Biotecnologie

Il termine biotecnologia significa: l'utilizzo di organismi viventi per processi industriali. L'uomo senza rendersene conto è biotecnologo da secoli. Ad esempio utilizza organismi viventi, quali batteri e funghi, per far lievitare il pane o far fermentare il vino.

Oggi pensiamo alle biotecnologie come la capacità che ha l'uomo di manipolare il corredo genetico. La rivoluzione biotecnologica è cominciata all'inizio del 900. Ora esistono dei biocalcolatori che sono in grado di sequenziale il DNA, e possiamo solo immaginare dove porterà il progresso tecnologico. I pilastri delle biotecnologie sono: l'ingegneria genetica, la clonazione e gli xenotrapianti.

Ingegneria genetica

L'ingegneria genetica è una tecnica appresa da non molto tempo. Consiste nel trasporto di tratti di DNA, da un individuo ad un altro. Gli organismi sottoposti a tale processo sono detti OGM. Nel mondo ci sono posizioni diversissime riguardo gli OGM. Ad esempio negli USA, il 47% della produzione agricola di mais, cotone, soia, è composta da OGM; in Germania per esempio ne fa parte solo lo 0,05%. Fino ad ora sono stati modificati soprattutto vegetali, in quanto non creano alcun problema di natura etica.

Esempi di OGM

Un famoso esempio di OGM è una graminacea di enorme importanza economica: il mais.

Spesso nelle piantagioni, il mais è attaccato da un micidiale parassita - un lepidottero - chiamato piralide del mais. Tale insetto produce i suoi danni quando è ancora allo stato di larva; esso entra nel tronco del mais e ne divora il contenuto. Con il tronco svuotato, la pianta, per azione del vento, si spezza. Studiando la piralide si capì che aveva a sua volta un parassita: il bacillus thuringiensis. Tale parassita produceva nel corpo della piralide, una tossina che ne provocava mortali emorragie interne. Allora con avanzate tecnologie si riuscì a fare un processo mai fatto prima. Si estrasse dal DNA del batterio, il gene che codifica per la proteina che produceva la tossina; tale procedimento fu possibile grazie a degli enzimi restrittori. Poi fu impiantato quel gene nel mais, grazie ad altri enzimi (tra cui la ligasi), che a quel punto era in grado di produrre quella tossina e di liberarsi del parassita. Questo mais geneticamente modificato prese il nome di "mais BT" (bacillus thuringiensis).

Altro esempio di OGM può essere il golden rice. Il riso è alla base dell'alimentazione di molte zone del mondo. Alcuni sondaggi rivelano che in tali zone c'è un elevato tasso di cecità. La cecità può dipendere da molti fattori, ma quello principale è la vitamina A. Per ottenere questa vitamina il corpo ha bisogno di una molecola di partenza detta provitamina A, ma il riso ne è completamente sprovvisto. Allora si è pensato di ricorrere all'ingegneria genetica proprio per introdurre nel riso geni produttori di tale molecola, ottenendo così un riso di colore giallognolo (da qui il nome golden rice).

Piante vaccino

Le piante vaccino sono delle piante che, opportunamente modificate, producono sostanze che permettono di prevenire malattie molto diffuse nei paesi sottosviluppati, quale la tubercolosi.

Animali transgenici

Da diversi anni le industrie farmacologiche producono, grazie alle biotecnologie, sostanze per la cura di malattie gravi (ad esempio l'insulina). L'emofilia è una malattia che determina problemi alla coagulazione del sangue. Iniettare ai pazienti le proteine di cui sono privi, è molto costoso, perché bisogna estrarle da sangue di donatori, nella quale sono presenti solo in minima parte. Ora si sta cercando di modificare geneticamente determinati animali, inserendo nel loro DNA alcuni geni, in modo da utilizzarli per produrre le proteine necessarie a curare i pazienti.

Clonazione

Il termine clonazione fu coniato da uno studioso americano nel 1903, e deriva da una parola greca (clon) che significa "germoglio". La clonazione è una tecnica che consiste di ottenere individui da riproduzione asessuata. Nel regno vegetale la riproduzione asessuata rappresenta la norma. Per l'uomo ottenere piante tutte uguali è un vantaggio enorme per il mercato, e lo fa senza incappare in alcun problema di natura etica.

La clonazione si divide in due tipi: clonazione riproduttiva e clonazione terapeutica.

Clonazione riproduttiva: la pecora Dolly

La clonazione riproduttiva consente di ottenere un nuovo individuo - uguale a quello di partenza - tramite riproduzione. Le prime clonazioni di animali furono eseguite su rane, poi su topi e infine la famosa pecora Dolly. Fu uno studioso di Edimburgo, Ian Wilmut, a progettare ed eseguire la prima clonazione di una pecora, a metà degli anni 90. Wilmut seguì questa procedura:

Per prima cosa prelevò da un individuo cellule somatiche della mammella.

Poi da un secondo individuo prelevò una cellula uovo.

Aspirò poi, con una speciale pipetta, il nucleo della cellula uovo, e il nucleo della cellula somatica.

Impiantò nella cellula uovo denucleata, il nucleo della cellula somatica.

Sottopose la cellula ottenuta a stimolazioni elettriche.

Dopo molti fallimenti, una cellula si divise per mitosi diverse volte dando vita ad un embrione.

Impiantò l'embrione ottenuto in un terzo individuo che fece da ospite per il parto.

Nel 1997 nacque così la pecora Dolly. Si osservò però che aveva dei ritmi di crescita molto elevati, invecchiava molto velocemente.

Un altro esempio di clonazione di un animale di grossa taglia, più o meno con la stessa tecnica, fu Prometea: una cavalla di razza aelinese clonata a Pavia nel 2003, dal prof. Cesare Galli.

Clonazione terapeutica: le cellule staminali

La  clonazione terapeutica è una tecnica atta a riprodurre per clonazione tessuti o addirittura interi organi, utilizzando cellule staminali. Con le tecniche della clonazione terapeutica si è riusciti fino ad ora a riprodurre tessuti muscolari, della retina, delle ossa, norvosi.

In tutti gli esseri viventi esiste un alternanza tra fase aploide e diploide. Nei mammiferi la fase aploide ha fine con la fecondazione, con la quale inizia la fase diploide. Dopo la fecondazione le cellule si dividono per mitosi e quindi non hanno ancora differenze tra loro; è grazie ai geni che poi le cellule si specializzano a seconda dell'occorrenza. Le cellule non ancora specializzate sono dette cellule staminali. Le cellule staminali si dividono in:

Pluripotenti: hanno una possibilità di differenziazione alta ma comunque limitata.

Totipotenti: hanno una elevati sima gamma di differenziazione.

Le cellule staminali possono essere ricavate facilmente da embrioni in sviluppo senza danneggiarli. Questo ha scatenato una grande battaglia di natura etica. In Italia la legge vieta l'utilizzo di embrioni come fonte di cellule staminali. Cosa molto strana, in quanto la stessa legge consente di abortire fino al terzo mese di gravidanza. Allora un embrione ha più diritti di un feto?

Esistono due metodi di clonazione terapeutica. Il primo è il seguente:

Prelievo di una cellula somatica.

Prelievo di una ovocellula da un donatore.

Prelievo del DNA della cellula somatica e denucleazione della cellula uovo.

Impianto del DNA nella ovocellula.

Stimolazione alla riproduzione per mitosi.

Con complesse tecniche indirizzamento del tessuto verso la specializzazione desiderata.

Ecco un alternativa:

Prelievo di una cellula somatica.

Prelievo di una cellula staminale embrionale.

Fusione delle due cellule.

A questo punto la cellula somatica si è riprogrammata divenendo anch'essa una cellula staminale.

Ecc..

Xenotrapianti

I trapianti di organi si scontrano con la scarsità dei donatori. I tre organi più frequentemente trapiantati sono: cuore, reni e pancreas. Il primo trapianto databile è nel 1682 in Russia, ma il primo trapianto dell'era moderna avvenne nel 1954: fu un trapianto di rene tra due gemelli. Il problema più grande che si può riscontrare in un trapianto è il rigetto, cioè le difese immunitarie attaccano l'organo trapiantato, considerandolo un organismo estraneo. Il primo trapianto di cuore avvenne negli anni 70 in Sudafrica. Per andare incontro alla scarsità di donatori si è ricorso agli xenotrapianti, cercando di trovare altri mammiferi come donatori. Dapprima si è pensato alle scimmie, ma ci si è resi conto che il segreto sta nel trovare organismi con una distanza genetica ideale. Gruppi di ricerca stanno provando a trapiantare organi di maiale nelle scimmie, e cercano di creare maiali transgenici rendendoli più compatibili al trapianto.