Biotecnologie

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Categoria:Biologia

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Testo

Biotecnologia
La Biotecnologia (tecnologia biologica) consiste nello studio delle applicazioni tecnologiche della biologia.
Tra le definizioni disponibili, la più completa sembra quella data dalla Convenzione sulla Diversità Biologica UN, ossia:
"La biotecnologia è l'applicazione tecnologica che si serve dei sistemi biologici, degli organismi viventi o di derivati di questi per produrre o modificare prodotti o processi per un fine specifico".
La biotecnologia può essere anche definita come la manipolazione di organismi al fine di ottenere soluzioni pratiche o prodotti utili. Nel linguaggio corrente, si utilizza maggiormente il termine al plurale (biotecnologie), ad indicare gli svariati campi di applicazione che si stanno sviluppando a questo riguardo. Le biotecnologie sono utilizzate nel settore agroalimentare per ottimizzare il ruolo dei microrganismi, conosciuti da secoli, nella produzione di alimenti comuni. La conoscenza più approfondita (a livello molecolare) dei processi fermentativi di vino e birra, nonché dei meccanismi di incrocio e selezione di varietà animali e vegetali ha portato negli ultimi decenni il settore agroalimentare ad essere sempre più influenzato dalle biotecnologie.
Le biotecnologie sono ampiamente utilizzate nello sviluppo di nuove terapie mediche o innovativi strumenti diagnostici.
Le biotecnologie sono tuttavia più spesso associate all'utilizzo di organismi geneticamente modificati. Microrganismi come alcuni lieviti, possono essere utilizzati per la sintesi di sostanze come insulina o antibiotici. Anche cellule di mammifero geneticamente modificate sono ampiamente utilizzate nella biosintesi di farmaci. Nuove promettenti applicazioni sono legate alla biosintesi di farmaci attraverso organismi vegetali.
Applicazioni al centro di ampio dibattito sono quelle atte alla produzione di animali e piante transgeniche noti a tutti come OGM.
Settori biotecnologici
Le applicazioni biotecnologiche sono numerose. La seguente classificazione, molto generica, riporta alcuni settori come definiti nel gergo internazionale.
- Red biotechnology (biotecnologia rossa) è il settore applicato ai processi biomedici e farmaceutici. Alcuni esempi sono l'individuazione di organismi in grado di sintetizzare farmaci o antibiotici, oppure lo sviluppo di tecnologie di ingegneria genetica per la cura di patologie.
- White biotechnology, conosciuta anche come grey biotechnology (biotecnologia bianca e grigia), è la branca che si occupa dei processi biotecnologici di interesse industriale. Ad esempio, la costituzione di microrganismi in grado di produrre sostanze chimiche.
- Green biotechnology (biotecnologia verde) è il settore applicato ai processi agricoli. Tra le applicazioni, figura la modificazione di organismi per renderli in grado di crescere in determinate condizioni ambientali o nutrizionali. Lo scopo di questo settore è quello di produrre soluzioni agricole aventi un impatto ambientale minore rispetto ai processi agricoli classici. Ad esempio, sono state ingegnerizzate alcune piante in grado di produrre autonomamente pesticidi, eliminandone la necessità di somministrazione esterna, più dispendiosa ed inquinante. A questo fine è stato prodotto, ad esempio, il mais BT). É in corso un ampio dibattito riguardo all'effettiva eco-compatibilità di questi processi, nonché sulla sicurezza degli organismi geneticamente modificati (OGM).
- Bioinformatica, nota talvolta come biologia computazionale, è un settore interdisciplinare che utilizza un approccio informatico per risolvere problematiche di tipo biologico. Gioca un ruolo determinante nelle applicazioni di genomica funzionale, genomica strutturale e proteomica. Ha un ruolo fondamentale anche nello sviluppo di nuovi farmaci (drug discovery).
In alcune occasioni si usa anche il termine blue biotechnology (biotecnologia blu), usata per descrivere applicazioni marine ed acquatiche delle biotecnologie.

Ci son vari tipi di Biotecnologie abbinate alla:
- Medicina ( Terapia genica, biofarmaci e biovaccini)
- Animali trasgenici e la Clonazione
- Agricoltura ( Piante trasgeniche)

Medicina (Terapia genica, biofarmaci e biovaccini)

- La Terapia Genica prevede l’uso di frammenti di DNA per curare malattie genetiche sostituendo un gene difettoso di un individuo ammalato con un altro sano in modo che la funzione che avrebbe dovuto essere assolta dal gene difettoso venga ripristinata.
I geni sani vengono inseriti nell’organismo attraverso vettori virali. I vettori sono virus disattivati, trattati in modo che siano capaci di infettare le cellule ma non di scatenare la malattia. Per far questo ci sono due metodi:
1. In quello definito “Ex Vivo” si prelevano cellule del corpo umano e in provetta di infettano con i vettori virali che trasportano il gene sano. Poi con un’iniezione si inseriscono le cellule “corrette” nell’organismo.
2. Nel metodo detto “In Vivo” i vettori vengono fatti penetrare direttamente nell’organismo, in genere proprio nei tessuti o negli organi dove si trova il difetto da correggere.
(Questi interventi possono essere effettuati solo su cellule somatiche e non su cellule germinali perché in caso contrario la modifica diventerebbe ereditaria).
- La terapia genica oggi non può curare alcuna malattia in maniera definitiva a causa dello scarso perfezionamento delle tecniche di base. Oggi l’attenzione del mondo scientifico è rivolta soprattutto al miglioramento di queste tecniche. Sono in corso numerose ricerche: si tenta di curare il glioblastoma, un particolare tipo di tumore cerebrale cercando di inserire nelle cellule tumorali un gene “suicida” che quando si attiva le rende aggredibili da una sostanza che le distrugge.
Per quanto riguarda le malattie ereditarie non esistono ancora cure efficaci. Sono stati effettuati esperimenti di trapianto di un gene “sano” per curare l’immunodeficienza combinata grave, una malattia ereditaria legata alla carenza di un enzima (ADA) che rende i bambini incapaci di attivare le proprie difese immunitarie. I risultati sono incoraggianti.
- Biofarmaci: Ogni anno vengono immessi sul mercato 50 mila nuovi farmaci dei quali in media il 10-15 % sono ottenuti grazie all’ingegneria genetica. Il primo farmaco biotecnologico è stato nel ’79 l’insulina umana, poi l’ormone della crescita, impiegato per curare il nanismo dei bambini estratto in passato dall’ipofisi di cadaveri. I farmaci biotecnologici sono più efficaci di quelli tradizionali: l’insulina, per esempio, in passato era estratta dal pancreas di maiali. Questa, non essendo identica a quella umana, non ha esattamente la stessa capacità di azione e può provocare malattie allergiche. L’insulina biotecnologica è sintetizzata dai batteri su istruzioni di un gene estratto dal pancreas umano, inserito nel loro patrimonio genetico risulta quindi uguale a quella dell’uomo. È inoltre facile da produrre perché i batteri si riproducono freneticamente, inoltre ci sono meno rischi di infezione da virus.
- Biovaccini: Gli agenti infettivi, virus e batteri, hanno sul proprio rivestimento esterno delle proteine dette antigeni. Sono questi che attivano la reazione immunitaria dell’organismo. L’ingegneria genetica trasferisce i geni che impartiscono i comandi per produrre queste proteine dagli agenti infettivi ad altri virus o batteri innocui per ottenere vaccini “acellulari” cioè composti solo dai frammenti di rivestimento e non dall’intera cellula. I vaccini di vecchio tipo sono composti dagli stessi virus o batteri, ma uccisi o attenuati. Quando vengono introdotti nell’organismo di persone sane, spingono il sistema immunitario a sviluppare una reazione specifica, che servirà, in seguito, a difendere il corpo da eventuali attacchi dello stesso germe. Possono però produrre effetti collaterali o riuscire a scatenare l’infezione perché la virulenza del virus non è stata completamente attenuata. I vaccini biotec invece sono costituiti solo dalle proteine esterne che sono in grado di scatenare la reazione immunitaria, ma non l’infezione. Se ne può usare un numero minore e quindi diminuisce il rischio di provocare allergie. Sono disponibili vaccini contro la pertosse e l’epatite B; sono in sperimentazione vaccini contro il cancro e l’AIDS. A Londra è stato sperimentato con discreti risultati un vaccino per prevenire la carie, estratto dalla pianta di tabacco ingegnerizzata. In Italia è in studio un vaccino contro l’elicobacter pylor, un batterio responsabile dell’ulcera. Inoltre è probabile che in un prossimo futuro ci si possa vaccinare mangiando alimenti: un’équipe di scienziati dell’università di Lima Linda (California) ha creato una patata che contiene nel DNA un pezzetto non tossico della proteina dei colera, i topi su cui è stata sperimentata sono risultati immuni dalla malattia.

Animali trasgenici e la Clonazione

- Animali trasgenici: sono animali nati da una cellula uovo fecondata in cui è stato inserito un gene proveniente da un’altra specie, allo scopo di modificarne le caratteristiche e far loro sviluppare capacità che non avrebbero potuto acquisire spontaneamente. Questi animali potranno forse rendere possibile gli xenotrapianti
- Xenotrapianti: Sono trapianti nell’uomo di organi provenienti da animali, c’è la necessità di procedere nello studio di queste tecniche perché in 10 anni la domanda di trapianti è raddoppiata, ma la disponibilità di organi non basta a soddisfare tutte le richieste, ci sono circa 15.000 persone in lista di attesa in tutto il mondo, 7.000 in Italia, ma ogni anno vengono soddisfatte solo 1/3 delle richieste.
Attualmente si stanno facendo sperimentazioni sul maiale perché questo animale ha organi molto simili come dimensioni a quelli umani. L’unico problema sono le crisi di rigetto. Per risolvere questo problema è necessario ingannare il sistema immunitario: gli scienziati iniettano negli embrioni di maiale piccole quantità di materiale genetico umano che fanno produrre una proteina in grado di svilupparsi sulla superficie degli organi del maiale. Inoltre gli scienziati sono riusciti a produrre da alcuni suini emoglobina umana che però non può essere utilizzata come sostituto del sangue umano perché è tossica, per aggirare questo problema gli studiosi sperano di riuscire a “costruire” attorno all’emoglobina una membrana simile a quella dei globuli rossi.
- Clonazione: la clonazione consiste nell’ottenere una copia identica di un animale, vediamo come avviene fase per fase:
* Dall’animale si estrae una cellula somatica da cui si preleva il nucleo con tutto il materiale genetico che contiene.
* Il nucleo viene trasferito in una cellula uovo privata del nucleo originale di una femmina della stessa specie.
* L’uovo modificato viene impiantato nell’utero della femmina che partorirà una copia fedelissima dell’animale di partenza.
Gli animali clonati in futuro potrebbero essere utili per duplicare animali modificati che hanno sviluppato caratteristiche desiderabili: per esempio sarebbe utile clonare una pecora transgenica che produca un farmaco nel proprio latte.

Agricoltura (piante trasgeniche)

Ingegneria genetica e biotecnologie possono essere utili in agricoltura perché consentono di ottenere organismi geneticamente modificati (OGM), più adatti per le moderne esigenze di coltivazione e zootecnia.
Per ottenere una pianta transgenica ci sono due metodi diversi:
1. Per le dicotiledoni (leguminose, ortaggi, piante da frutto…) gli scienziati caricano i nuovi geni da trasferire su un germe agrobacterium tumefaciens questo infetta le piante da modificare. Si formano piccoli tumori (calli) contenenti cellule che acquisiscono i nuovi geni trasportati dall’agrobacterium. Da queste cellule si sviluppano in seguito le piantine modificate.
2. Per i monocotiledoni (cereali) si ricorre alla biolistica (nuovo termine nato dalla fusione delle parole “biologia” e “balistica”) si bombardano le cellule da modificare con biglie d’oro ricoperte dai geni che vogliono inserirvi. Le cellule sopravvissute che sono riuscite ad acquisire i nuovi geni svilupperanno nuove piantine transgeniche.
Le colture transgeniche sono più produttive di quelle tradizionali di circa il 10%. L’aumento della produttività è causato dalla riduzione delle perdite causate da insetti, virus, agenti chimici. Inoltre le colture transgeniche riducono l’inquinamento: nelle normali colture intensive per ottenere un’alta produttività si ricorre all’uso di fertilizzanti chimici. Le piante transgeniche forniscono raccolti elevati senza richiedere l’uso di forti quantità di prodotti chimici. Ci sono numerosi tipi di piante transgeniche:
- Resistenti ai parassiti: il mais Bt è stato reso resistente alla piralide, una farfalla che distrugge fino al 20% del raccolto. Questo mais contiene estratti di un microrganismo (bacillus thurigensis), che ordinano alle piante di produrre una tossina insetticida.
- Resistenti ai disagi ambientali: possono crescere nel deserto, su spiagge nel deserto, ad esempio, si coltivano i meloni.
- Arricchite con nuove caratteristiche nutrizionali.
- Capaci di produrre frutti conservabili più a lungo.
- Resistenti a erbicidi.
C’è la possibilità che gli alimenti transgenici scatenino qualche allergia perché l’ingegneria genetica può trasferire negli alimenti modificati geni a loro estranei. Facciamo un esempio pratico: se una persona è allergica alle noci è sufficiente che smetta di mangiarle per evitare la reazione allergica, ma se il gene di una noce viene trasferito in una pianta di soia può capitare che i semi di soia contengano proprio quelle proteine che scatenano l’allergia.
Ma l’organizzazione mondiale della sanità (OMS) e l’organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico (OECD) hanno messi a punto rigorose direttive per evitare questi inconvenienti.
Le colture transgeniche sono già ampiamente diffuse nel mondo. Nel ’96 gli ettari coltivati in tutto il globo con colture geneticamente modificate erano meno di 3 milioni. Nel ’98 hanno raggiunto i 28 milioni e si prevede che nel 2000 saliranno a 60 milioni e più. Colza, tabacco, soia, riso, cotone, patata, mais, zucca, pomodoro sono autorizzate in Canada, USA, Giappone. La Cina coltiva pomodori, tabacco, riso, angurie. Anche i paesi africani e Bulgaria hanno avviato colture transgeniche. La soia copre 15 milioni di ettari, il mais 8 milioni di ettari, cotone e colza 2,5 milioni di ettari e le colture orticole con 500 mila ettari. Le piante più coltivate sono quelle resistenti ai diserbanti che coprono il 57% dei terreni dedicati a colture transgeniche, seguite dalle piante resistenti agli insetti (31%) e da quelle resistenti ai virus (14%). Le piante transgeniche con caratteristiche nutrizionali migliorate coprono l’1%.

1=Resistenti ai parassiti (57%)
2=Resistenti ai virus (14%)
3=Resistenti ai diserbanti (31%)
4=Caratteristiche nutrizionali migliorate (1%)

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Lo scopo ultimo del gruppo coordinato da Lee e' mettere a punto tecniche per future terapie cellulari basate sulle cellule staminali embrionali e, nello stesso tempo, utilizzare la tecnica della clonazione per la salvaguardia delle specie animali

Fonti:
- www.molecularlab.it
- www.altavista.org
- www.wikipedia.it

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