OGM

TECNOLOGIA DEL DNA RICOMBINANTE

·  Avere segmenti abbastanza piccoli da essere analizzati e manipolati

·  Avere grosse quantità di questi piccoli segmenti

·  Conoscere la sequenza nucleotidica di questi segmenti

·  Essere in grado di identificare i segmenti specifici presi in considerazione

Come avere segmenti piccoli Nei batteri sono presenti degli enzimi che tagliano le molecole estranee di DNA in piccoli segmenti prima che vengano duplicati o trascritti (in tal modo dei batteri risultano immuni a particolari virus). Questi enzimi vennero chiamati enzimi di restrizione. Brevi segmenti di DNA possono essere ottenuti per trascrizione dell’mRNA in DNA mediante l’enzima trascrittasi inversa (enzima che permette di passare dall’mRNA in DNA), oppure spezzando le molecole di DNA con l’impiego degli enzimi di restrizione. Differenti enzimi di restrizione tagliano il DNA in differenti sequenze nucleotidiche specifiche. Invece di tagliare le molecole in maniera netta, alcuni enzimi di restrizione lasciano delle estremità coesive. Un qualsiasi DNA tagliato con questi enzimi può essere facilmente attaccato a un’altra molecola di DNA tagliata dallo stesso enzima.La scoperta degli enzimi di restrizione ha reso possibile lo sviluppo della tecnologia del DNA ricombinante.

Come avere tanti piccoli segmenti Per produrre grosse quantità di segmenti di DNA identici vengono utilizzate due tecniche: la clonazione del DNA e la reazione a catena della polimerasi (PCR). Nella clonazione i segmenti da copiare sono introdotti nelle cellule batteriche per mezzo di plasmidi, cioè frammenti di DNA autoduplicante che può anche essere trasportato da batterio a batterio, e di batteriofagi, i quali funzionano da vettori, portando il frammento di DNA dentro il batterio.Una volta dentro la cellula batterica, il plasmide ed il DNA estraneo, che esso porta con sé, si duplicano. Questo metodo risultò essere un ottimo modo per produrre grandi quantità di sostanze in poco tempo. La reazione a catena della polimerasi, scoperto da Mullis nel 1983, è un processo molto più rapido, ma richiede una maggiore conoscenza del segmento che deve essere copiato.

Come conoscere la sequenza nucleotidica La disponibilità di copie multiple rende possibile, a sua volta, determinare l’esatto ordine con cui sono collegati i nucleotidi di un segmento di DNA.Combinando le sequenze di gruppi di brevi segmenti prodotti dai vari enzimi di restrizione, che tagliano la stessa molecola di DNA in diversi modi, i biologi molecolari possono determinare la sequenza completa di un lungo segmento di DNA (quale un intero gene).

Come identificare i segmenti Segmenti di DNA da studiare possono essere individuati tramite l’ibridazione dell’acido nucleico, o usando sonde a filamento unico marcate con isotopi radioattivi oppure mediante coloranti fluorescenti. La tecnica dell’ibridazione è basata sulla capacità presentata da un singolo filamento di RNA o di DNA di combinarsi (o ibridarsi) con un altro filamento che ha una sequenza nucleotidica complementare.

  OGM

Un organismo si definisce geneticamente modificato quando una parte del materiale genetico di cui è composto (il DNA) viene cambiato con procedure che non avvengono in natura. Per poter modificare geneticamente un organismo si utilizzano tecniche sofisticate di ingegneria genetica”, che rientrano nell’ambito di quelle che vengono chiamate biotecnologie”. Alcuni geni presenti nel DNA di un organismo possono essere trasferiti ad altri anche se di specie diverse. In questo modo è possibile trasferire caratteristiche di un organismo e inserirle in un altro in tempi molto brevi. Questi organismi modificati vengono chiamati transgenici”, proprio per la loro caratteristica di possedere geni diversi da quelli della propria specie.

  Le caratteristiche di un organismo dipendono dal suo patrimonio genetico, una serie di istruzioni necessarie allo svolgimento delle funzioni vitali. Questo messaggio è scomponibile in una serie di istruzioni specifiche, composte da sezioni di DNA, i geni. Il linguaggio del DNA nei geni viene tradotto per formare le proteine che regolano le funzioni dell’organismo.

  La biotecnologia è la tecnologia che utilizza gli organismi viventi o le loro componenti per ottenere sostanze o prodotti utili all’uomo, oppure per modificare le caratteristiche di altri organismi, o anche per sviluppare microrganismi per usi specifici. Le biotecnologie moderne sono quelle che utilizzano gli strumenti dell’ingegneria genetica o della tecnologia del DNA ricombinante per il trasferimento di materiale genetico fra organismi anche appartenenti a specie diverse. L’ingegneria genetica è una tecnologia che permette di isolare dei geni da un organismo, farne delle copie e di trasferirle in un altro organismo che, in condizioni naturali, non possiederebbe. In natura esistono delle barriere che non permettono alle diverse specie di incrociarsi fra loro, tuttavia l’ingegneria genetica permette di superare queste barriere naturali. Con la biotecnologia moderna è possibile isolare da una pianta il gene con la caratteristica desiderata e trasferire quel gene ad un’altra pianta. E’ la tecnologia del DNA ricombinante che permette questi trasferimenti.

  Applicazioni delle biotecnologie

Le applicazioni più interessanti della biotecnologia riguardano i seguenti settori: medicina e farmacologia, agricoltura, oceanologia e recupero ambientale.

·    Nella medicina risultati molto incoraggianti sono stati ottenuti nella diagnostica. Nei confronti di alcune malattie genetiche è stato possibile elaborare procedure diagnostiche prenatali, con la conseguente possibilità di ricorrere all’aborto. E’ questo il caso dell’anemia falciforme e di alcune talassemie: le diagnosi si basano su variazioni del profilo elettroforetico del DNA estratto da cellule epiteliali del feto (recuperate dal liquido amniotico) e trattato con particolari endonucleasi di restrizione. Tecniche basate su princìpi simili dovrebbero permettere la diagnosi di malattie virali (specie quelle causate da virus lenti), mentre tecniche di radioimmunologia e di immunofluorescenza dovrebbero facilitare le diagnosi di forme tumorali quali alcune leucemie. Ampie ricerche sono in stadio avanzato per giungere alle terapie geniche (sostitutive o integrative); esse consistono nell’introdurre in un soggetto affetto da una malattia genica un gene integro e funzionante, prelevato da un individuo sano. Il principio di tale metodica è quindi nel correggere all’origine una malattia, agendo sulla sua causa e non sui suoi effetti e, in questo, essa si differenzia da qualsiasi precedente tecnica terapeutica, compresa quella attuata grazie al DNA ricombinante. Già oggi la biotecnologia sta mettendo a disposizione della medicina numerosi farmaci sinora molto scarsi, se d’origine umana, altrimenti derivabili da animali. E’ questo il caso di numerosi ormoni quali la somatropina, la somatostatina, l’insulina, gli interferoni, i fattori timici, e di anticorpi quali le gammaglobuline. E’ probabile che molte di queste sostanze verranno prodotte in elevate quantità grazie a procedure di clonaggio in microrganismi, oppure attraverso processi di fusione tra cellule umane e di animali superiori. Prima dello sviluppo della tecnologia del DNA ricombinante, la maggior parte dei farmaci umani, di natura proteica, era disponibile in quantità limitate. I costi di produzione erano infatti molto elevati. Con questa nuova tecnologia è stato possibile produrre un’ampia serie di farmaci molto efficaci in grandi quantità. Attualmente dono circa 500 i farmaci ottenuti con la biotecnologia e quasi altrettanti in fase di avanzata sperimentazione. Questi farmaci vengono prodotti da microrganismi geneticamente modificati, nei quali è stato inserito il gene specifico che porta l’informazione per la produzione del farmaco specifico. Questi microrganismi, moltiplicati in laboratorio, produrranno grandi quantità del prodotto richiesto. Tra le più note sostanze ottenute grazie all’ingegneria genetica è linsulina umana. Proprio linsulina fu la prima ad essere prodotta con il metodo della clonazione del DNA. Un altro esempio di farmaci ottenuti grazie alla biotecnologia sono gli antibiotici: grazie all’ingegneria genetica l’efficienza di produzione di un antibiotico è stata in alcuni casi aumentata sino a 10.000 volte. In modo simile è possibile produrre su scala industriale vitamine, aminoacidi, enzimi e altre sostanze.

·    Inserendo geni estranei nel patrimonio genetico di alcune piante, si sono ottenute varietà di prodotto della terra che maturano più in fretta o più lentamente e che sono resistenti alla siccità, al freddo, agli erbicidi e agli insetti. Le principali applicazioni sino ad ora hanno riguardato: piante transgeniche resistenti agli erbicidi, piante transgeniche che resistono al’attacco degli insetti, piante transgeniche resistenti alle malattie infettive, piante transgeniche per aumentare la conservabilità dei prodotti. Sono in corso numerosi studi, alcuni dei quali hanno già avuto successo: Piante transgeniche resistenti ai diversi stress ambientali (tolleranti alla siccità, alla salinità dell’acqua, alle basse temperature) per ridurre le perdite di produzione e per permettere la loro coltivazione in quelle terre, dette marginali”, che attualmente non sono coltivabili. Le piante da coltura selezionate per la produzione, quando sono attaccate dagli insetti nocivi vengono danneggiate perché non possiedono i geni necessari per proteggerle dagli insetti. Si è scoperto che un batterio, il Bacillus thuringiensis, produce una sostanza tossica alle larve di alcuni insetti dannosi. Il gene che permette di produrre questa sostanza tossica è stato isolato nel batterio e inserito nel DNA di alcune piante coltivate che diventano resistenti agli insetti dannosi. In agricoltura, grandi speranze sono associate alle ricerche sulla struttura genetica dell’operone nif” i cui prodotti rendono possibile la fissazione dell’azoto atmosferico. Questo operone è presente nel DNA di numerosi batteri simbionti delle leguminose cui forniscono l’azoto sotto forma di composti azotati. Studi in corso presso numerosi laboratori si pongono come obiettivo il trasferimento o comunque l’associazione dell’operone nif” entro altre piante di interesse economico: come vettore di questo trasferimento si pensa di usare un plasmide del batterio Agrobacterium tumefaciens detto Ti, in quanto responsabile per l’induzione di tumori in alcune piante dicotiledoni. Pure studiato al riguardo è il DNA del virus del mosaico del cavolfiore. Più in generale, obiettivi propri e legittimi della biotecnologia in campo agricolo sono il miglioramento della produzione di alimenti attraverso anche un più sofisticato impiego delle tradizionali tecniche di incroci e ibridazioni, e la messa a punto di nuove sorgenti di energia a partire da biomasse rinnovabili.

·    Una delle applicazioni delle biotecnologie è diretta al recupero ambientale. La funzione delle biotecnologie in questo settore è quella di affrontare il problema del trattamento dei rifiuti, della contaminazione dei residui tossici, potenziando i processi naturali. I microrganismi presenti nell’ambiente hanno acquisito, nel corso di milioni di anni, la capacità di degradare un ampio spettro di sostanze organiche naturali. Tuttavia questo processo risulta molto lento, mentre lo sviluppo industriale e altri fattori inquinanti hanno portato al rilascio nell’ambiente di enormi quantità di sostanze di rifiuto e di sostanze organiche di sintesi. Le biotecnologie avanzate, partendo da microrganismi già dotati di buone capacità degradative, si sono dimostrate in grado di creare in laboratorio, attraverso manipolazioni genetiche, ceppi batterici con nuove e migliori capacità nei confronti di composti sintetici persistenti. Questa applicazione della biotecnologia viene chiamata bioremadiation. La bioremediation consiste nellutilizzare le nuove tecniche dell’ingegneria genetica per modificare alcuni organismi in modo tale che possano ridurre i danni causati da incidenti ce potrebbero mettere in pericolo l’equilibrio ecologico. La bioremediation si applica allo smaltimento dei rifiuti, alla depurazione delle acque, al biorisanamento di habitat contaminati. Un esempio è quello dell’uso di batteri geneticamente modificati in modo tale da essere in grado di degradare il petrolio.

·    In una prospettiva più distante si pongono gli studi tendenti a una razionalizzazione dello sfruttamento delle risorse biologiche delle acque, in particolare quelle marine. A essi contribuiscono studi biologici (quali la zoologia e l’ecologia marina) e chimico-fisici (quali l’oceanografia e la geochimica): i loro obiettivi sono una più efficiente utilizzazione delle specie animali e vegetali acquatiche come sorgente d’alimenti e d’energia, e una migliore protezione dell’ambiente marino nei confronti delle contaminazioni d’origine industriale. Date le enormi implicazioni ecologiche che l’immissione in natura di nuove specie comporta, molte sono state le voci dissenzienti sulla manipolazione genica sia animale che vegetale, ma gli altrettanto enormi interessi economici conseguenti alla brevettazione di tali mutazioni hanno portato a normative di accoglimento in tutto il mondo, non ultima (dopo un rifiuto decennale) l’Unione Europea. Nei paesi aderenti a quest’ultima, dal 1998 è quindi permessa la sperimentazione scientifica sugli embrioni e la brevettazione di geni di origine umana separati dal corpo, mentre sono proibite la clonazione umana, le modificazioni genetiche ereditarie, le brevettazioni a parti della persona umana.

  Alimenti transgenici

Ciò perché solo dopo che la sperimentazione in campo ha dato esito positivo viene valutata la sicurezza d’uso dei prodotti agroalimentari che si ottengono dalle piante transgeniche.Ciò va fatto seguendo il regolamento europeo sui Novel Foods che prevede tre differenti classi di prodotti

·  Classe 1: Alimenti o ingredienti alimentari sostanzialmente equivalenti all’alimento o ingrediente alimentare tradizionale di riferimento;

·  Classe 2: Alimenti o ingredienti che siano sufficientemente simili allalimento tradizionale di riferimento;

·  Classe 3: Alimenti o ingredienti alimentari che non sono né sostanzialmente equivalenti né sufficientemente simili al prodotto tradizionale di riferimento.

E evidente che mano mano che si passa dalla classe uno alla classe tre il numero e il tipo di studi e controlli debba essere sempre maggiore e approfondito e pertanto la assegnazione di un OGM ad una delle tre classi (sulla base della sua dettagliata composizione chimica in confronto con quella del prodotto tradizionale) è di fondamentale importanza per la valutazione della sicurezza in vista di concedere l’autorizzazione ed immetterlo sul mercato. Nonostante il vaglio di numerosi esperti ed una regolamentazione autorizzativa, resta in molti consumatori una istintiva avversione verso questi prodotti, probabilmente derivata da motivazioni di tipo etico, politico e socio-economico più che dalla reale conoscenza delle caratteristiche di produzione e di sicurezza. Anche perché, essendo la ricerca scientifica alla base di tali produzioni estremamente lunga e costosa, è generalmente affrontata da grandi organizzazioni e compagnie industriali a carattere molto spesso multinazionale e il consumatore vede in questo mercato una sorta di dittatura commerciale che impone, in pratica, scelte obbligate ed inconsapevoli. Per questo si è posto il quesito di etichettare gli OGM onde poterli riconoscere negli alimenti che li contengono. L’Unione Europea ha già risposto positivamente a questo quesito anche se l’etichettatura non ha un reale valore scientifico, in quanto gli OGM possono essere posti in commercio solo se sicuri (altrimenti non devono essere autorizzati). Questa decisione sull’etichettatura ha portato a notevoli problemi di carattere organizzativo e tecnico-analitico sia perché non esiste a tutt’oggi un metodo ufficiale di riferimento per il riconoscimento e il dosaggio di tali OGM (anche se metodi analitici esistono e si sta lavorando al loro riconoscimento ufficiale nella UE) sia perché, non potendo in pratica segregare coltivazioni di diversa origine è possibile la contaminazione fra specie diverse e, quindi, occorre stabilire il valore di soglia minimo al di sotto del quale il prodotto si può considerare come OGM-free. Esiste poi il caso di prodotti alimentari che pur provenendo da OGM non contengono più DNA e proteine (ad esempio gli oli ottenuti da semi geneticamente modificati) che, quindi, non possono essere riconosciuti e perciò non dichiarabili in etichetta. In ogni caso, più che dalla etichettatura, il consumatore può essere assicurato dalla più precisa conoscenza di come vengono prodotti questi OGM o gli alimenti che li contengono e delle prove e dei test cui sono stati sottoposti. Oltre a ciò deve sapere che esiste la valutazione che di questi studi fanno Comitati di esperti nazionali ed internazionali prima che il prodotto sia autorizzato all’immissione in commercio, secondo una regolamentazione precisa e dettagliata che deve essere seguita da tutti gli stati membri della UE. Deve essere però da considerato che la produzione, la trasformazione e la distribuzione di alimenti transgenici hanno un impatto globale e non solo europeo. Per questo motivo è importante che questi alimenti vengano accettati a livello internazionale sia dalle industrie e dalle autorità governative che dai consumatori. Da indagini e studi condotti per rilevare la percezione del consumatore in diversi paesi è emersa in maniera univoca una maggiore cautela del consumatore europeo rispetto ai consumatori degli altri paesi quali, soprattutto, quelli degli Stati Uniti d’America dove pure le biotecnologie applicate al settore agroalimentare hanno ritenuto un primo grosso sviluppo ed impatto. E’ quindi con altri paesi, oltre che con l’Europa – primi fra tutti USA e Giappone – che occorrerà in futuro sempre più confrontarsi per risolvere a livello mondiale i problemi soprattutto di tipo economico e politico, ma anche ambientale e nutrizionale che l’introduzione sul mercato di alimenti transgenici pone.