto è richiesto, non deve
essere già stato pubblicato su carta stampata, né negli Stati
Uniti né altrove. Inoltre, non è brevettabile se l’invenzione è
stata messa in vendita o è in uso negli USA, un anno prima che
la domanda sia depositata.
La domanda di brevetto
Per ottenere un brevetto, viene richiesto all’inventore di
sottoporre una domanda di brevetto in ogni paese
Guida alle Biotecnologie
89
nel quale si desidera ottenere la tutela del brevetto. Negli
Stati Uniti, una domanda di brevetto completa deve avere le
seguenti parti:
1.
Un documento scritto in lingua inglese (chiamato la “specifica”; the specification), che descrive chiaramente e spiega
l’invenzione. Allegato alla specifica deve esserci almeno una
“rivendicazione” (claim) che mette in evidenza in termini
legali le applicazioni dell’invenzione.
2.
Un disegno che illustri l’invenzione (se necessario per comprendere l’invenzione).
3.
Un giuramento o una dichiarazione dell’inventore/i che
rivendica l’autenticità dell’invenzione.
4.
Una tassa di deposito (l’ammontare varia in base alla domanda di brevetto).
asessuata. Nel 1970, il Congresso ha esteso la tutela simile per
nuove piante inventate, riprodotte sessualmente.
●
Animali: Nel 1980, è stata esaminata la questione se animali
multicellulari potessero essere brevettati. Il caso ha coinvolto
un nuovo tipo di ostrica “poliploide” che aveva un serie di
cromosomi in più. Questa nuova ostrica sterile poteva essere
mangiata tutto l’anno poiché non perdeva il peso corporeo a
causa della riproduzione durante la stagione di procreazione.
Il PTO ha trovato che questi organismi erano effettivamente
nuovi e quindi idonei per il brevetto. Tuttavia, il PTO ha ritenuto che la procedura utilizzata per la creazione di questo tipo
di ostrica fosse ovvia e ha respinto la domanda di brevetto. In
ogni caso, l’ostrica polipoide ha aperto la strada per il brevetto
di altri animali che non sono presenti normalmente in natura.
Nel 1988, Philip Leder e Timothy Stewart hanno ottenuto
un brevetto per mammiferi transgenici non umani (US Pat.
No. 4,736,866) che copriva il cosiddetto “Harvard mouse”, un
topo geneticamente ingegnerizzato per essere utilizzato come
modello animale per lo studio del cancro.
●
Composti naturali: I composti naturali, come una proteina
umana o un composto chimico che dà alle fragole l’aroma
caratteristico, non sono essi stessi viventi, ma sono presenti
in natura. Quindi, sono considerati nuovi e possono essere
brevettati solo se sono in qualche modo rimossi dalla natura.
Pertanto, un composto che viene purificato dalla fragola, o una
proteina che è purificata dal corpo umano può essere brevettata nel suo stato purificato. Tale brevetto non coprirà la fragola o
la persona. Il PTO degli Stati Uniti non permette a nessuno di
brevettare un essere umano in nessuna circostanza.
Brevettare organismi
Alcuni organismi viventi possono essere brevettabili. Come per
qualsiasi invenzione, un organismo vivente deve essere “nuovo”
per poter essere brevettato. In questo senso, gli organismi viventi
che sono presenti o esistono in natura non sono brevettabili.
Per esempio, non si può brevettare il topo, poiché i topi esistono
in natura da tempo infinito. Se tuttavia si crea un tipo di topo
con particolari caratteristiche fisio-patologiche che non sono
comunemente presenti nella specie murina, allora questo topo
potrebbe essere brevettabile. Di seguito sono riportati alcuni
esempi di organismi brevettabili.
●
●
Microrganismi: Già nel 1873, Louis Pasteur ottenne un
brevetto USA per un lievito “privo di germi organici o malattie.” Con la nascita dell’ingegneria genetica, alla fine degli anni
’70, la brevettabilità di organismi viventi è stata riesaminata e
confermata. Un caso fondamentale ha coinvolto l’invenzione
di Ananda Chakrabarty di un nuovo batterio geneticamente ingegnerizzato per degradare petrolio grezzo. Nel 1980, la Corte
Suprema degli USA ha chiaramente stabilito che nuovi microrganismi non presenti in natura, come il batterio descritto da
Chakrabarty, sono brevettabili. Chakrabarty ottenne il brevetto
nel 1981 (U.S. Pat. No. 4,259,444). Nella sentenza Chakrabarty, la Corte Suprema ha fissato il criterio che “tutto ciò che è
sotto il sole e che è realizzato dall’uomo” può essere brevettato.
Quindi, se un prodotto della natura, modellato dall’uomo, è
nuovo, utile e non ovvio, può essere brevettato.
Piante: Nel 1930, il Congresso USA ha approvato il Plant
Patent Act, che fornisce specificamente tutela di brevetto
per nuove piante inventate, che sono riprodotte in maniera
90
Guida alle Biotecnologie
Concessione di licenze di brevetto
La licenza di brevetto è un contratto tra i proprietari di un brevetto e una parte indipendente che vorrebbe produrre, utilizzare o
vendere l’invenzione brevettata. Tale contratto è essenzialmente
una promessa da parte del proprietario del brevetto di non citare
in giudizio la parte indipendente, chiamata concessionario, per
l’infrazione del brevetto, a patto che questa si attenga ai termini
del contratto. Di solito, il concessionario si impegna a pagare al
proprietario del brevetto una percentuale degli incassi ricavati
dalla vendita dell’invenzione e/o altri compensi.
Molte invenzioni richiedono un capitale di investimento significativo prima di poter essere sfruttate commercialmente. Attraverso la concessione a terzi della licenza di un’invenzione brevettata,
un proprietario di brevetto che non ha le risorse per sviluppare
completamente un’invenzione può lavorare con la terza parte per
commercializzarla.
In alcuni casi, per usare un’invenzione, può essere necessaria
la concessione della licenza da parte di più di una persona. Per
esempio, una persona può ottenere un brevetto per una nuova
proteina, mentre una seconda ottiene un brevetto per un nuovo
uso della stessa proteina. Per poter vendere questa proteina per
un altro utilizzo, una terza parte deve richiedere una licenza ad
entrambi i proprietari dei brevetti. Se i due proprietari dei brevetti vogliono vendere la proteina per questo nuovo utilizzo, essi
devono ottenere reciprocamente una licenza. Tali licenze sono
spesso chiamate “licenze incrociate”. Le licenze incrociate sono
molto comuni nei settori tecnologici in rapido sviluppo.
Se una parte terza utilizza senza licenza l’invenzione brevettata,
il proprietario del brevetto può richiedere risarcimento legale per
l’infrazione, inclusi i danni e un’ingiunzione contro il colpevole
per prevenirne l’uso in futuro.
Sviluppi recenti sulla brevettazione
Nell’aprile 2007, la Corte Suprema USA ha emesso una
sentenza che può essere considerata la sentenza del decennio
in materia brevettuale. La sentenza KSR International contro
Teleflex, Inc. ha reso molto più difficile l’ottenimento o la
protezione di brevetti per prodotti che combinano elementi
di invenzioni pre-esistenti. Alcuni temono che questa decisione potrebbe intralciare l’innovazione biotecnologica. Comunque, in realtà non si conosce ancora l’impatto finale che
potrà avere questa sentenza e che potrà essere determinato
solo in seguito a future controversie legali. È chiaro che c’è
in gioco l’abilità delle aziende biotecnologiche nell’ottenere
un’appropriata tutela del brevetto delle loro invenzioni.
Nel frattempo, sono state previste nuove norme del PTO che
avrebbero dovuto diventare effettive nel novembre 2007. Ma
la GlaxoSmithKline ha richiesto legalmente ed ottenuto una
sospensiva a tempo indeterminato del provvedimento.
Le nuove regole limiterebbero il numero di domande
continuative che un inventore può depositare (una domanda continuativa viene depositata da un inventore che vuole
aggiungere un’ulteriore rivendicazione ad una domanda di
brevetto già esistente) nonché il numero di rivendicazioni
che possono essere depositate e perseguite e, nel caso in cui
tali limiti fossero superati, aumenterebbero gli obblighi di
palesamento nella descrizione dell’invenzione. L’industria
biotecnologica americana è particolarmente preoccupata per
questi cambiamenti, perché comporterebbero un allungamento del periodo di tempo necessario per brevettare un
prodotto biotecnologico. Un’energica tutela del brevetto è di
vitale importanza per permettere alle aziende biotecnologiche di attrarre gli investimenti necessari per coprire le spese
necessarie per i tempi che intercorrono dall’invenzione alla
brevettazione.
Guida alle Biotecnologie
91
Etica
L
a biotecnologia moderna è nata in circostanze politiche e sociali
molto particolari, stabilendo precedenti che hanno modellato
lo sviluppo dell’industria biotecnologica e continuano ad influenzarne le caratteristiche ancora oggi.
Nel 1973, pochi giorni dopo l’annuncio dei dottori Herbert
Boyer e Stanley Cohen di essere riusciti a ricombinare il DNA di
un organismo con quello di un altro, un gruppo di scienziati, tra
cui i responsabili di alcune delle più importanti conquiste della
biologia molecolare, inviarono una lettera alla National Academy
of Sciences (NAS) ed alla rivista Science sollecitando una moratoria volontaria su alcuni esperimenti scientifici che utilizzavano la
tecnologia del DNA ricombinante. Questi scienziati temporaneamente sospesero le loro ricerche e chiesero pubblicamente agli
altri ricercatori di fare altrettanto. Essi, pur avendo una visione
chiara dello straordinario potenziale del loro lavoro, e benché non
intravedessero nessun pericolo intuibile, erano incerti sui rischi
presentati da alcuni tipi di esperimenti e suggerirono che un gruppo internazionale di scienziati di varie discipline si incontrasse, per
condividere i dati e le informazioni fino a quel momento raccolti e
decidere come la comunità scientifica nella sua globalità dovesse
procedere. Gli scienziati a livello internazionale, pur lavorando in
questo campo altamente competitivo, aderirono alla richiesta di
bloccare le ricerche sulla ricombinazione del DNA.
Qualche mese dopo la richiesta di moratoria, gli scienziati, con
l’appoggio della NAS, richiesero con una seconda lettera ai National
Institutes of Health (NIH), l’istituzione di una commissione consultiva per valutare i rischi del DNA ricombinante, sviluppare le procedure per minimizzare questi rischi e indicare le linee guida per la
ricerca che utilizza il DNA ricombinante. In risposta a tale richiesta,
i NIH costituirono il Recombinant DNA Advisory Committee (RAC)
che ottenne il riconoscimento ufficiale nell’ottobre del 1974.
Nel febbraio del 1975, 150 scienziati di 13 paesi, insieme con
legali, rappresentati ufficiali del governo e 16 giornalisti, si riunirono nel Centro Congressi di Asilomar, Monterey, California,
per discutere il significato delle ricerche sul DNA ricombinante,
considerare l’opportunità di sospendere la moratoria volontaria
e, in tal caso, regolamentare in maniera severa le condizioni in cui
questo tipo di ricerche si poteva svolgere in sicurezza. I partecipanti alla conferenza pervennero alla decisione di sostituire la
moratoria con una complessa serie di regole, al fine di permettere di svolgere alcuni tipi di ricerche in laboratorio con il DNA
ricombinante, bloccando altre attività sperimentali fino a quando
non si fosse approfondito di più l’argomento. Il rapporto finale
della Conferenza di Asilomar fu sottoposto alla NAS nell’aprile
del 1975 ed il resoconto fu pubblicato sulla rivista Science e sui
rendiconti (proceedings) dell’Accademia.
Non era mai accaduto prima che la comunità scientifica internazionale avesse volontariamente interrotto la ricerca della conoscenza
92
Guida alle Biotecnologie
prima che insorgessero problemi, che si fosse auto-imposta regole
e che fosse stata così disponibile all’ascolto delle preoccupazioni
della società.
Il NIH-RAC si riunì per la prima volta solo poche ore dopo la fine
della conferenza di Asilomar ed adottò le decisioni della conferenza come regole provvisorie per i laboratori degli Stati Uniti
sovvenzionati a livello federale. L’anno successivo furono dettate
una prima serie di linee guida per la regolamentazione della ricerca
che utilizzava molecole di DNA ricombinante. Dopo una valutazione pubblica delle bozze delle linee guida, il RAC pubblicò la
loro versione finale nel luglio del 1976. Organizzazioni analoghe di
altri paesi hanno successivamente pubblicato linee guida simili per
monitorare la ricerca con il DNA ricombinante. Le aziende membri di BIO hanno volontariamente aderito a queste linee guida fin
dalla loro prima emanazione.
Nel corso degli anni seguenti, il RAC ha rivisto le linee guida alla
luce dei dati che si andavano accumulando a sostegno della sicurezza delle ricerche in laboratorio sul DNA ricombinante. Anche
in altri paesi le regolamentazioni e la vigilanza sono diventate man
mano meno rigide. Nei primi anni ’80, mentre l’industria biotecnologica si spostava dalla ricerca di base allo sviluppo di prodotti,
il RAC si è assunto la responsabilità di stabilire gli standard di
sicurezza per le produzioni industriali che prevedevano l’utilizzo
di organismi ricombinanti anche sulla base di proposte avanzate
spontaneamente da aziende come Genentech ed Eli Lilly.
Con il crescere dei dati a sostegno della sicurezza delle ricerche sul
DNA ricombinante ed il contemporaneo sviluppo e commercializzazione di prodotti biotecnologici, il controllo e la vigilanza su
tali prodotti è passato alle agenzie competenti per settore come la
Food and Drug Administration (FDA), l’Agenzia di Protezione
Ambientale (EPA) e il Ministero dell’Agricoltura USA (USDA).
Il RAC in seguito si è concentrato maggiormente sulle questioni
etico-sociali, in particolare per quanto concerne l’impiego del
DNA ricombinante in campo umano per fini terapeutici.
Si può quindi affermare che, fin dalla sua nascita, l’industria
biotecnologica ha incondizionatamente appoggiato il dibattito
pubblico e la formulazione di un’adeguata regolamentazione delle
sue attività.
BIO apprezza il ruolo importante che la comunità scientifica
accademica ed il RAC hanno avuto nella prima fase della ricerca
sul DNA ricombinante, dei processi biotecnologici e delle sperimentazioni di trasferimento di geni umani. Il loro approccio,
appoggiato in maniera volontaria da ricercatori sia pubblici che
privati, ha assicurato la meditata, responsabile, franca discussione
ed apertura verso queste nuove tecnologie.
ATTIVITÀ DI BIO
BIO si impegna per l’uso socialmente responsabile delle biotecnologie, volto a salvare o migliorare vite, migliorare la qualità
e la quantità di cibo, e proteggere l’ambiente. Man mano che
le nostre aziende sviluppano tecnologie che potrebbero creare
benefici per l’umanità, tali tecnologie possono anche porre
degli interrogativi etici. Per aiutarci ad esaminare i problemi
bioetici quando emergono, BIO ha formato, diversi anni fa, una
commissione per la bioetica. La commissione ha formulato i
principi etici adottati dal nostro consiglio di amministrazione nel
1997 come lo Statement of Ethical Principles (vedi più avanti).
Lavoriamo per far sì che le biotecnologie vengano utilizzate per
il miglioramento della condizione umana senza abusi.
BIO e l’industria biotecnologica rispettano il potere delle tecnologie che stiamo sviluppando e accettano la necessità di adeguate regolamentazioni. Noi lavoriamo con gli enti di controllo
statali, federali ed internazionali per modellare lo sviluppo di
leggi di controllo che garantiscano prodotti sicuri ed in grado di
apportare benefici.
Dobbiamo continuare ad affrontare i dubbi etici che sorgono
man mano che la scienza progredisce. Siamo convinti che le
biotecnologie possano migliorare la qualità della vita, ma riconosciamo che questa nuova tecnologia va affrontata con un giusto
equilibrio di entusiasmo, cautela ed umiltà. Per questo motivo,
nel giugno del 2006, il consiglio di amministrazione di BIO ha
approvato la formazione di un comitato permanente per la bioetica per consentire alle industrie di partecipare al dibattito sulle
politiche, le strategie e la pianificazione riguardanti le questioni
bioetiche in tutti i settori delle biotecnologie, da quelle sanitarie
a quelle agrarie, alimentari, industriali ed ambientali.
Questioni etiche
Molti problemi sociali ed etici sono associati alla ricerca biotecnologica, lo sviluppo di prodotti e la loro commercializzazione.
Più avanti, discuteremo di alcuni di questi problemi. Per ulteriori
informazioni su questo ed altri temi, potete visitare il sito web
della BIO: http://www.bio.org/
SALUTE GLOBALE
La biotecnologia ha un potenziale straordinario per migliorare la
salute delle persone nei paesi in via di sviluppo, ma ci sono ostacoli significativi per lo sviluppo e la somministrazione di diagnostici, terapie e vaccini per le malattie infettive prevalenti nei paesi
in via di sviluppo. Per vagliare gli ostacoli e stabilire i meccanismi
per superarli, BIO e la Bill and Melinda Gates Foundation hanno
unito le loro forze nel 2004 per fondare BIO Ventures for Global
Health (BVGH), una nuova organizzazione no-profit. BVGH
lavora con aziende, donatori e investitori per introdurre nuovi
vaccini, terapie, diagnostici e strumenti di somministrazione sul
mercato dei paesi in via di sviluppo.
TERAPIA GENICA
La terapia genica è soggetta a più controlli di qualunque altra
tecnologia terapeutica. Le linee guida NIH impongono che siano
le istituzioni federali ed i loro collaboratori a sottoporre informazioni dettagliate riguardo sperimentazioni cliniche proposte o in
corso su prodotti di terapia genica. Molte di queste informazioni
devono essere accessibili al pubblico. La FDA, che negli USA
ha l’autorità legale di regolamentare i prodotti di terapia genica
(inclusa la sperimentazione clinica), raccoglie informazioni dettagliate sui prodotti o i placebo di una sperimentazione, rivede
i report di eventi avversi, e richiede relazioni annuali su tutte le
sperimentazioni in corso. Le attività e le responsabilità sia della
FDA, attraverso il suo ruolo statale di regolatore dello sviluppo
di farmaci, che del NIH/Recombinant DNA Advisory Committee (RAC), come forum di dibattito pubblico, sono servite a
proteggere i pazienti ed al tempo stesso ad assicurare che ricerche
importanti potessero progredire.
Il campo della terapia genica continua a concentrarsi sui pazienti
con malattie gravi e potenzialmente mortali che di solito hanno
solo poche opzioni terapeutiche, o per cui tutte le terapie disponibili hanno fallito. Migliaia di pazienti, colpiti da malattie genetiche con esiti fatali, da cancro, da AIDS, hanno già beneficiato di
terapie geniche con cellule somatiche (cellule non riproduttive).
Dalla prima sperimentazione clinica di terapia genica iniziata nel
1990, sempre più ricercatori accademici americani, anche grazie
a notevoli finanziamenti pubblici e privati, hanno rivolto la loro
attenzione verso questo campo e stanno conducendo test clinici
sull’uomo, ma la ricerca procede con molta lentezza e prudenza.
Dopo oltre un decennio di ricerche e sperimentazioni cliniche,
molte delle sperimentazioni di terapia genica oggi in corso sono
alle prime fasi dello studio (Fase I/II) soprattutto per valutare la
sicurezza del vettore (l’agente utilizzato per portare nuovo DNA
in una cellula). Molte delle terapie geniche continuano a rimanere
ai primi stadi di sviluppo perché i ricercatori stanno valutando, in
maniera sistematica, possibili modalità di somministrazione, regiGuida alle Biotecnologie
93
mi di dosaggio, popolazioni di pazienti, indicazioni terapeutiche,
terapie combinate e nuovi vettori.
POLITICA DI BIO: TERAPIA GENICA
BIO crede che sia la FDA che il NIH/RAC giochino ruoli importanti nei processi di controllo. Noi raccomandiamo che ogni sistema di controllo per la terapia genica fornisca alle agenzie dati
di sicurezza, garantendo riservatezza del paziente e protezione
del segreto industriale. BIO è sempre pronta a lavorare con il
NIH/RAC e con la FDA per sviluppare un sistema che protegga i
pazienti e l’integrità del processo di sviluppo del prodotto.
MORATORIA SULLA TERAPIA DELLE LINEE CELLULARI
GERMINALI
Per oltre un decennio, le comunità di ricerca accademiche ed industriali hanno osservato una moratoria volontaria sulle procedure
della terapia genica umana che avrebbe riguardato le linee cellulari
germinali – l’uovo e lo sperma – che trasmettono l’informazione
genetica.
POLITICA DI BIO: PRIVACY MEDICA E
DISCRIMINAZIONE GENETICA
BIO riconosce la necessità della riservatezza per tutte le informazioni mediche individualmente identificabili. Appoggiamo
la politica nazionale – legislazioni o regolamenti – per proteggere la riservatezza di tutte le informazioni mediche personali,
inclusi i dati derivati da test genetici. L’industria crede che le
informazioni mediche di un individuo debbano essere rispettate, trattate con riservatezza e salvaguardate da un uso improprio a fini discriminatori. BIO crede che proteggere la privacy
di un paziente e promuovere ricerche mediche siano obiettivi
mutuamente raggiungibili.
Nel settembre 1996, il consiglio di amministrazione di BIO ha
sollecitato duri controlli sull’utilizzo di tutte le informazioni mediche riservate, incluse quelle genetiche. Grazie alle pressioni
di BIO, 11 gruppi nazionali di industrie biotecnologiche da tutto
il mondo hanno appoggiato la richiesta di severe protezioni
contro l’uso improprio di informazioni mediche personali.
BIO appoggia tutte le legislazioni che proibiscono alle compagnie assicurative di negare la concessione di polizze assicurative ad individui sulla base delle loro informazioni genetiche. Le
persone devono avere la possibilità di sottoporsi a test diagnostici o preventivi che possano aiutarli a riconoscere sintomi
precoci di malattie e cercare trattamenti adatti. Questa scelta
potrebbe essere messa a rischio se l’informazione genetica
venisse utilizzata a fini discriminatori.
94
Guida alle Biotecnologie
CELLULE STAMINALI
I ricercatori adesso possono prelevare cellule staminali, indifferenziate dalle blastocisti (“palla” di cellule di 5 giorni che evolve
in embrione). Tali cellule staminali embrionali possono differenziarsi in qualunque tipo di cellula del corpo umano ed hanno
anche la capacità di riprodursi. L’abilità di mantenere linee di
cellule staminali in coltura ed indirizzare il loro sviluppo in
specifici tipi di cellule potrebbe salvare molte vite controllando
il cancro, ripristinando le funzioni in pazienti colpiti da ictus,
curando il diabete, rigenerando la colonna vertebrale danneggiata o il tessuto cerebrale, e può curare con successo molte malattie
dovute all’invecchiamento.
Le linee cellulari indifferenziate sono anche potenti strumenti
per la ricerca. Studiando queste cellule, inizieremo a capire i meccanismi che guidano il differenziamento e lo sdifferenziamento
delle cellule.
Gli scienziati hanno imparato anche che cellule indifferenziate
prese da altri tessuti (ad esempio, cellule staminali “adulte”) sono
importanti. BIO sostiene la ricerca su queste cellule. Ad ogni
modo, secondo i NIH e la NAS, solo le cellule staminali embrionali possono essere trasformate in qualunque tipo di cellula.
Il 9 agosto del 2001, il presidente degli Stati Uniti George Bush ha
annunciato che sarebbero stati stanziati fondi statali per la ricerca
condotta solo sulle linee di cellule staminali embrionali derivate
da blastocisti antecedenti alle ore 21:00 di quello stesso giorno. A
quel tempo, il Governo credeva che fossero disponibili per la ricerca più di 60 linee di cellule staminali embrionali. Oggi, le stime dei
NIH indicano che il numero di linee disponibili è 21, molto meno
di quelle che la legge intendeva rendere disponibili. Queste 21
linee di cellule non sono abbastanza geneticamente eterogenee per
essere utilizzabili per la ricerca, ed è possibile che molte o tutte non
possano essere utilizzate per sviluppare terapie per gli esseri umani
perché sono state a contatto con cellule feeder (cellule di alimentazione) derivate da topi. Senza fondi statali, la ricerca sulle cellule
staminali embrionali negli Stati Uniti potrebbe rimanere indietro
rispetto agli altri paesi, e i cittadini americani potrebbero dover
aspettare a lungo per avere trattamenti per patologie per cui ancora
non esiste una cura efficace.
POLITICA BIO: RICERCHE SULLE CELLULE
STAMINALI
BIO appoggia con forza l’attuazione di leggi che si occupano
di ricerche innovative sulle cellule staminali, come lo Stem Cell
Research Enhancement Act del 2007. Questa proposta di legge
avrebbe modificato il Public Health Service Act in modo da prevedere fondi statali per la ricerca sulle linee di cellule staminali
derivate da embrioni umani inutilizzati creati per trattamenti di
fertilità, ma la legge non è stata emanata.
Nel 2007 e nei primi mesi del 2008 ci sono state molte importanti conquiste scientifiche nella ricerca sulle cellule staminali:
alcuni ricercatori hanno annunciato di aver creato linee di cellule
staminali embrionali umane senza distruggere embrioni umani;
altri ricercatori hanno dichiarato di aver riprogrammato cellule
staminali adulte per farle comportare come cellule staminali
embrionali. Queste scoperte, rese possibili grazie a precedenti ricerche sulle cellule staminali embrionali, sono ancora allo stadio
iniziale, e non è ancora chiaro se produrranno linee di cellule utili
per lo sviluppo di nuove cure e trattamenti. Fintanto che nuovi
trattamenti e nuove cure non saranno disponibili per i milioni di
pazienti che li stanno aspettando, crediamo che gli scienziati debbano essere messi in grado di continuare a provare ad individuare
percorsi promettenti.
CLONAZIONE
Clonazione è un termine generico per indicare la replicazione
in laboratorio di geni, cellule od organismi da una singola entità.
Come risultato di questo processo, copie genetiche esatte del
gene, cellula od organismo originale possono essere prodotte.
POLITICA BIO: CLONAZIONE UMANA
BIO è contraria alla clonazione riproduttiva umana – cioè
all’utilizzo della tecnologia di clonazione per creare un essere
umano. BIO è stata una delle prime organizzazioni nazionali ad
offrire appoggio pubblico per moratorie volontarie sulle ricerche per la clonazione di un intero essere umano. La clonazione
riproduttiva umana avrebbe riguardato anche la possibilità di
prendere un nucleo di una cellula somatica (una cellula del
corpo che non è né ovulo né spermatozoo) di una persona
ed inserirlo in un ovulo non fecondato da cui è stato rimosso
il nucleo. L’ovulo contenente il nucleo della cellula somatica
verrebbe poi impiantato nell’utero di una donna. In teoria, questo dovrebbe portare allo sviluppo di un essere umano dopo
un periodo di gestazione. La clonazione riproduttiva è troppo
pericolosa e solleva troppi dubbi etici e sociali per essere
intrapresa.
Un altro tipo di clonazione riguarda il trasferimento nucleare
da una cellula somatica ad un ovulo, come descritto in precedenza. Tuttavia, mentre l’ovulo si divide, le cellule indifferenziate sono tenute in coltura e non saranno mai impiantate.
Un paio di giorni dopo l’inizio della divisione della cellula,
le cellule staminali sono separate dal resto delle cellule. Le
cellule staminali continuano a dividersi, creando una linea di
cellule geneticamente identica alla cellula somatica da cui il
nucleo era stato rimosso.
Le cellule indifferenziate, geneticamente identiche al paziente, hanno un notevole potenziale terapeutico. In condizioni
adatte, queste cellule potrebbero svilupparsi in nuovi tessuti
che potrebbero sostituire tessuti malati e curare malattie
quali il diabete, il morbo di Parkinson, l’Alzheimer e vari tipi
di cancro e malattie cardiovascolari. Questi studi potrebbero
produrre pelle, cartilagine e tessuto osseo sostitutivi per curare ustioni, e tessuto nervoso per coloro che hanno danni alla
colonna vertebrale o al cervello. Si studiano anche gli stimoli
ambientali, i geni e le strutture che dirigono la differenziazione delle cellule in organi interi formati da diversi tessuti.
L’applicazione di questa tecnologia di clonazione è spesso
chiamata clonazione terapeutica, o trasferimento nucleare di
cellule somatiche (somatic cell nuclear transfer – SCNT).
Uno dei motivi per effettuare il SCNT è capire il processo di
riprogrammazione – come la cellula uovo attinge materiale
genetico da una cellula completamente differenziata e la trasforma in una cellula non differenziata. Una volta compreso questo
processo, le cellule uovo non saranno più necessarie, e questo
processo potrà essere riprodotto in laboratorio.
Date le grandi potenzialità della clonazione cellulare per curare
malattie e ripristinare tessuti danneggiati, nel 2002, la National
Academy of Sciences ha pubblicato una relazione in cui approva
l’utilizzo della clonazione per fini terapeutici, ma esprime il suo
dissenso circa la clonazione riproduttiva. BIO concorda con le
posizioni e le conclusioni dell’Accademia.
CIBO E AGRICOLTURA
L’agricoltura è fondamentale per l’economia e per l’ambiente
di tutto il mondo. Le biotecnologie agrarie vengono usate per
modificare piante ed animali per soddisfare la richiesta dei
consumatori di cibi più sani e nutrienti, e per produrre cibi in
condizioni ecologicamente più sostenibili. Le coltivazioni e gli
animali vengono modificati per diventare fonti nuove, più abbondanti e sicure di medicine che curano patologie dell’uomo.
Guida alle Biotecnologie
95
POLITICA BIO: BIOTECNOLOGIE AGRARIE
BIO favorisce dibattiti con i consumatori, i coltivatori, i legislatori e gli opinionisti circa i problemi etici legati all’utilizzo di
biotecnologie agrarie.
Le nostre aziende accettano e appoggiano le regolamentazioni fondate scientificamente ed il controllo pubblico sulla
biotecnologia agraria della Food and Drug Administration del
Ministero dell’Agricoltura USA e dell’Agenzia di Protezione
Ambientale. Questi controlli assicurano la sicurezza e la qualità
del cibo, ed hanno stabilito standard di esecuzione efficaci per
sviluppare tecniche sicure per ridurre le perdite causate dalle
malattie delle piante, da insetti e da infestanti.
Crediamo che il pubblico debba partecipare a pieno all’introduzione di questi nuovi prodotti sia attraverso un sistema
di regolamentazione aperto, accessibile e responsabile, che
attraverso l’esercizio della libera scelta di mercato.
Incoraggiamo una crescente consapevolezza e la comprensione del modo in cui la biotecnologia agraria viene applicata
e del suo impatto su pratiche agricole, ambiente e diversità
biologica.
USO DI ANIMALI NELLA RICERCA
La ricerca che coinvolge animali è stata determinante per comprendere i processi fondamentali della biologia umana che sono
alla base della medicina moderna. Le aziende biotecnologiche
hanno così potuto sviluppare più di 200 farmaci e vaccini, approvati dalla Food and Drug Administration, che hanno aiutato più
di 800 milioni di persone in tutto il mondo, prevenendo sofferenze umane incalcolabili.
In aggiunta alla ricerca di terapie per l’uomo, le ricerche su
animali sono state determinanti anche per lo sviluppo di medicinali veterinari e vaccini derivati dalla biotecnologia, approvati
dall’USDA per migliorare la salute dei capi d’allevamento, del
pollame e di altri animali. Le tecnologie della genomica, transgenomica e clonazione forniscono nuovi spunti per migliorare la
qualità e l’efficienza della produzione di carne, latte e uova, e per
ridurre l’impatto ambientale dell’agricoltura. Queste tecnologie
sono anche usate per aiutare a salvaguardare specie a rischio di
estinzione.
POLITICA BIO: GLI ANIMALI NELLA RICERCA
I membri BIO hanno il dovere legale ed etico di valutare la
sicurezza e l’efficacia di potenziali medicine e prodotti alimentari prima che questi siano somministrati ad esseri umani o ad
animali.
96
Guida alle Biotecnologie
L’utilizzo di animali nella ricerca è necessario per la sperimentazione di molti di questi prodotti. L’uso appropriato e
responsabile di animali è una parte indispensabile della ricerca
biomedica ed agraria. I membri BIO si sono impegnati ad agire
in maniera etica e porre grande attenzione quando si utilizzano
animali nella sperimentazione scientifica.
I membri BIO si sono impegnati a ridurre il numero di animali
utilizzati per la ricerca laddove è possibile sviluppare, convalidare e utilizzare metodologie alternative compatibili con
gli obblighi regolamentari per i test, e conservando l’integrità
scientifica della ricerca.
BIO afferma e sostiene la regolamentazione basata su dati
scientifici ed il controllo delle ricerche sugli animali da parte di
agenzie governative USA. Inoltre, i membri BIO si conformano
ai regolamenti di tutti gli altri paesi in cui vengono condotti esperimenti sugli animali. In aggiunta, molti membri BIO
accolgono agenzie esterne indipendenti, quali l’Association for
Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care, per
valutare le loro infrastrutture, fornire riscontri sui programmi ed
accreditare il loro lavoro.
L’abilità di condurre ricerche sugli animali con metodi responsabili e non crudeli deve essere preservata per aiutare a
sconfiggere malattie, alleviare sofferenze, e migliorare la qualità
della vita. BIO crede che un tale comportamento sia un privile-
gio, che impone la responsabilità di fornire cure adeguate ed in
accordo con i seguenti principi:
• Trattamento responsabile degli animali. I membri BIO si
sono impegnati a migliorare la qualità della vita umana ed
animale usando le biotecnologie, assumendo la responsabilità di rispettare gli animali utilizzati nella ricerca, e di
trattarli in maniera non crudele.
• Uso coscienzioso degli animali. BIO si è impegnata ad un
uso coscienzioso di animali a fini sperimentali nella ricerca
biotecnologica. Ove possibile, dovrebbero essere usate
metodologie alternative che riducano il numero di animali
usati per la ricerca, che sostituiscano gli esperimenti su
animali con tecnologie senza l’impiego di animali, e che
affinino l’uso di animali nella ricerca (ad esempio usando
colture di cellule e di tessuti e modelli al computer per la
valutazione precoce della potenziale tossicità di una sostanza). La biotecnologia offre la straordinaria prospettiva
di ridurre ulteriormente l’uso di animali nella ricerca.
• Alti standard di cura. Dovrebbero essere mantenuti
alti standard di cura per gli animali usati nella ricerca
biotecnologica, come pubblicato dall’Institute for
Laboratory Animal Research, Commission on Life Sciences,
il National Research Council (The Guide for the Care and
Use of Laboratory Animals, 7th ed., 1996) e la Federation of
Animal Science Societies (The Guide for the Care and Use
of Agricultural Animals in Agricultural Research and Teaching,
1999). Gli animali devono vivere in luoghi adeguati, devono
essere nutriti e tenuti in ambienti consoni alla loro specie.
Noi siamo impegnati a minimizzare il disagio, la sofferenza
ed il dolore utilizzando pratiche scientifiche affidabili.
I ricercatori ed il personale devono essere qualificati
ed esperti nel condurre procedure sugli animali e nella
gestione delle specie studiate.
• Regolamentazione di controllo. La ricerca biotecnologica
sugli animali (inclusi prodotti di animali transgenici) è soggetta a regolamentazioni scientificamente fondate da parte
della Food and Drug Administration (FDA), del Ministero
dell’Agricoltura USA (USDA), dell’Agenzia di Protezione
Ambientale (EPA), dei National Institutes of Health (NIH),
dei Centers for Disease Control and Prevention (CDC), del
US Fish and Wildlife Service, e da altre agenzie locali. BIO
lavora attivamente con queste agenzie per assicurare alti
standard di cura ed utilizzo per tutti gli animali coinvolti
nella ricerca biotecnologica.
• Aumento della consapevolezza pubblica. BIO incoraggia
l’aumento della consapevolezza pubblica e la comprensione dei modi in cui la ricerca biotecnologica che coinvolge
gli animali viene applicata per la salute umana, la salute
degli animali, l’agricoltura, l’industria e l’ambiente.
• Dibattito aperto su considerazioni etiche. BIO cerca di
studiare attivamente ed approfonditamente gli aspetti etici
relativi all’uso di animali nelle biotecnologie, e di discutere
apertamente questi problemi con esperti di etica, consumatori, personale medico, coltivatori, legislatori, scienziati,
opinionisti ed altri gruppi interessati.
Guida alle Biotecnologie
97
Dichiarazione
dei principi etici di BIO
Noi rispettiamo le potenzialità della biotecnologia e le
applichiamo a vantaggio del genere umano.
Porteremo avanti le applicazioni biotecnologiche che promettono
di salvare vite o migliorare la qualità della vita. Eviteremo applicazioni della nostra tecnologia che non rispettino i diritti umani o
che comportino rischi superiori ai potenziali vantaggi.
Noi ascoltiamo attentamente coloro che esprimono
preoccupazioni sulle implicazioni della biotecnologia e
rispondiamo alle loro preoccupazioni.
La risoluzione di problemi bioetici richiede un vasto dibattito
pubblico. Noi riconosciamo la nostra responsabilità di considerare gli interessi e le idee di tutti i segmenti della società e di
essere sensibili alle differenze culturali e religiose. Cercheremo il
dialogo con pazienti, esperti di etica, leader religiosi, ambientalisti, consumatori, legislatori e altri gruppi che condividono un
interesse sulle questioni di bioetica.
Noi aiutiamo ad istruire il pubblico sulla biotecnologia, i
suoi vantaggi e le sue implicazioni.
Perchè ci sia un dibattito informato, il pubblico ed i nostri
rappresentanti eletti hanno bisogno di maggiori conoscenze e
di una maggiore comprensione della biotecnologia e delle sue
applicazioni. BIO ed i suoi membri si impegnano a migliorare la
consapevolezza e la comprensione del pubblico.
La nostra priorità assoluta riguarda la salute, la sicurezza
e la protezione ambientale nell’uso dei nostri prodotti.
Negli Stati Uniti, i prodotti biotecnologici sono ampiamente
regolati da agenzie quali la Food and Drug Administration, il
Ministero dell’Agricoltura e dall’Agenzia di Protezione Ambientale. La nostra industria sostiene le regolamentazioni basate su
dati scientifici che vengono imposte dalle agenzie governative
per salvaguardare la salute, garantire la sicurezza e proteggere
l’ambiente.
Noi appoggiamo una severa protezione della riservatezza
delle informazioni mediche, incluse quelle genetiche.
Le informazioni mediche che possono identificare l’individuo
devono essere trattate con riservatezza e devono essere salvaguardate da un utilizzo non appropriato. Noi ci opponiamo
all’utilizzo di informazioni mediche per favorire l’intolleranza,
per discriminare o per stigmatizzare le persone.
Noi rispettiamo gli animali coinvolti nella nostra ricerca e li
trattiamo in maniera responsabile.
Gli animali da laboratorio sono essenziali per la ricerca di nuove
cure e terapie. Noi testiamo i nuovi trattamenti sugli animali da
98
Guida alle Biotecnologie
laboratorio per accertarci della sicurezza del prodotto prima di
somministrarlo agli esseri umani. Sviluppiamo animali transgenici – quelli con geni di un’altra specie, di solito umani – per testare
trattamenti per curare malattie potenzialmente mortali. Produciamo anche pecore, capre, e bestiame transgenico inserendo un
gene che permetta loro di produrre farmaci nel loro latte. Alleviamo animali che possono fornire tessuti e organi per trapianti
umani. Rispetteremo rigorosamente tutte le regolamentazioni
del governo e gli standard professionali negli Stati Uniti, quali
l’Animal Welfare Act e le linee guida statali per la cura e l’uso degli
animali promulgate dai National Institutes of Health.
Noi siamo sensibili e solleciti circa le questioni etiche e
sociali riguardanti la ricerca genetica.
Non tratteremo, per esempio, malattie genetiche alterando i
geni delle cellule riproduttive umane (ovuli e spermatozoi) fino
a quando i dubbi etici, medici e sociali sollevati da questo tipo
di terapia non saranno ulteriormente discussi e chiariti. Inoltre,
sosteniamo il proseguimento della moratoria volontaria sulla
potenziale clonazione di interi esseri umani, con la consapevolezza che la ricerca dovrebbe continuare sulla clonazione di geni e
cellule per apportare benefici al genere umano.
Noi aderiamo a severe procedure di consenso informato.
Per le ricerche cliniche condotte negli Stati Uniti, i National Institutes of Health e la Food and Drug Administration richiedono
un consenso informato da parte di tutti i partecipanti e l’approvazione di un organo di controllo nazionale o locale. Nella nostra
ricerca medica, aderiamo a questi requisiti tranne nelle situazioni
in cui ottenere il consenso non è necessario (ad esempio la ricerca su informazioni anonime) o non è possibile (ad esempio cure
di emergenza per pazienti in stato di incoscienza).
Noi aderiamo agli standard etici dell’American Medical
Association e, dove opportuno, agli standard di altre
associazioni professionali mediche per assicurare
che i nostri prodotti siano correttamente prescritti,
somministrati e adoperati.
Questi standard etici sono stabiliti in modo da fornire la certezza
che i medici non ricevano compensi monetari o di altro tipo che
potrebbero influenzare negativamente il modo in cui si prendono
cura dei loro pazienti.
Noi sviluppiamo i nostri prodotti agrari per incrementare
le scorte mondiali di cibo e per promuovere l’agricoltura
sostenibile con conseguenti vantaggi ambientali.
Ci sono notevoli vantaggi nell’incrementare il raccolto. I coltivatori devono produrre quantità di cibo sempre maggiori per acro
al fine di nutrire la popolazione globale che è in aumento. Noi ci
sforzeremo affinché questo sia possibile riducendo la quantità
di interventi esterni (fertilizzanti, pesticidi, ecc.). Svilupperemo
i nostri prodotti con particolare attenzione verso la salvaguardia
delle nostre risorse agrarie ed ambientali e verso la sostenibilità di tale sviluppo. Per quanto concerne lo sviluppo di nuovi
prodotti agricoli, ci impegniamo a seguire gli standard stabiliti di
sicurezza ambientale sia negli Stati Uniti che all’estero.
Noi sviluppiamo le biotecnologie ambientali per
decontaminare rifiuti tossici con maggiore efficienza e
meno danni per l’ambiente e per prevenire l’inquinamento
trattando questi rifiuti prima dello smaltimento.
Molte aziende di ingegneria ambientale, industrie e governi stanno
usando le biotecnologie per sfruttare la capacità di organismi naturali di degradare contaminanti nei siti di rifiuti tossici. Ci sforzeremo di ottimizzare l’efficienza di costo ed i vantaggi ambientali della
biotecnologia e nello stesso tempo proteggere la salute umana e
l’ambiente. Continueremo, inoltre, a sviluppare ed implementare
metodi più sicuri per l’ambiente ed efficienti in termini di costo per
trattare gli scarti tossici dei processi industriali.
Noi ci opponiamo all’uso della biotecnologia per lo
sviluppo di armi.
Noi appoggiamo il Biological Weapons Convention, un trattato
firmato dagli Stati Uniti e da molte altre nazioni, che vieta lo
sviluppo e l’uso di armi biologiche. Non effettueremo nessuna
ricerca volta allo sviluppo, sperimentazione o produzione di
queste armi.
Noi continuiamo a sostenere la conservazione della
biodiversità.
La diversità genetica di animali, di piante e di altri organismi
è una risorsa naturale importante. L’ambiente è in costante
cambiamento, e senza un’adeguata scorta di diversità genetiche,
gli organismi non sarebbero in grado di adattarsi. La diversità genetica diminuisce ogni volta che una specie, una varietà
animale o una pianta si estingue. Lavorando con i governi e con
altre organizzazioni, aiuteremo a catalogare e conservare queste
risorse preziose.
Guida alle Biotecnologie
99
Risorse
biotecnologiche
B
IO ha compilato un lista di pubblicazioni, siti web, servizi
di posta elettronica e altre risorse che riteniamo particolarmente utili per conoscere le biotecnologie e monitorare il loro
progresso. Ecco alcune note sull’elenco che segue:
●
Include fonti gratuite ed a pagamento.
●
La maggior parte delle voci nell’elenco non sono risorse BIO.
Il personale di BIO non ne è responsabile e non presta assistenza per l’accesso alle fonti non-BIO.
●
L’industria biotecnologica è in continua e costante evoluzione.
Quando consultiamo materiale riguardante le biotecnologie
(incluso questo testo), è bene verificare la data di pubblicazione e controllare altre fonti per un’informazione più completa
e attuale.
●
L’elenco non intende essere esauriente, ma se abbiamo tralasciato una fonte particolarmente utile, metteteci al corrente
con una e-mail a [email protected].
Periodici, servizi di rassegna stampa
e siti web
DI BIO
BIO.org. Il sito web di BIO, che è stato premiato, offre un’ampia
gamma di informazioni sulle applicazioni biotecnologiche
così come archivi di discorsi, documenti sulla politica,
resoconti speciali e commenti su pubblicazioni di interesse
per la comunità biotecnologica.
solo per i membri BIO). Per informazioni su come iscriversi a
BIO, visita bio.org/join.
ALTRE FONTI
BIO Ventures for Global Health. Il sito web BVGH include un
database interattivo sulle malattie dei paesi in via di sviluppo,
così come notizie, articoli e rapporti sul lavoro dell’industria
biotecnologica per la salute globale. Fornisce anche
informazioni essenziali su questioni di salute globale. Tutte le
risorse sono disponibili su www.bvgh.org.
BiobasedNews.com. Il Biobased Information System fornisce
notizie commerciali su biocarburanti, nuove coltivazioni,
prodotti a base biologica e biotecnologia industriale. Il
sito offre una newsletter gratuita bisettimanale, un lista
di conferenze e links da altre fonti. Tutte le fonti sono
disponibili su www.biobasednews.com.
BioCentury. La pubblicazione settimanale di BioCentury
contiene analisi e riassunti di notizie sull’industria
biotecnologica. BioCentury fornisce anche un servizio
quotidiano di riassunti di notizie, ogni sera dal lunedì al
venerdì. Informazioni per iscriversi e un elenco di servizi
sono disponibili su www.biocentury.com.
BioSpace. BioSpace segue l’andamento di un’ampia
gamma di notizie e dati clinici e finanziari sulle aziende
biotecnologiche; offre anche un servizio e-mail di rassegna
stampa. Esplora le offerte su www.biospace.com.
BIO SmartBrief. Questo popolare servizio e-mail fornisce titoli
e brevi riassunti su tutte le novità di rilevanza biotecnologica
del giorno, attingendo da fonti provenienti da tutto il mondo.
Visita www.smartbrief.com/bio/ per iscriverti.
Biotechnology Health Care. Questa rivista mensile fornisce
notizie selezionate sulle industrie e include articoli sulla
scienza, sullo sviluppo di prodotti, su questioni finanziarie,
ecc. Informazioni sulla sottoscrizione ed articoli selezionati
sono disponibili su www.biotechnologyhealthcare.com.
Food & Ag Weekly News. Questa pubblicazione e-mail riguarda
le attività di BIO, le nuove politiche e i nuove visioni sulle
biotecnologie agrarie. È accessibile solo ai membri BIO. Per
informazioni su come iscriversi a BIO, visita bio.org/join.
BioWorld. Le offerte di BioWorld includono un quotidiano sulle
biotecnologie, così come pubblicazioni settimanali su novità
finanziarie e internazionali. Informazioni sulla sottoscrizione e
un elenco di prodotti sono disponibili su www.bioworld.com
BIO News. Una rivista dedicata ai membri della Biotechnology
Industry Organization che riporta le attività di BIO e le notizie
in materia di biotecnologie in ambito finanziario e legislativo.
Informazioni per iscriversi a BIO sono disponibili su bio.org/
join.
FierceBiotech. Questo sommario commerciale quotidiano sulle
notizie biotecnologiche è distribuito via e-mail. Per saperne
di più e per iscriversi visita www.fiercebiotech.com.
Notiziari sulla linea politica di BIO in materia di salute.
Economic Week in Review, International Week in Review, IP News,
Bioethics News, BIO Science & Regulatory News (ad eccezione
di Economic Week in Review, questi notiziari sono disponibili
100
Guida alle Biotecnologie
Genetic Engineering News. Questa rivista di settore è pubblicata
due volte al mese e include notizie ed articoli sull’industria.
GEN è gratuito per industrie qualificate sottoscrittici. Per
richiedere l’abbonamento visita www.genengnews.com.
Health Affairs. Pubblicata a mesi alterni, è una delle fonti
più autorevoli per dati e analisi sulla sanità, con articoli su
questioni di accesso, rimborsi per farmaci, innovazione
e qualità. Visita www.healthaffairs.org per informazioni
sull’abbonamento.
Help Me Understand Genetics. Un manuale degli NIH, presenta
le informazioni di base sulla genetica in un linguaggio chiaro
e comprensibile. Include anche link ad altre fonti online.
(http://ghr.nlm.nih.gov/handbook).
Industrial Biotech Innovation Report. Questo notiziario
settimanale via e-mail è un compendio di notizie commerciali
e di ricerca sulle biotecnologie industriali di tutto il mondo,
offre titoli e sommari delle principali notizie. Il report, che è
solo per abbonamento, è un servizio dell’American Chemical
Society e di BIO. Informazioni sull’abbonamento sono
disponibili su www.allisinfo.com.
Industrial Biotechnology. Questo rivista trimestrale copre le
applicazioni di biotecnologia industriale e ambientale in
chimica, energia e attività manifatturiere. Le informazioni
sugli abbonamenti sono disponibili su www.liebertpub.com .
In Vivo. Windhover Information pubblica questa rivista mensile
con commenti ed analisi sulle industrie biotecnologiche,
farmaceutiche ed altre industrie. Sono messe in risalto
le strategie commerciali e gli andamenti industriali.
Windhover offre un’insieme di pubblicazioni complementari
e di dati. Visita www.windhover.com per informazioni
sull’abbonamento.
Nature Biotechnology. Questa rivista specializzata del Nature
Publishing Group è pubblicata mensilmente e include notizie
ed articoli. Informazioni sull’abbonamento sono disponibili
su www.nature.com.
Science.bio.org. Il sito è focalizzato sulle scienze e collega
tutte le informazioni rilevanti sulle biotecnologie, incluse la
stampa tradizionale e la stampa scientifica.
Signals Magazine. Recombinant Capital pubblica questa
rivista online sugli andamenti e le analisi delle industrie
biotecnologiche. La rivista e gli archivi sono gratuiti senza
richiesta di registrazione. Visita www.signalsmag.com.
Tufts CSDD Impact Report. The Tufts Center per lo Studio
sullo Sviluppo dei Farmaci pubblica, a mesi alterni, un
resoconto monografico sulla ricerca originale su questioni
di product development che sono di interesse per le aziende
farmaceutiche e biotecnologiche. Per una lista degli
argomenti trattati ed informazioni sull’abbonamento, visita
csdd.tufts.edu
Why Biotech. Prodotto dal Council for Biotechnology
Information, questo sito web di facile consultazione per gli
operatori dei media e per i consumatori include articoli,
link, resoconti e dati estensivi sulla biotecnologia agraria.
L’accesso è gratuito, senza richiesta di registrazione. Visita
www.whybiotech.com.
Your World. La rivista del Biotechnology Institute viene
pubblicata due volte l’anno ed è indirizzata ai ragazzi da 12 a
18 anni. Ogni numero combina servizi speciali approfonditi
su un singolo argomento con materiali e attività educative.
Visita www.biotechinstitute.org per una lista degli argomenti
trattati, informazioni sull’abbonamento e per scaricare
gratuitamente il pdf di ogni numero.
Riviste scientifiche
Queste sono le riviste scientifiche che, sebbene non esclusivamente biotecnologiche, si occupano anche delle biotecnologie:
Nature, Science, Scientific American, The New Scientist e The Scientist. Nature e Science sono spesso le prime a pubblicare importanti
scoperte, come la sequenza del genoma umano.
Formazione biotecnologica e offerte
di lavoro
Nota: Molti siti web e servizi job-listing includono offerte di lavoro nel settore biotecnologico. Di seguito sono riportate risorse
che offrono anche altri contenuti interessanti.
Biotechnology Institute. L’attività del Biotechnology Institute
sono focalizzate sull’educazione biotecnologica degli
studenti delle scuole primarie e secondarie offrendo risorse
e programmi agli insegnanti e agli alunni. Le pubblicazioni
includono Genome: The Secret of How Life Works; la rivista Your
World; e Shoestring Biotechnology, una guida di laboratorio
per insegnanti con budget limitati. Visita il sito www.
BiotechInstitute.org.
ScienceCareers. La rivista Science offre sul sito ScienceCareers.
Sciencemag.org ampie fonti per la ricerca di lavoro per
laureati in scienze e per chi cerca lavoro.
Selezione di resoconti recenti sulle
biotecnologie
GENERALI ED IN TEMA DI SALUTE
Beyond Borders: Global Biotechnology Report 2008.
Compendio annuale di Ernst & Young sull’industria
biotecnologica che segue i dati aziendali e gli andamenti
Guida alle Biotecnologie
101
industriali, compara le prestazioni biotecnologiche negli
Stati Uniti a quelle del resto del mondo, e classifica le regioni
migliori per le biotecnologie negli Stati Uniti e in Canada.
Pubblicato nella primavera 2008. Visita www.ey.com per
informazioni.
Biotech 2008—Life Sciences: A 20/20 Vision to 2020. Ogni
anno la merchant bank Burrill & Co., particolarmente
interessata agli sviluppi commerciali delle scienze della
vita, pubblica un dettagliato rapporto sull’industria
biotecnologica che descrive i nuovi sviluppi nei campi
della sanità, dell’agricoltura e delle applicazioni industriali,
fornendo anche una panoramica sulle attività commerciali
delle biotecnologie. Visita www.burrillandco.com per
acquistare informazioni. Pubblicato nella primavera 2008.
BioWorld State of the Industry Report, 2008. Il resoconto
annuale di BioWorld riunisce l‘informazione finanziaria,
le collaborazioni e l’approvazione di farmaci dell’industria
biotecnologica del 2007, spiegando analiticamente che cosa
significano. Visita il sito www.bioworld.com per acquistare
informazioni.
Closing the Global Health Innovation Gap: A Role for the
Biotechnology Industry in Drug Discovery for Neglected
Diseases. In questo studio, BIO Ventures for Global Health
esamina le principali capacità dell’industria biotecnologica,
dell’accademia e delle associazioni no-profit che si occupano
di sviluppi clinici di nuovi farmaci per malattie dimenticate.
Si focalizza su tre classi di malattie – malaria, tubercolosi e
malattie da tripanosoma (tripanosomiasi Africana umana,
malattia di Chagas e lesmaniosi). Disponibile da scaricare dal
sito www.bvgh.org. Pubblicato in novembre 2007.
Growing the Nation’s Biotech Sector: State Bioscience
Initiatives 2006. Questo rapporto preparato da BIO e dal
Battelle Memorial Institute presenta dati aggiornati, esamina
le tendenze di crescita e identifica le città americane con
il più vasto e denso impiego nei diversi sottosettori della
bioscienza. Il rapporto individua anche le tendenze chiave in
iniziative statali e regionali per supportare le bioscienze. Si
può scaricare dal sito bio.org/local/battelle2006/. Pubblicato
nell’aprile 2006.
Challenge and Opportunity on the Critical Path to New
Medical Products. Questo rapporto della FDA spiega
perchè lo sviluppo di un farmaco è così lento e offre idee per
accelerare il processo. Questo rapporto di valore epocale ha
iniziato la Critical Path Initiative. È possible scaricarlo dal
sito www.fda.gov/oc/initiatives/criticalpath/. Pubblicato nel
marzo 2004.
102
Guida alle Biotecnologie
Medical Biotechnology: Achievements, Prospects and
Perceptions. Pubblicato dall’United Nations Institute
for Advanced Studies, questo libro esamina i leader dello
sviluppo della biotecnologia medica e farmaceutica negli
Stati Uniti, in Europa e in Giappone e fornisce casi di studio
per molti paesi in via di sviluppo. È possibile acquistarlo
tramite il sito www.unu.edu. Pubblicato a settembre 2005.
OECD Biotech Statistics 2006. Questa pubblicazione della
Organization of Economic Cooperation and Development
comprende i dati di 23 paesi dell’OECD e di due paesi
osservatori, più la Cina (Shanghai), e fa un passo avanti
verso il miglioramento della comparabilità degli indicatori
biotecnologici tra i paesi. Può essere scaricato dal sito www.
oecd.org. Pubblicato a maggio 2006.
Outlook 2008. Resoconto annuale del Tufts Center for Drug
Development offre un breve compendio dei più importanti
regolamenti e pubblicazioni di ricerca e sviluppo dell’anno.
È possibile scaricarlo dal sito csdd.tufts.edu. Pubblicato nel
2008.
Parexel’s Bio/Pharmaceutical R&D Statistical Sourcebook
2007/2008. Questo libro contiene studi, analisi, articoli e
serie di dati esaurienti sulle attività di regolamentazione di
ricerca e sviluppo e nei settori farmaceutico e biotecnologico.
Visita il sito www.parexel.com per acquistare informazioni.
Pubblicato a maggio del 2007
Personalized Medicine: The Emerging Pharmacogenomics
Revolution. PriceWaterhouseCoopers spiega come
la medicina personalizzata può modificare l’industria
farmaceutica e quali sono le sfide da affrontare in quest’ottica.
È possibile scaricare il documento dal sito www.pwc.com.
Pubblicato a febbraio del 2005.
Personalised Medicines: Hopes and Realities. Il resoconto della
Royal Society fornisce una completa panoramica di sviluppi
scientifici e di casi clinici nella medicina personalizzata.
È possibile scaricarlo dal sito royalsociety.org/ (seleziona
Adobe Acrobat Reader per aprirlo). Pubblicato a settembre
2005.
A Survey of the Use of Biotechnology in U.S. Industry. Nel 2003,
il Ministero del Commercio degli Stati Uniti ha pubblicato i
dati della più esauriente indagine mai condotta sulle aziende
che usano le biotecnologie. Il libro include dati su posti di
lavoro, prestazioni finanziarie e applicazioni tecnologiche
ed è disponibile sul sito www.technology.gov/reports.
Pubblicato nell’ottobre 2003.
REPORT DI MERCATO
Molte case editrici, consulenti e analisti hanno pubblicato rapporti dettagliati su settori specializzati delle biotecnologie (dai
microarray ai farmaci per il diabete). Siti che offrono questi servizi a pagamento includono www.datamonitor.com, www.marketresearch.com, www.visiongain.com, www.researchandmarkets.
com, www.freedoniagroup.com and www.frost.com.
AGRICOLTURA
The benefits of adopting genetically modified, insect resistant (Bt)
maize in the European Union (EU): first results from 19982006 plantings. Questo articolo, di PG Economics, esamina
l’impatto nell’Unione Europea dell’uso di mais Bt resistente alla
piralide di mais europea e a piralidi di ceppo mediterraneo. È
possibile scaricarlo dal sito www.pgeconomics.co.uk. Pubblicato
a marzo 2007.
A 2006 Update of Impacts on US Agriculture of BiotechnologyDerived Crops Planted in 2005. Questo resoconto del
National Center for Food and Agricultural Policy studia
l’impatto di sei tipi di coltivazioni derivati dalle biotecnologie
sulle rese ed i profitti di coltivatori negli Stati Uniti. Il
resoconto include i dati per singoli Stati. Si può scaricare dal
sito www.ncfap.org. Pubblicato a novembre 2006.
Brief 37-2007: Global Status of Commercialized Biotech/
GM Crops: 2007. Ogni anno, l’International Service for
the Acquisition of Agri-Biotech Applications pubblica
un’indagine sulle colture derivate dalle biotecnologie nel
mondo. I dati sono forniti per coltivazioni e per paesi. È
possibile scaricarlo da www.isaaa.org. Pubblicato a gennaio
2008.
The Economic Status and Performance of Plant Biotechnology
in 2003: Adoption, Research and Development in the
United States. Questo studio si occupa dell’impatto
economico della biotecnologia agraria e include dati
derivanti da aziende, stati ed istituzioni accademiche.
L’autore, C. Ford Runge, Ph.D., è il direttore del Center for
International Food and Agricultural Policy all’Università
di Minnesota. Disponibile da scaricare sul sito www.
whybiotech.com. Pubblicato a dicembre 2003.
Animal Cloning: A Risk Assessment-FINAL. In un rapporto
scritto dagli scienziati della FDA, l’agenzia ha concluso
che carne e latte di bovini, suini e capre clonati così come
della progenie di tutti gli animali clonati, sono sicuri per
l’alimentazione quotidiana. Disponibile da scaricare dal sito
www.fda.gov/cvm/cloning.htm. Pubblicato a gennaio 2008.
The Global Diffusion of Plant Biotechnology: International
Adoption and Research in 2004. Questo studio analizza,
a livello mondiale e di singoli paesi, la ricerca e lo sviluppo,
e le applicazioni nel campo della biotecnologia vegetale.
Disponibile da scaricare dal sito www.whybiotech.com.
Pubblicato a dicembre 2004.
Global Impact of Biotech Crops: Socio-Economic and
Environmental Effects in the First Ten Years of Commercial
Use. Questo resoconto dell’azienda inglese PG Economics
fornisce dati cumulativi sul positivo impatto economico
ed ambientale delle piantagioni biotecnologiche. È stato
pubblicato nella rivista Agbio Forum. Disponibile da scaricare
dal sito www.agbioforum.org. Pubblicato ad ottobre 2006.
Modern Food Biotechnology, Human Health and Development:
An Evidence-Based Study. Questo rapporto della World
Health Organization descrive i vantaggi che gli alimenti
biotecnologici possono portare alla salute ed alla qualità
della vita. Disponibile da scaricare dal sito www.who.int/
foodsafety. Pubblicato nel 2005.
Quantification of the Impacts on U.S. Agriculture of
Biotechnology Derived Crops Planted in 2005. Questo
studio del National Center for Food and Agricultural
Policy suggerisce che la biotecnologia potrebbe aiutare ad
andare incontro all’aumentata richiesta di mercato di mais
per la produzione di etanolo. Secondo l’autore, grazie alle
biotecnologie, i coltivatori negli Stati Uniti producono 3,45
milioni di tonnellate in più di mais – un aumento del 29%
rispetto alla produzione del 2004. Disponibile da scaricare dal
sito www.ncfap.org. Pubblicato a novembre 2006.
INDUSTRIALE E AMBIENTALE
25 by 25: Agriculture’s Role in Ensuring U.S. Energy
Independence. Questo resoconto dell’Ag Energy Working
Group della Energy Future Coalition dimostra come i
coltivatori possano contribuire per il 25% dell’energia
totale consumata negli USA. Disponibile sul sito bio.org/
ind/25x25.pdf. Pubblicato ad agosto 2004.
Achieving Sustainable Production of Agricultural Biomass
for Biorefinery Feedstock. Questo resoconto BIO
descrive come i coltivatori americani possano alimentare
la crescita dell’industria di biocarburante tramite lo
sfruttamento della biomassa cellulosica. Propone anche
linee guida e incentivi per incoraggiare i coltivatori a
produrre in maniera sostenibile sufficiente materia prima
per il crescente settore delle bioraffinerie e dell’industria
di biocarburanti. Disponibile su bio.org/ind/biofuel/
SustainableBiomassReport.pdf. Pubblicato a novembre 2006.
Guida alle Biotecnologie
103
Growing Energy: How Biofuels Can Help End America’s Oil
Dependence. Il rapporto del Natural Resources Defense
Council descrive come i biocarburanti possano diminuire la
dipendenza degli Stati Uniti dal petrolio straniero facendo
aumentare i profitti dei coltivatori. Il NRDC ha pubblicato
un articolo di aggiornamento, Bringing Biofuels to the Pump:
An Aggressive Plan for Ending America’s Oil Dependence.
Entrambi sono disponibili da scaricare dal sito www.nrdc.
org. Pubblicati rispettivamente a dicembre 2004 ed a luglio
2005.
Industrial and Environmental Biotechnology: Current
Achievements, Prospects and Perceptions. Questo
documento del United Nations Institute of Advanced Studies
fornisce una panoramica sulla biotecnologia industriale e
ambientale. Disponibile da scaricare dal sito www.ias.unu.
edu. Pubblicato nel 2005.
New Biotech Tools for a Cleaner Environment: Industrial
Biotechnology for Pollution Prevention, Resource
Conservation and Cost Reduction. Prodotto da BIO,
questo rapporto applica i dati ottenuti dai case study
dell’Organization for Economic Cooperation and
Development ad intere industrie, descrivendo il potenziale
dei processi biotecnologici di diminuire il consumo di
materie prime e l’inquinamento. Disponibile da scaricare su
bio.org/ind/. Pubblicato a giugno 2004.
Bioengineering for Pollution Prevention through Development
of Biobased Energy and Materials, State of the Science
Report. Questo rapporto del National Center for
Environmental Research della Environmental Protection
Agency fornisce una valutazione complessiva delle capacità
della biotecnologia industriale di prevenire l’inquinamento.
Disponibile da scaricare dal sito es.epa.gov/ncer/
publications/statesci/bioengineering.pdf. Pubblicato a luglio
2007.
Biofuels for Transport: Global Potential and Implications for
Sustainable Agriculture and Energy in the 21st Century.
Questo resoconto, sponsorizzato dal German Federal Ministry
of Food, Agriculture and Consumer Protection, è una
valutazione esauriente delle opportunità e dei rischi associati
allo sviluppo internazionale su larga scala dei biocarburanti.
Informazioni su come acquistare il documento possono essere
trovate sul sito www.worldwatch.org/node/5303. Pubblicato ad
agosto 2007.
104
Guida alle Biotecnologie
Policy Recommendations and Report of the Bioenergy and
Agriculture Working Group. Questo resoconto, di un gruppo
di lavoro dell’Energy Future Coalition, raccomanda al
governo di prendere determinate misure per orientarsi verso
carburanti rinnovabili, a base agricola, come il bioetanolo.
Disponibile da scaricare da sito bio.org/ind/. Pubblicato a
giugno 2003.
Synthetic Genomics: Options for Governance. Emesso
dal J. Craig Venter Institute, il Center for Strategic and
International Studies ed il Massachusetts Institute of
Technology, il rapporto valuta lo stato attuale della biologia
di sintesi e formula politiche che possano supportare
continue ricerche e sviluppi di applicazioni vantaggiose e
prevenire possibili usi scorretti della tecnologia. Disponibile
da scaricare dai siti www.csis.org/component/option,com_
csis_pubs/task,view/id,4119/type,1/ o www.jcvi.org/cms/
research/projects/syngen-options/overview/. Pubblicato ad
ottobre 2007.
Glossario
dei termini correlati alle biotecnologie
Nota dell’editore: il glossario include i termini usati in questo libro
così come altri termini correlati alle biotecnologie che potrebbero essere utili.
1,3 Propandiolo (PDO) Un polimero che esiste in natura (glicole), noto anche come “plastica ecologica”, che può essere
utilizzato in una serie di prodotti industriali inclusi compositi, adesivi, laminati, rivestimenti, stampati, nuovi poliesteri
alifatici, co-poliesteri, solventi, antigelo, ecc.
Aminoacidi Unità costituenti le proteine. Ci sono 20 comuni aminoacidi: alanina, arginina, asparagina, acido aspartico, cisteina,
acido glutammico, glutammina, glicina, istidina, isoleucina,
leucina, lisina, metionina, fenilalanina, prolina, serina, treonina, triptofano, tirosina e valina. Due altri aminoacidi sono stati
scoperti in microrganismi: selenocisteina e pirrolisina.
Amplificazione Il processo deputato all’incremento del numero
di copie di un particolare gene o sequenza cromosomica.
A
Amplificazione genica L’aumento in una cellula del numero di
copie di un dato gene.
Acclimatazione Adattamento di un organismo ad un nuovo
ambiente.
Anaerobico Che cresce in assenza di ossigeno.
Acido deossiribonucleico (DNA) La molecola che trasporta
l’informazione genetica nella maggior parte degli organismi
viventi. La molecola di DNA è composta da quattro basi
(adenina, citosina, guanina e timina) e una “spina dorsale” di
zucchero fosfato, disposta in due filamenti legati assieme a
formare una doppia elica. Vedi DNA complementare; Doppia elica; DNA ricombinante.
Acido ribonucleico (RNA) Una molecola simile al DNA che
porta il messaggio genetico del DNA al citoplasma di una
cellula dove sono prodotte le proteine.
Acidi nucleici Grandi molecole, generalmente presenti nel nucleo delle cellule e/o nel citoplasma, costituite di nucleotidi. I
due più comuni acidi nucleici sono il DNA e l’RNA.
Action letter Una comunicazione ufficiale della FDA che informa
un’azienda, che ha chiesto l’approvazione di un farmaco, della
decisione dell’agenzia. Una lettera di approvazione permette
il lancio commerciale del prodotto.
Adiuvante Sostanza non solubile che favorisce la produzione
ed incrementa la stabilità degli anticorpi quando iniettato
insieme ad un antigene.
ADME Acronimo di assorbimento, distribuzione, metabolismo
ed escrezione; si riferisce a come un farmaco viaggia attraverso il corpo.
Aerobico Che necessita di ossigeno per crescere.
Agrobacterium tumefaciens Un comune batterio del suolo usato
come vettore per creare piante transgeniche.
Allele Una delle molte forme alternative di un gene.
Allogenico Della stessa specie, ma con un differente genotipo.
Anche allogeneico.
Antibiotico Sostanza chimica formata come un prodotto metabolico nei batteri o nei funghi e usata per curare infezioni batteriche. Gli antibiotici possono essere prodotti naturalmente,
utilizzando microrganismi, o sinteticamente.
Anticodone Tripletta di basi di nucleotidi (codone) nell’RNA
transfer che si appaia per complementarietà ad una tripletta
dell’RNA messaggero. Per esempio, se il codone è UCG,
l’anticodone è AGC. Vedi anche Base; Coppia di basi; Complementarità.
Anticorpo Proteina prodotta da esseri umani e organismi superiori in risposta alla presenza di un antigene specifico.
Anticorpo monoclonale Anticorpo purificato ad alta specificità
che deriva da un unico clone di cellula e che riconosce un
solo antigene. Vedi Ibridoma; Mieloma.
Antigene Una sostanza che, quando introdotta nel corpo, induce
una risposta immunitaria tramite uno specifico anticorpo.
Antigene di istocompatibilità Un antigene che causa il rigetto
di materiale prelevato da un animale e impiantato in un animale ospite con genotipo differente.
Antisenso Un frammento di DNA che produce un immagine
speculare (“antisenso”) dell’RNA messaggero, con sequenza
complementare a quella del frammento che dirige la sintesi
proteica. La tecnologia antisenso è usata per bloccare selettivamente la produzione di alcune proteine.
Antisiero Siero sanguigno contenente specifici anticorpi contro
un antigene. Antisieri sono usati per conferire immunità
passiva a molte malattie.
Aploide Una cellula con la metà del numero normale di cromosomi, o con un singolo corredo cromosomico. Le cellule
sessuali sono aploidi. Confronta con Diploide.
Guida alle Biotecnologie
105
Apolipoproteina E (Apo E) Alcuni alleli del gene che codifica la
proteina apolipoproteina E sono stati associati con lo sviluppo di malattie del cuore e con il morbo di Alzheimer.
Aptene La porzione di un antigene che determina la sua specificità
immunologica. Quando accoppiato con una proteina grande,
un aptene stimola la formazione di anticorpi verso il complesso
bi-molecolare. Chiamato anche determinante antigenico.
Attenuato Indebolito; si riferisce ai vaccini prodotti da organismi patogeni che sono stati trattati in maniera tale da renderli
non più virulenti.
Attivatore del plasminogeno renale Un precursore dell’enzima
urochinasi, che ha proprietà di coagulazione del sangue.
Attivatore del plasminogeno tissutale (tPA) Una proteina prodotta in piccole quantità dal corpo che aiuta a lisare i coaguli
nel sangue.
Autoimmunità Una condizione nella quale il corpo crea una
risposta immunitaria contro uno dei propri organi o tessuti.
Autosoma Qualsiasi cromosoma eccetto i cromosomi sessuali.
Avirulento Incapace di causare una malattia.
B
Bacillus subtilis Un batterio comunemente usato come ospite in
esperimenti con DNA ricombinante. Importante per la sua
capacità di secernere proteine.
Bacillus thuringiensis (Bt) Batterio normalmente presente nel
suolo che genera una proteina tossica per una serie di lepidotteri, come le piralidi del mais, ma è innocua per le persone e
gli animali.
Bagassa Il residuo che si ottiene dopo l’estrazione del succo dalla
canna da zucchero schiacciata.
Base Componente chiave delle molecole di DNA e RNA. Nel
DNA si trovano quattro basi differenti: adenina (A), citosina
(C), guanina (G) e timina (T). Nell’RNA, l’uracile (U) sostituisce la timina. Conosciute anche come basi azotate. Una
base, una molecola di fosfato e uno zucchero uniti insieme
costituiscono un nucleotide.
Base azotata Vedi Base.
Batterio Organismo microscopico con una struttura cellulare
molto semplice. Alcuni batteri sono autosufficienti, alcuni
vivono come parassiti in altri organismi, e altri vivono in
materiali in decomposizione.
106
Guida alle Biotecnologie
Batteriofago Virus che vive all’interno dei batteri e in grado di
ucciderli. Anche chiamato fago.
Bioarricchimento Una strategia di biorisanamento che prevede
l’addizione di nutrienti o ossigeno, in modo da sostenere
l’attività di microbi mentre degradano gli inquinanti.
Bioaumento Aumento dell’attività di batteri che degradano
inquinanti tramite l’aggiunta di altri dello stesso tipo. Una
tecnica utilizzata in biorisanamento. Vedi Biorisanamento.
Biocarburante Carburante da trasporto derivato da fonti rinnovabili come il grano, la biomassa vegetale e i rifiuti urbani e
industriali trattati.
Biocatalizzatore Un enzima che attiva o rende più veloce una
reazione biochimica in un processo biologico.
Biochip Uno strumento elettronico che usa molecole organiche
per formare un semiconduttore.
Bioconversione Modificazione della struttura chimica di materiali grezzi utilizzando un biocatalizzatore.
Biodegradabile Capace di essere ridotto ad acqua e biossido di
carbonio dall’azione dei microrganismi.
Bioinformatica La scienza dell’informatica applicata alla ricerca
biologica. L’informatica è la gestione e l’analisi di dati che utilizza tecniche informatiche avanzate. La bioinformatica è particolarmente importante se applicata alla ricerca genomica per la
grande quantità di dati complessi che questa ricerca genera.
Biologia computazionale Una branca della bioinformatica
che utilizza metodi informatici per comprendere i processi
biologici di base.
Biologia dei sistemi Un campo di ricerca basato su ipotesi che
crea modelli matematici predittivi di processi biologici complessi o sistemi organici.
Biologico Un medicinale o una profilassi derivata da fonte vivente (umana, animale o unicellulare). La maggior parte dei
“biologici” sono miscele complesse che non sono facilmente
identificate o caratterizzate, e molte sono prodotte utilizzando la biotecnologia. I prodotti biologici spesso rappresentano
l’avanguardia della ricerca biomedica e sono alcune volte la
strada più efficiente per prevenire o curare una malattia.
Biomassa La totalità di materia biologica in una data area.
Comunemente utilizzata in biotecnologia per riferirsi all’uso
di cellulosa, fonte rinnovabile per la produzione di sostanze
chimiche che possono essere usati per generare energia o come
materia prima alternativa per l’industria chimica per ridurre la
dipendenza da carburanti fossili non rinnovabili.
Biomateriali Molecole biologiche, come le proteine e gli zuccheri complessi, utilizzate per produrre dispositivi medici,
inclusi elementi strutturali usati nella chirurgia ricostruttiva.
Bioplastiche Plastiche ecologiche prodotte utilizzando biopolimeri; sono di solito biodegradabili. Le bioplastiche sono
derivate da fonti vegetali come l’olio di canapa, l’olio di soia
e l’amido di mais (a differenza delle plastiche tradizionali che
sono derivate dal petrolio).
Biopolimeri Classe speciale di polimeri, come l’amido, le proteine e i peptidi, prodotti da organismi viventi, i cui monomeri
sono rispettivamente gli zuccheri, gli aminoacidi e gli acidi
nucleici. Spesso sinonimo di bioplastiche.
BRCA1 e BRCA2 (BReast CAncer genes 1 and 2) Due geni
che normalmente aiutano a limitare la crescita cellulare, ma
che possono contenere alcune mutazioni genetiche associate
allo sviluppo del cancro alla mammella e alle ovaie. Si noti
tuttavia che le mutazioni ereditarie di BRCA1 e BRCA2 sono
responsabili di meno del 10% dei tumori alla mammella e
alle ovaie. Evidenze recenti suggeriscono che le mutazioni
genetiche di cellule somatiche (ossia mutazioni genetiche
non ereditate) in questi geni possono avere un ruolo nello
sviluppo del cancro.
C
Bioprocesso Un processo nel quale le cellule viventi, o i
componenti di queste, sono usate per produrre un prodotto
desiderato.
Callo Raggruppamento di cellule vegetali indifferenziate che
possono, in alcune specie, essere indotte a formare l’intera
pianta.
Bioraffineria Un impianto che integra i processi di conversione della biomassa e gli strumenti per produrre i carburanti,
l’energia, i prodotti chimici con valore aggiunto e le bioplastiche.
Carboidrato Un tipo di molecola biologica composta da zuccheri semplici come il glucosio. Esempi comuni sono l’amido e
la cellulosa.
Bioreattore Apparecchio utilizzato per il bioprocesso.
Carcinogeno Agente che causa il cancro.
Biorisanamento L’uso di microrganismi per porre rimedio a
problemi ambientali, per detossificare rifiuti pericolosi.
Catalizzatore Un agente (come un enzima o un complesso
metallico) che facilita una reazione ma non è esso stesso
modificato durante la reazione.
Biosintesi Produzione di un composto chimico tramite un
organismo vivente.
Cellula La più piccola unità strutturale di un organismo vivente
che può crescere e riprodursi indipendentemente.
Biotecnologia L’uso di processi biologici per risolvere problemi
o creare prodotti utili.
Cellula germinale Cellula riproduttiva (spermatozoo o ovulo).
Chiamata anche gamete o cellula sessuale.
Biotecnologia ambientale Il processo in cui cellule o componenti cellulari sono usati per prevenire o eliminare l’inquinamento.
Cellula natural killer (NK) Un tipo di leucocita che attacca le
cellule cancerose o infettate da virus senza precedente sensibilizzazione all’antigene. L’attività delle cellule NK è stimolata dall’interferone.
Biotecnologia bianca Termine europeo per indicare la biotecnologia industriale.
Biotecnologia industriale Il processo che usa le scienze della
vita, gli enzimi o i microrganismi in processi industriali o
nella produzione di prodotti commerciali.
Biotrasformazione L’uso di enzimi in sintesi chimiche per produrre composti chimici di una desiderata serie stereochimica.
Blastocisti (blastula) Gruppo di cellule indifferenziate di 4 o 5
giorni di età dalle quali si potrebbe sviluppare un embrione.
Nei mammiferi è composta da due parti distinte: la massa
cellulare interna ed il trofoblasto.
Cellulasi Una classe di enzimi prodotta da funghi, batteri, piante
e animali che converte la cellulosa in zucchero.
Cellule pluripotenti Cellule che hanno la capacità di diventare
qualsiasi tipo di cellula o tessuto del corpo. Le cellule staminali embrionali e le cellule della massa cellulare interna sono
pluripotenti. Le cellule staminali adulte sono multipotenti.
L’embrione di mammifero (troboblasto e massa cellulare
interna della blastocisti) è totipotente perchè può diventare
un intero organismo. In alcune piante anche cellule completamente differenziate sono totipotenti.
Cellule somatiche Tutte le cellule tranne quelle sessuali e germinali.
Guida alle Biotecnologie
107
Cellule staminali embrionali Cellule che possono dare origine
a qualsiasi tipo di cellula differenziata. Esse possono derivare
da due fonti: dalla massa cellulare interna di una blastocisti o
da cellule primordiali germinali (ovuli e spermatozoi) di un
embrione più maturo.
Codice genetico Il codice attraverso cui l’informazione genetica
contenuta nel DNA è tradotta in funzione biologica. Una
serie di tre nucleotidi (codone), i monomeri costitutivi del
DNA, codifica per un aminoacido, i monomeri costitutivi
delle proteine.
Cellulosa Un carboidrato complesso che è composto da unità di
glucosio, che forma il componente strutturale primario delle
piante verdi.
Codone Una sequenza di tre basi nucleotidiche che codifica per
un aminoacido o rappresenta un segnale di stop o di inizio di
una funzione.
Ceppo selvatico La forma di un organismo che si trova più
frequentemente in natura.
Codone di stop Uno dei tre codoni nell’RNA messaggero che
segnala la fine della catena di aminoacidi nella sintesi delle
proteine.
Chimera Un individuo (animale o organismo semplice) ottenuto tramite innesto di una parte embrionale di un individuo in
un embrione della stessa specie o di una specie differente.
Chimica combinatoria Una tecnica che usa la robotica e la
sintesi parallela per generare e analizzare velocemente diversi
milioni di molecole con struttura simile al fine di caratterizzare molecole chimiche con le proprietà desiderate.
Co-enzima Un composto organico che è necessario per far funzionare un enzima. I co-enzimi sono più piccoli degli enzimi
stessi e alcune volte separabili da questi.
Co-fattore Una sostanza non proteica essenziale per il funzionamento di alcuni enzimi. Co-fattori possono essere co-enzimi
o ioni metallici.
Chip a DNA Una piccola lastra di vetro o silicio che ha piccoli
frammenti di DNA immobilizzati sulla sua superficie.
Coltura Coltivazione di organismi viventi in terreni di coltura
preparati.
Cibi funzionali Cibi che contengono composti con effetti vantaggiosi per la salute oltre a quelli forniti dai nutrienti di base,
dai minerali e dalle vitamine. Anche chiamati nutraceutici.
Colture cellulari Sistemi di crescita cellulare in laboratorio.
Cito- Che si riferisce alla cellula.
Citogenetica Studio della cellula e delle sue componenti ereditarie, specialmente dei cromosomi.
Citoplasma Materiale cellulare che è all’interno della membrana
cellulare e intorno al nucleo.
Citotossico Capace di causare la morte cellulare.
Clone Un termine che è applicato ai geni, alle cellule o a interi
organismi che derivano da o sono geneticamente identici a
un unico comune gene, cellula o organismo ancestrale, rispettivamente. Il clonaggio di geni e cellule per creare molte copie in laboratorio è una procedura comune essenziale per la
ricerca biomedica. Si noti che svariati processi comunemente
descritti come “clonaggio” cellulare portano alla formazione
di cellule che sono quasi, ma non completamente, geneticamente identiche rispetto alla cellula ancestrale. Il clonaggio
di organismi da cellule embrionali avviene in natura (per
esempio, gemelli identici). I ricercatori sono riusciti a realizzare il clonaggio in laboratorio utilizzando materiale genetico
di un animale adulto di diverse specie, inclusi i topi, i maiali e
le pecore.
108
Guida alle Biotecnologie
Coltura dei tessuti Crescita in vitro, in un mezzo contenete
nutrienti, di cellule isolate dal tessuto.
Coltura pura Crescita in vitro di un solo tipo di microrganismo.
Co-metabolismo Un microrganismo che ossida, assieme alla
sua fonte principale di energia, anche un altro composto
organico.
Comitati istituzionali di controllo Gruppo locale di sorveglianza in un ospedale, università o altra infrastruttura sanitaria che assicura che i test siano condotti in modo etico e nel
modo più sicuro possibile.
Complementarità La relazione tra basi nucleotidiche presenti
su due diversi filamenti di DNA o RNA. Quando le basi
sono appaiate correttamente (adenina con timina [DNA] o
con uracile [RNA], guanina con citosina), i filamenti sono
complementari.
Composto organico Un composto che contiene carbonio.
Coniugazione Riproduzione sessuale di cellule batteriche in
cui ci sono scambi unidirezionali di materiale genetico tra le
cellule in contatto.
Controllo biologico L’uso umano di organismi viventi o virus
per controllare popolazioni parassitarie (vegetali o animali).
Coppia di basi Due basi nucleotidiche su diversi filamenti della
molecola di acido nucleico che si legano insieme. Le basi possono appaiarsi solo in un modo: adenina con timina (DNA),
o uracile (RNA), e guanina con citosina.
Cristallografia a raggi X Una tecnica essenziale per determinare la struttura tridimensionale delle molecole biologiche.
Quest’informazione aiuta nella scoperta di prodotti che
interagiranno con le molecole biologiche.
Cromosomi Componenti filiformi nelle cellula che contengono
DNA e proteine. I geni sono localizzati sui cromosomi.
Crossing-over Scambio di geni tra due cromosomi appaiati.
Cross-licensing Procedura contrattuale in cui due o più aziende
in competizione, per simili tecnologie e possibili conflitti di
rivendicazioni di brevetto, trovano un accordo per ridurre la
necessità di azioni legali chiarendo chi deve guadagnare dalle
applicazioni della tecnologia.
D
Diagnostico Un prodotto usato per la diagnosi di malattie o
di condizioni mediche. Sia gli anticorpi monoclonali che le
sonde a DNA sono utili prodotti diagnostici.
Differenziazione cellulare Il processo di modifiche biochimiche e strutturali attraverso cui le cellule diventano specializzate per forma e funzione.
DNA ricombinante (rDNA) Il DNA formato combinando
segmenti di DNA provenienti da due fonti diverse.
Domanda biologica di ossigeno La quantità di ossigeno
utilizzata per la crescita dagli organismi in acqua contenente
materia organica.
Doppia elica Un termine usato spesso per descrivere la configurazione della molecole del DNA. L’elica è composta da
una spirale di due filamenti di nucleotidi (zucchero, fosfato e
base) collegati trasversalmente dallo specifico appaiamento
delle basi. Vedi Acido deossiribonucleico; Base; Coppia di
basi.
Doppio cieco Procedura di sperimentazione clinica durante la
quale né il paziente né il medico sanno se si somministra il
farmaco o il placebo.
E
Elettroforesi Una tecnica per separare diversi tipi di molecole in
base ai loro profili di migrazione in un campo elettrico.
Elettroporazione La creazione di piccoli pori reversibili nella
parete o nella membrana cellulare attraverso cui può passare
DNA esogeno. Questo DNA può poi integrarsi nel genoma
cellulare.
ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) Una tecnica per
rilevare proteine specifiche utilizzando anticorpi legati ad
enzimi.
Diploide Una cellula con due serie complete di cromosomi.
Confronta con Aploide.
Emo-agglutinazione Agglutinazione di globuli rossi.
DNA Vedi Acido deossiribonucleico.
Endostatina Una proteina endogena che blocca la proliferazione
di vasi sanguigni.
DNA complementare (cDNA) DNA sintetizzato da RNA
messaggero piuttosto che da un DNA stampo. Questo tipo di
DNA è usato per clonare o come DNA sonda per localizzare
specifici geni in studi di ibridazione del DNA.
Endpoint La misura degli esiti di una sperimentazione clinica (ad
esempio la regressione tumorale, la scomparsa del virus, o la
sopravvivenza)
DNA fingerprinting L’uso di enzimi di restrizione per misurare la variazione genetica di individui. Questa tecnologia
è spesso usata come strumento forense per individuare le
differenze o le similarità in sangue e campioni di tessuto sulla
scena del crimine.
DNA non codificante DNA che non codifica per nessun prodotto (RNA o proteina). La maggior parte del DNA in piante
e animali è non codificante.
Enzima Una proteina con attività catalitica che facilita specifiche
reazioni chimiche o metaboliche necessarie per la crescita
cellulare e la riproduzione.
Enzima di restrizione Un enzima che idrolizza il DNA in corrispondenza di siti altamente specifici, creando dei siti in cui
possono essere inseriti nuovi geni.
Enzimi di riparazione del DNA Proteine che riconoscono e
riparano alcune anomalie nel DNA.
DNA polimerasi Un enzima che replica il DNA. La DNA polimerasi è utilizzata nella PCR. Vedi Reazione a catena della polimerasi.
Guida alle Biotecnologie
109
Erbicidi e pesticidi microbici Microrganismi che sono tossici
per specifiche piante o insetti. A causa della ristretta gamma di ospiti e della limitata tossicità, questi microrganismi
possono essere preferibili alla loro controparte chimica per il
controllo di alcune infestazioni.
Eredità Trasferimento di informazioni genetiche da cellule
parentali alla progenie.
Eritropoietina (EPO) La proteina che aumenta la produzione
di globuli rossi. È utilizzata clinicamente per curare alcuni
tipi di anemia.
Escherichia coli (E. coli) Un batterio che vive nell’intestino della
maggior parte dei vertebrati. La maggior parte del lavoro
che usa le tecniche di DNA ricombinante è stato svolto con
questo organismo poiché è stato ben caratterizzato geneticamente.
Esone In cellule eucariotiche, la parte di un gene che è trascritta
in RNA messaggero e codifica per una proteina. Vedi Introne;
Splicing.
Espressione In genetica, manifestazione di una caratteristica che
è specifica di un gene. Con le malattie ereditarie, per esempio,
una persona può portare il gene per la malattia ma non avere
la malattia. In questo caso, il gene è presente ma non espresso. In biotecnologia industriale, il termine è spesso usato per
indicare la produzione di una proteina da un gene che è stato
inserito in un nuovo organismo ospite.
Estremofili Microrganismi che vivono a livelli estremi di pH,
temperatura, pressione e salinità.
Etanolo cellulosico Carburante a etanolo prodotto tramite
idrolisi enzimatica da un ampia varietà di materie prime di
biomassa cellulosica inclusi gli scarti vegetali agricoli (paglia
da cereali, bagassa di canna da zucchero), gli scarti vegetali
di processi industriali (segatura, polpa dell’industria della
carta) e piantagioni che sono coltivate specificamente per la
produzione di carburante (panico verga).
Etanolo da amido Etanolo prodotto dall’amido della frutta e dei
semi.
Eucariota Una cellula o organismo che contiene un nucleo, con
un membrana ben definita che lo circonda. Tutti gli organismi eccetto i batteri, virus e cianobatteri sono eucarioti.
Confronta con Procariota.
F
Fagocita Un tipo di globulo bianco che può ingerire microrganismi invasori e altro materiale esogeno. Vedi Macrofago.
Farmacogenetica Lo studio di differenze ereditarie (variazioni)
nel metabolismo e nella risposta ai farmaci. Vedi Farmacogenomica.
Farmacogenomica La scienza che esamina le variazioni ereditate in geni che determinano la risposta alla medicina e esplorano come queste variazioni possono essere usate per predire
se il paziente avrà una buona risposta al farmaco, una cattiva
risposta o nessuna risposta. Vedi Farmacogenetica.
Fattore antigenico Vedi Aptene.
Fattore che stimola la formazione di colonie di macrofagi
(M-CSF) Un ormone naturale che stimola la produzione di
globuli bianchi, in modo particolare di monociti (i precursori
di macrofagi).
Fattore stimolante di una colonia di granulociti-macrofagi
(GM-SCF) Un ormone naturale che stimola la produzione
di globuli bianchi, in particolare quella di granulociti e monociti (i precursori dei macrofagi).
Fattore VIII Una grande e complessa proteina che serve per la
coagulazione del sangue ed è utilizzata per curare l’emofilia.
Vedi Fattori antiemofilici.
Fattori antiemofilici Una famiglia di proteine del sangue intero
che innescano la coagulazione del sangue. Alcune di queste
proteine, come il fattore VIII, possono essere usate per curare
l’emofilia. Vedi Fattore VIII; Attivatore del plasminogeno
renale.
Fattori che stimolano la formazione di colonie (CSFs) Un
gruppo di linfochine che induce la maturazione e la proliferazione di globuli bianchi dalle cellule staminali presenti nel
midollo osseo.
Fattori di crescita Proteine prodotte naturalmente che stimolano la crescita e la riproduzione di tipi di cellule specifiche. I
fattori di crescita sono essenziali per la medicina rigenerativa
e per l’ingegneria dei tessuti.
Fattori di necrosi tumorale (TNF) Proteine rare del sistema
immunitario che sembra distruggano alcuni tipi di cellule
tumorali senza colpire cellule sane.
Fenotipo Caratteristiche osservabili risultanti da interazioni tra la
genetica di un organismo e l’ambiente. Confronta con Genotipo.
110
Guida alle Biotecnologie
Fermentazione Il processo di crescita di microrganismi per
la produzione di diversi composti chimici e farmaceutici. I
microrganismi sono normalmente incubati in specifiche condizioni in presenza di nutrienti in grandi recipienti chiamati
fermentatori.
Gene suicida Un gene che codifica per un antibiotico che può uccidere la cellula batterica ospite. Viene geneticamente modificato
nel batterio insieme ad un interruttore molecolare controllato da
un nutriente presente nell’ambiente. Quando il nutriente scompare, il gene suicida si accende ed il batterio muore.
Fissazione di azoto Un processo biologico (normalmente
associato alle piante) in cui alcuni batteri convertono l’azoto
dell’aria in ammoniaca, formando un nutriente essenziale per
la crescita della pianta.
Genetica molecolare Studio di come i geni controllano le attività cellulari.
Fitorisanamento L’uso di piante per decontaminare ambienti
inquinanti.
Fotosintesi Conversione, attraverso le piante, dell’energia della
luce in energia chimica, che è poi utilizzata per supportare i
processi biologici della pianta.
Fusione Unione delle membrane di due cellule, in modo da creare una cellula figlia che contiene alcune delle stesse proprietà di ogni cellula parentale. Usata per creare ibridomi.
Fusione cellulare Vedi Fusione.
G
Gel di elettroforesi Un processo per separare le molecole in un
gel mediante l’applicazione di un campo elettrico.
Gene Un segmento di cromosoma. Alcuni geni dirigono la sintesi di proteine, mentre altri hanno funzioni di regolazione.
Vedi Gene operatore; Gene strutturale; Gene soppressore.
Gene knockout La sostituzione di un gene normale con una
forma mutata del gene usando la ricombinazione omologa.
Usato per studiare le funzioni dei geni.
Genoma L’intero materiale ereditario di una cellula, incluso
l’intero corredo cromosomico che si trova in ogni nucleo di
una data specie.
Genomica Lo studio dei geni e delle loro funzioni. Recenti
sviluppi nella genomica stanno portando ad una rivoluzione
nella nostra comprensione dei meccanismi molecolari delle
malattie, inclusa la complessa interazione tra fattori genetici e
ambientali. La genomica sta anche stimolando la scoperta di
prodotti innovativi per la salute rivelando migliaia di nuovi target biologici per lo sviluppo di farmaci e fornendo agli studiosi
sistemi innovativi per progettare farmaci, vaccini, e strumenti
di diagnosi basati sul DNA. I farmaci basati sulla genomica
possono includere piccole molecole chimiche “tradizionali”,
così come farmaci di natura proteica e terapia genica.
Genomica chimica Utilizzo di informazioni di genomica
strutturale e funzionale su molecole biologiche, specialmente
sulle proteine, al fine di identificare piccole molecole utili e
alterarne la struttura per migliorarne l’efficacia.
Genomica funzionale Un settore di ricerca che si occupa di
capire cosa fa ogni gene, come è regolato e come interagisce
con altri geni.
Genotipo Il corredo genetico di un individuo o di un gruppo.
Confronta con Fenotipo.
Gene operatore Una regione del cromosoma, adiacente all’operone, alla quale una proteina repressore si lega per inibire la
trascrizione.
Germoplasma La totale variabilità genetica, rappresentata dalle
cellule germinali o dai semi, disponibile per una particolare
popolazione di organismi.
Gene regolatore Un gene che regola la sintesi di proteine di altri
geni.
Glicoproteina Una proteina coniugata con un gruppo oligosaccaridico.
Gene soppressore Un gene che può invertire l’effetto di una
mutazione in altri geni.
Globuli bianchi Leucociti
Gene strutturale Un gene che codifica per una proteina, come
un enzima.
Granulocita Uno dei tre tipi di globuli bianchi. I granulociti
digeriscono i batteri e altri parassiti.
H
Homeobox Famiglia di geni che regolano le attività di altri geni
(spengono e accendono geni).
Guida alle Biotecnologie
111
I
Ibridazione Produzione di progenie, o ibridi, da parentali geneticamente dissimili. Il processo può essere usato per produrre
piante ibride (tramite incrocio di due varietà differenti) o
ibridomi (cellule ibride formate dalla fusione di due cellule
diverse, usate nella produzione di anticorpi monoclonali).
Vedi Ibridazione del DNA.
Ibridazione del DNA La formazione di una molecola di acido
nucleico a doppio filamento a partire da due filamenti separati. Il
termine viene applicato anche alle tecniche molecolari che utilizzano un filamento di acido nucleico per localizzarne un altro.
Ibridoma La cellula prodotta dalla fusione di due cellule di origine differente. Nella tecnologia di anticorpi monoclonali, gli
ibridomi sono formati dalla fusione di una cellula immortale
(una che si divide continuamente) e una cellula che produce
anticorpi. Vedi Anticorpo monoclonale; Mieloma.
Idrolisi Decomposizione di un composto chimico attraverso
reazione con acqua.
Idrolisi enzimatica Il processo in cui gli enzimi sono usati per
convertire cataliticamente amido o cellulosa in zucchero.
Immunità Non suscettibilità ad una malattia o agli effetti tossici
di materiale antigenico. Vedi Immunità attiva; Immunità
cellula-mediata; Immunità naturale attiva; Immunità naturale
passiva; Immunità passiva.
Immunità attiva Un tipo di immunità acquisita in cui la resistenza ad una malattia è dovuta dall’aver contratto la malattia o
dall’aver ricevuto un vaccino.
Immunità cellula-mediata Immunità acquisita in cui i linfociti
T giocano un ruolo predominante. Lo sviluppo del timo in
età precoce è fondamentale per lo sviluppo ed il funzionamento corretto dell’immunità cellula-mediata.
Immunità naturale attiva Immunità che viene stabilita dopo
l’apparizione di una malattia.
Immunità naturale passiva Immunità conferita dalla madre al
feto o al neonato.
Immunità passiva Immunità acquisita da anticorpi preformati
ricevuti.
Immunodiagnostica L’uso di specifici anticorpi per misurare una
sostanza. È utile per diagnosticare malattie infettive e la presenza di sostanze esogene in fluidi animali e umani (sangue, urine,
ecc.). Questo approccio al momento è in studio come sistema
per localizzare le cellule tumorali nel corpo.
112
Guida alle Biotecnologie
Immunofluorescenza Tecnica per identificare materiale antigenico che usa un anticorpo marcato con materiale fluorescente. Il legame specifico dell’anticorpo e dell’antigene può
essere visto al microscopio applicando raggi UV e osservando la luce visibile che viene emessa.
Immunogeno Qualsiasi sostanza che può scatenare una risposta
immunitaria.
Immunoglobulina Nome generale per proteine che funzionano
come anticorpi. Queste proteine differiscono nella struttura
e sono raggruppate in cinque categorie sulla base di queste
differenze: immunoglobuline G (IgG), IgM, IgA, IgE e IgD.
Immunologia Studio di tutti i fenomeni collegati alla risposta del
corpo alla sfida antigenica (immunità, sensibilità e allergia).
Immunomodulatori Una diversa classe di proteine che rafforzano il sistema immunitario. Molte sono fattori di crescita
cellulari che accelerano la produzione di specifiche cellule
che sono importanti nel generare una risposta immunitaria.
Queste proteine sono attualmente studiate per possibili
utilizzi nella cura contro il cancro.
Immunotossine Anticorpi monoclonali specifici a cui è stata
legata una tossina. L’anticorpo monoclonale è diretto contro
una cellula tumorale, e la tossina è progettata per uccidere
quella cellula quando l’anticorpo si lega ad essa.
In situ Nel suo originale o naturale posto o posizione.
In vitro Letteralmente, “in vetro”. Svolto in provetta o altri apparecchi di laboratorio.
In vivo Letteralmente, “nel vivente”. Svolto in un organismo
vivente.
Indicazione La specifica condizione che un farmaco si auspica
di curare. Una indicazione può essere ampia (per esempio,
diabete tipo 2) o può essere ristretta (per esempio, diabete di
tipo 2 insulino-dipendente).
Induttore Una molecola o una sostanza che aumenta il tasso
di sintesi enzimatica, normalmente bloccando l’azione del
repressore corrispondente.
Interferone Una classe di linfochine importanti nella risposta
immunitaria. Ci sono tre tipi principali di interferoni: alfa
(per i leucociti), beta (per i fibroblasti) e gamma (per la
risposta immunitaria). Gli interferoni inibiscono l’infezione
virale e possono avere proprietà anticancro.
Interleuchina Un tipo di linfochina che regola la crescita e lo
sviluppo di globuli bianchi. Fino ad oggi sono state identificate dodici interluecline (da IL-1 a IL-12).
Introne In cellule eucariotiche, una sequenza di DNA che è
contenuta nel gene ma non codifica per una proteina. La presenza di introni “interrompe” la regione codificante del gene
in segmenti chiamati esoni. Vedi Esone; Splicing.
Investigational New Drug Application (IND) La domanda per
iniziare gli studi su un nuovo farmaco o biologico negli uomini. L’IND fornisce il piano per lo studio e contiene informazioni sulla formulazione, il processo di produzione e i risultati
dei test sugli animali.
Linfociti B (cellule B) Una classe di linfociti, prodotti nel midollo osseo, che producono anticorpi.
Linfociti T (cellule T) Globuli bianchi che sono prodotti nel
midollo osseo ma maturano nel timo. Sono importanti per la
difesa contro determinati funghi e batteri, aiutano i linfociti B
a produrre anticorpi e aiutano nel riconoscimento e nel rigetto di tessuti estranei. I linfociti T possono essere importanti
anche per la difesa contro il cancro.
Linfoma Forma di cancro che colpisce il tessuto linfatico.
Isoenzima Una delle diverse forme che può essere assunte da un
enzima. Le forme possono differire in certe proprietà fisiche,
ma funzionano come biocatalizzatori in maniera simile.
Linkage o associazione genica La tendenza di alcuni geni ad essere ereditati insieme per la loro vicinanza fisica sul cromosoma.
Isogenico Dello stesso genotipo.
Linker Un frammento di DNA con un sito di restrizione che può
essere usato per unire due filamenti di DNA.
Isole pancreatiche Cellule pancreatiche che producono insulina
e due altri ormoni coinvolti nella regolazione dell’assorbimento e del metabolismo del glucosio.
Istocompatibilità Similarità immunologica di tessuti importante perché il trapianto possa funzionare bene senza che si
abbia rigetto del tessuto.
L
Leucocita Una cellula del sangue, della linfa e dei tessuti che è
un importante componente del sistema immunitario, anche
chiamato globulo bianco.
Libreria di DNA Una raccolta di frammenti di DNA clonato che
rappresenta collettivamente il genoma di un organismo.
Lievito Un termine generale per indicare funghi unicellulari
che si riproducono attraverso la gemmazione. Alcuni lieviti
possono fermentare carboidrati (amidi e zuccheri) e sono
quindi importanti nella produzione della birra e nella panificazione.
Ligasi Un enzima utilizzato per unire tratti di DNA o RNA.
Linea cellulare Cellule che crescono e si replicano di continuo
fuori dall’organismo vivente.
Linfochine Una classe di proteine solubili prodotte da globuli
bianchi che giocano un ruolo, ancora non completamente
chiarito, nella risposta immunitaria. Vedi Interferone; Interleuchina.
Linfocita Un tipo di leucocita presente nel tessuto linfatico, nel
sangue, nei noduli linfatici e negli organi. I linfociti sono continuamente prodotti nel midollo osseo e possono maturare in
cellule che formano anticorpi. Vedi Linfociti B; Linfociti T.
Lipoproteine Una classe di proteine del siero che trasportano
lipidi e colesterolo nel flusso sanguigno. Anomalie nel metabolismo delle lipoproteine sono coinvolte in alcune malattie
cardiache.
M
Macrofago Un tipo di globulo bianco presente nei vasi sanguigni
e nei tessuti molli che può digerire tessuti e cellule morte ed
è coinvolto nella produzione di interleuchina-1. I macrofagi
sono anche in grado di uccidere cellule tumorali se entrano
in contatto con il fattore di attivazione dei macrofagi. Vedi
Fagocita.
Malattia autoimmunitaria Una malattia nella quale il corpo
produce anticorpi contro i propri tessuti.
Mappatura genica Individuazione delle relative localizzazioni
dei geni su un cromosoma.
Materia prima Il materiale grezzo usato per processi chimici e
biologici.
Medicina personalizzata L’uso di informazioni individuali
(spesso genetiche) per prevenire malattie, scegliere medicine
e prendere altre decisioni critiche sulla salute.
Meiosi Processo di riproduzione cellulare nel quale le cellule
figlie hanno la metà dei cromosomi della cellula parentale. Le
cellule sessuali si formano per meiosi. Confronta con Mitosi.
Metabolismo Tutte le attività biochimiche portate avanti da un
organismo per mantenersi in vita.
Guida alle Biotecnologie
113
Mezzo o terreno di coltura Qualsiasi sistema di nutrienti per
coltivazione artificiale di batteri o altre cellule; normalmente
una miscela complessa di materiali organici e inorganici.
Microbiologia Studio di organismi viventi che possono essere
visti solo al microscopio.
Microiniezione L’iniezione di DNA in una cellula utilizzando
un ago molto sottile.
Microrganismi migliorati geneticamente (Genetically enhanced microbes − GEMs) Organismi modificati attraverso
l’incrocio selettivo, la mutagenesi, le inserzioni di trasposoni
o la tecnologia di DNA ricombinante, così da permettergli di
produrre nuove sostanze o adempiere a nuove funzioni.
Microrganismo Qualsiasi organismo che può essere visto solo
con l’aiuto del microscopio. Anche chiamato microbo.
Mieloma Un tipo di cellula cancerosa (plasmacellula) che è usata nella tecnologia degli anticorpi monoclonali per formare
ibridomi.
Mitosi Processo di riproduzione cellulare nel quale le cellule
figlie sono identiche per il numero di cromosomi alle cellule
parentali. Confronta con Meiosi.
Modificatore di risposta biologica Una sostanza che altera la
crescita o il funzionamento di una cellula. Include ormoni e
composti che influiscono sui sistemi nervoso e immunitario.
Modificazioni genetiche Una serie di tecniche, quali gli incroci
selettivi, la mutagenesi, le inserzioni di trasposoni e la tecnologia del DNA ricombinante, usati per alterare il materiale genetico delle cellule in modo da renderle in grado di produrre
nuove sostanze o di bloccare la produzione di altre molecole,
adempiendo a nuove funzioni.
N
Nanobiotecnologia La confluenza di biotecnologia e nanotecnologia per creare o manipolare materia a livello molecolare.
Nanotecnologia L’ingegnerizzazione di sistemi funzionali su
scala molecolare; anche un ramo della scienza che propone
la manipolazione di singoli atomi.
Nucleasi Un enzima che, idrolizzando legami chimici, degrada
gli acidi nucleici nei loro nucleotidi costituenti.
Nucleo La struttura all’interno delle cellule eucariotiche che
contiene DNA cromosomico.
Nucleotidi Le subunità costituenti degli acidi nucleici. Ogni
nucleotide è composto da zucchero, fosfato e una delle
quattro basi azotate. Lo zucchero nel DNA è il desossiribosio e nell’RNA è il ribosio. La sequenza di basi all’interno
dell’acido nucleico determina la sequenza di aminoacidi in
una proteina. Vedi Base.
O
Oligonucleotide Un polimero costituito da un piccolo numero
(da 2 a 10) di nucleotidi.
Omologo Corrispondente o simile in struttura, posizione e
origine.
Oncogene Gene che si pensa sia capace di produrre il cancro.
Oncogenico Che causa il cancro.
Oncologia Studio del cancro.
Monociti Uno dei tre tipi di globuli bianchi. I monociti sono
precursori dei macrofagi.
Operone Sequenza di geni codificanti enzimi necessari per la
biosintesi di una molecola.
Morbo di Alzheimer Una malattia caratterizzata da, tra le altre
cose, progressiva perdita di memoria. Si crede che lo sviluppo
della malattia di Alzheimer sia associato, in parte, al possesso
di alcuni alleli del gene che codifica per la apolipoproteina E.
Organismo transgenico Un organismo formato tramite l’inserimento di materiale genetico esogeno nelle linee cellulari
germinali degli organismi. Le tecniche di DNA ricombinante sono comunemente usate per produrre organismi
transgenici.
Multigenico Detto di caratteristiche ereditarie definiti da più di
un gene.
Mutageno Una sostanza che induce mutazioni.
Mutante Una cellula che manifesta nuove caratteristiche dovute
al cambiamento nel suo DNA.
Mutazione Un cambiamento nel materiale genetico di una cellula.
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Guida alle Biotecnologie
Ormone Un composto chimico o una proteina che agisce
come messaggero o segnale stimolatore, trasmettendo
segnali di stop o di inizio di alcune attività fisiologiche. Gli
ormoni sono sintetizzati in un tipo di cellula e poi rilasciati
per dirigere la funzione in altri tipi di cellule.
Ormone della crescita Una proteina prodotta dall’ipofisi
coinvolta nella crescita delle cellule. L’ormone della crescita
umano è usato per la terapia del nanismo. Vari ormoni
della crescita animale possono essere usati per migliorare la
produzione di latte o per produrre una varietà di carne più
magra.
Ospite Una cellula o organismo usato per far crescere un virus,
un plasmide o altre forme di DNA esogeno, o per la produzione di sostanze clonate.
Polimorfismo di lunghezza del frammento di restrizione
(RFLP) La variazione nella lunghezza dei frammenti di
DNA prodotti da una endonucleasi di restrizione che idrolizza in un locus polimorfico. Questo è uno strumento chiave
nel DNA fingerprinting ed è basato sulla presenza di diversi
alleli in un individuo. La mappatura RFLP è usata anche
nell’incrocio di piante per vedere se un tratto chiave, come la
resistenza ad una malattia, è ereditario.
Polipeptide Lunga catena di aminoacidi legati da legami peptidici.
P
Predisposizione genetica Suscettibilità ad una malattia dovuta
ad una mutazione genetica, che potrebbe o meno associarsi
all’effettivo sviluppo della malattia.
Panico verga Un’erba della famiglia delle graminacee che potrebbe essere una buona candidata per produrre biocarburante data la sua resistenza, rapida crescita e minima necessità di
fertilizzanti ed erbicidi.
Pretrattamento Un processo che rende la materia vegetale più
suscettibile alla degradazione con enzimi.
Partenogenesi Riproduzione asessuata ottenuta con il singolo
gamete femminile; questa forma di riproduzione è più comune in piante e animali invertebrati.
Patogeno Organismo che causa malattia.
Peptide Due o più aminoacidi uniti da un legame chiamato
legame peptidico.
Plasma La parte fluida (non cellulare) del sangue.
Plasmaferesi Una tecnica usata per separare fattori utili dal
sangue.
Plasmide Una piccola molecola di DNA con forma circolare che
porta alcuni geni ed è capace di replicarsi autonomamente in
una cellula ospite.
Policlonale Derivato da differenti tipi di cellule.
Poliidrossialcanoati Poliesteri lineari (plastiche) prodotti in
natura da fermentazione batterica di zuccheri o lipidi.
Polilactide (PLA) Un poliestere alifatico biodegradabile, termoplastico derivato da fonti rinnovabili, con amido di mais o
di canna da zucchero comunemente utilizzati come materie
prime.
Polimerasi Termine generale per enzimi in grado di sintetizzare
acidi nucleici.
Polimero Una lunga molecola costituita da subunità ripetute.
Procariota Un organismo (per esempio, batterio, virus, cianobatterio) il cui DNA non è contenuto all’interno di una
membrana nucleare. Confronta con Eucariota.
Prodotto biochimico Il prodotto di una reazione chimica in un
organismo vivente.
Produzione di proteina Il processo di formazione di una proteina dall’espressione del gene alla produzione del prodotto
finale.
Profago Acido nucleico fagico che è incorporato nel cromosoma
dell’ospite ma non causa la lisi cellulare.
Progettazione razionale di farmaci Utilizzo della struttura
tridimensionale nota di una molecola, di solito una proteina,
per progettare una molecola di farmaco che si legherà ad essa.
È una via alternativa alla scoperta di un farmaco attraverso lo
screening di molte molecole per la loro attività biologica.
Progetto Genoma Umano Uno sforzo di ricerca internazionale
volto a scoprire la sequenza completa di basi nel genoma
umano. Condotto negli Stati Uniti dai National Institutes of
Health e dal Ministero dell’Energia .
Promotore Una sequenza di DNA che è in stretta associazione
ad un gene e ne controlla l’espressione. I promotori sono
necessari per il legame della RNA polimerasi per dare inizio
alla trascrizione.
Proteina Una molecola composta di aminoacidi. Ci sono molti
tipi di proteine, tutte svolgono differenti funzioni essenziali
per la crescita cellulare.
Proteina A Una proteina prodotta dal batterio Staphylococcus
aureus che lega specificamente anticorpi. È utile nelle purificazione di anticorpi monoclonali.
Guida alle Biotecnologie
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Proteine unicellulari Cellule o estratti di proteine di microrganismi, coltivati in grande quantità per essere usati come
supplementi proteici.
Proteoma L’intero complemento di proteine espresse da un
genoma, una cellula, un tessuto o un organismo; il complemento proteico di un organismo codificato dal suo genoma.
Ogni cellula produce migliaia di proteine, ognuna con una
specifica funzione. Questa raccolta di proteine in una cellula
è conosciuta come proteoma (da proteina e genoma). A
differenza del genoma, che è costante prescindendo dal tipo
cellulare, il proteoma varia da un tipo cellulare all’altro.
Proteomica La scienza della proteomica cerca di identificare il
profilo proteico di vari tipi cellulari, di valutare le differenze
nei profili proteici in cellule sane e malate, e di scoprire la
specifica funzione di ogni proteina e come questa interagisce
con altre proteine.
Protoplasto Il materiale cellulare che rimane dopo che la parete
cellulare viene rimossa da cellule vegetali e fungine.
R
Reagente Sostanza usata in una reazione chimica.
Reazione a catena della polimerasi (PCR) Una tecnica che
amplifica diverse centinaia di migliaia di volte una sequenza
nucleotidica di DNA bersaglio.
Reologia Studio del flusso di materia, ad esempio dei liquidi
destinati alla fermentazione.
Replicazione Riproduzione o duplicazione, ad esempio, di
un’esatta copia di un filamento di DNA.
Replicone Un segmento di DNA (per esempio un cromosoma o
un plasmide) che può replicarsi in maniera indipendente.
Repressore Una proteina che si lega ad un operatore adiacente
ad un gene strutturale, inibendo la trascrizione di quel gene.
Retrovirus Un virus che contiene l’enzima trascrittasi inversa.
Questo enzima converte l’RNA virale in DNA, che può
combinarsi con il DNA della cellula ospite e produrre altre
particelle virali.
Ribosoma Un componente cellulare, contenente proteine e
RNA coinvolto nella sintesi delle proteine.
Rigenerazione Tecnica di laboratorio per generare una nuova
pianta da un gruppo di cellule vegetali.
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Guida alle Biotecnologie
Risposta immunitaria La risposta del sistema immunitario alla
sfida di un antigene estraneo.
Rizobio Una classe di microrganismi che converte azoto atmosferico in una forma che le piante possono assimilare. Alcune
specie di questi organismi crescono in simbiosi sulle radici di
leguminose quali piselli, fagioli ed erba medica.
RNA interference (RNAi) Un processo naturale usato dagli
organismi per bloccare la produzione di proteine.
RNA messaggero (mRNA) Acido nucleico che porta le istruzioni al ribosoma per la sintesi di una particolare proteina.
RNA transfer (tRNA) Molecole di RNA che trasportano aminoacidi nei ribosomi dove avviene la sintesi delle proteine.
S
Saccarificazione L’idrolisi della cellulosa o dell’amido in glucosio.
Saggio biologico Determinazione dell’efficacia di un composto
misurandone gli effetti in animali, tessuti o organismi paragonati ad una preparazione standard.
Saggio immunologico Tecnica per identificare sostanze basata
sull’uso di anticorpi.
Saggio radioimmunologico (RIA) Un test che combina radioisotopi e immunologia per individuare tracce di sostanze.
Tali test sono utili per lo studio di interazione tra anticorpi e
recettori cellulari, e possono essere sviluppati come strumenti di diagnosi clinica.
Scale-up Trasposizione da una piccola scala di produzione ad
una di quantità industriali.
Screening genetico L’uso di test biologici specifici per individuare malattie o condizioni patologiche ereditarie. Possono
essere condotte analisi prima della nascita per cercare difetti
nel metabolismo e disordini congeniti nello sviluppo del
feto, così come dopo la nascita per verificare se il neonato sia
portatore di malattie ereditarie.
Sepsi La presenza nel sangue, o in altri tessuti, di microrganismi
patogeni o delle loro tossine; riferito anche alla condizione
associata a tale prsenza.
Sequenza di DNA L’ordine di basi nucleotidiche nella molecola
di DNA.
Sequenziamento La decodificazione di un filamento di DNA
o di un gene nella successione dei suoi nucleotidi: adenina,
citosina, guanina e timina. Quest’analisi può essere eseguita
manualmente o con macchinari automatici. Il sequenziamento di un gene richiede l’analisi di circa 40.000 nucleotidi.
Siero immune Siero sanguigno che contiene anticorpi.
Sierologia Studio del siero sanguigno e delle reazioni tra anticorpi e relativi antigeni.
Singolo cieco Procedura di sperimentazione clinica in cui il
medico sa se il paziente sta ricevendo il placebo o il farmaco
attivo, mentre il paziente no.
Sintesi chimica Manipolazioni fisiche e chimiche mirate, che
normalmente coinvolgono una o più reazioni, per ottenere
un prodotto o più prodotti.
Sintetizzatore di DNA Uno strumento computerizzato per sintetizzare geni attraverso la combinazione di nucleotidi (basi)
nell’ordine giusto.
Sistema biolistico Uno strumento che “spara” particelle microscopiche ricoperte di DNA in cellule bersaglio.
Sistema immunitario La combinazione di cellule, sostanze
biologiche (come anticorpi) e attività cellulari che lavorano
insieme per fornire resistenza alle malattie.
Sistema reticolo-endoteliale Il sistema di macrofagi, che funge
come importante sistema di difesa contro le malattie.
Sistema vettore-ospite Combinazione di cellule che ricevono
il DNA (ospiti) e sostanze che trasportano il DNA (vettori)
usati per introdurre DNA esogeno all’interno della cellula.
Somatotropina bovina (BST) Un ormone secreto dall’ipofisi
bovina. È usato per incrementare la produzione di latte aumentando l’efficienza di conversione da cibo a latte. Chiamato anche ormone della crescita bovino.
Somministrazione di farmaci Il processo attraverso il quale un
medicinale è somministrato al paziente. Tradizionalmente si
usavano la somministrazione orale o per infusione intravenosa. Nuovi metodi utilizzano la somministrazione attraverso
la pelle, con cerotti transdermici, o attraverso la membrana
nasale, mediante uno spray aerosol.
Sonda di DNA Un piccolo frammento di acido nucleico che è
stato marcato con un isotopo radioattivo, un colorante o un
enzima ed è usato per localizzare una particolare sequenza
nucleotidica, un gene o una molecola di DNA.
Splicing La rimozione di introni e l’unione di esoni per formare
un codice di sequenza continuo nell’RNA.
Stampo Una molecola che serve come modello per la sintesi di
un’altra molecola.
Struttura terziaria La struttura tridimensionale di una proteina
essenziale per la sua funzione.
Studi clinici Studi su umani che hanno lo scopo di misurare
l’efficacia di un nuovo farmaco o biologico. Gli studi clinici
normalmente coinvolgono l’uso di un gruppo di pazienti
controllo ai quali è data una sostanza inattiva (placebo) che
appare uguale al prodotto da testare.
Studi preclinici Studi che testano un farmaco su animali oppure
su altri sistemi non umani. Le informazioni sulla sicurezza del
prodotto ottenute con questi studi sono utilizzata per supportare una domanda di investigazione di un nuovo farmaco
(Investigational New Drug Application − IND).
Substrato Materiale su cui agiscono gli enzimi.
T
Terapeutici Composti usati per curare specifiche malattie o
condizioni mediche.
Terapia genica Sostituzione di un gene difettoso in un organismo affetto da malattia genetica. Le tecniche di DNA ricombinante sono usate per isolare il gene funzionante ed inserirlo
nelle cellule. Negli esseri umani sono state individuate più
di 300 malattie genetiche dovute a mutazioni in singoli geni.
Una percentuale considerevole di queste potrebbe essere
risolta dalla terapia genica.
Terapia genica somatica Inserimento di geni nelle cellule per
fini terapeutici; per esempio, per indurre le cellule trattate
a produrre una proteina assente nel corpo. Non influenza il
corredo genetico della prole del paziente, e solitamente non
cambia tutte, né la maggior parte, delle cellule nel ricevente.
La terapia genica su cellule somatiche è solo uno dei modi di
applicare la scienza della genomica per migliorare la salute
dell’uomo.
Terminatore Una sequenza di basi di DNA che comunicano alla
DNA polimerasi di interrompere la sintesi di RNA.
Terreno selettivo Materiale nutriente costituito in modo da
favorire la crescita di specifici organismi inibendo invece la
crescita di altri.
Guida alle Biotecnologie
117
Test Tecnica per misurare una risposta biologica.
Test genetico L’analisi del materiale genetico di un individuo.
Può essere usato per raccogliere informazioni sulla predisposizione genetica di un individuo verso una particolare
condizione di salute, o per confermare la diagnosi di una
malattia genetica.
Timo Un organo linfoide presente nel mediastino, il cui funzionamento è indispensabile per lo sviluppo del sistema
immunitario.
Tossina Una sostanza velenosa prodotta da determinati microrganismi o piante.
Traduzione Processo in cui l’informazione contenuta in una
molecola di RNA messaggero è usata per dirigere la sintesi di
una proteina.
Transdifferenziazione Il processo in cui una cellula specializzata
si dedifferenzia e si ridifferenzia in un diverso tipo di cellula;
o il processo in cui una cellula staminale adulta di uno specifico tipo di tessuto diventa un tipo di cellula di un tessuto
molto differente (per esempio, una cellula staminale nervosa
si differenzia in una cellula renale).
Trascrizione Sintesi dell’RNA messaggero (o qualunque altro
tipo di RNA) da uno stampo di DNA.
Trasduzione Trasferimento di materiale genetico da una cellula
ad un’altra tramite un virus o un vettore fagico.
Trasferimento nucleare delle cellule somatiche Il trasferimento di un nucleo da una cellula completamente differenziata ad
un ovulo a cui è stato rimosso il nucleo.
Trasferimento tecnologico Il processo di trasferimento di
scoperte effettuate dalle istituzioni di ricerca di base, quali
università e laboratori statali, al settore commerciale per lo
sviluppo di prodotti e servizi utili.
Trasfezione Infezione di una cellula con acido nucleico di un
virus con conseguente replicazione del virus.
Trasformazione Cambiamento nella struttura genetica di un
organismo tramite l’incorporazione di DNA esogeno.
Trasposone Un segmento di DNA che si può spostare e può
essere inserito in diversi siti nel DNA batterico o in un fago.
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Guida alle Biotecnologie
V
Vaccino Una preparazione che contiene una sostanza antigenica
costituita da interi organismi patogeni (uccisi o indeboliti) o
parti di questi organismi, che è usato per conferire immunità
alle malattie provocate da questi. La preparazione di vaccini
può essere naturale, sintetica o derivata da tecnologie di
DNA ricombinante.
Vaccini a DNA Frammenti di DNA estraneo che sono iniettate
in un organismo per innescare una risposta immunitaria.
Valutazione del ciclo vitale Una tecnica sistematica per identificare e valutare il potenziale vantaggio ambientale e l’impatto
di prodotti o processi.
Vettore L’agente (ad esempio il plasmide o il virus) usato per
veicolare nuovo DNA in una cellula.
Virione Una particella virale elementare formata da materiale
genetico e rivestimento proteica.
Virologia Lo studio di virus.
Virulenza L’abilità di infettare o causare malattie.
Virus Un organismo sub-microscopico che contiene informazioni genetiche ma non può riprodursi autonomamente. Per
replicarsi, deve invadere un’altra cellula e utilizzare parti del
suo apparato riproduttivo.
Virus di immunodeficienza umana (HIV) Il virus che causa la
sindrome da immunodeficienza acquisita (AIDS).
X
Xenobiotici Composti chimici sintetici che si crede siano resistenti alla degradazione ambientale. Una branca della biotecnologia chiamata biorisanamento sta cercando di sviluppare
metodi biologici per degradare tali composti.
Xenotrapianto Il trapianto di cellule, tessuti o organismi viventi
dagli animali agli uomini.
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