Le biotecnologie - Relazione del libro "le biotecnologie" di Mariachiara Tallacchini e Fabio Terragni

Le biotecnologie

Relazione del libro "le biotecnologie" di Mariachiara Tallacchini e Fabio Terragni

Introduzione

Molte definizioni alla parola "biotecnologia" si sono susseguite nel corso della storia.

La prima, la più generale e antica afferma: "le biotecnologie sono i metodi tecnici che permettono lo sfruttamento di sistemi viventi al fine di produrre beni e servizi" venendo, però, considerata troppo ampia come definizione, intorno agli anni '80, precisamente nel 1982, la Federazione Europea di Biotecnologia (EFB) coniò una descrizione per questa scienza più restrittiva e precisa:

"BIOTECNOLOGIA: utilizzazione integrata di biochimica, microbiologia e ingegneria per realizzare applicazioni tecnologiche a partire dalle proprietà di alcuni microrganismi, di colture generali e di altri agenti biologici"

Processi come la fermentazione alcolica e la panificazione possono essere considerati a tutti gli effetti delle biotecnologie, perché sfruttano le proprietà di particolari microrganismi eucarioti: i lieviti.

Stessa cosa vale per altri processi quali la lavorazione del latte e la caseificazione che portano, rispettivamente, alla produzione di yogurt e formaggi.

La scoperta dei meccanismi biologici alla base di questi processi è avvenuta gradualmente a partire dal 1700, in seguito alla scoperta del ruolo dei batteri nelle malattie, nei processi degradativi e fermentativi, gettando le basi della microbiologia che ha portato alla nascita dei farmaci.

Gli esempi sopraccitati fanno parte delle "biotecnologie tradizionali", mentre quelle cosiddette "innovative", cioè nate dall'incontro di quelle tradizionali con le nuove tecnologie biologiche e genetiche, permettono di intervenire direttamente a livello delle cellule.

Esempi di tecnologie innovative sono l'ingegneria genetica o tecnologia del DNA ricombinante.

Tale studio comprende un insieme di tecniche per ricombinare in provetta geni di diversa provenienza e per trasferire il DNA ricombinante in cellule in cui possa essere duplicato ed eventualmente espresso.

Nel corso degli anni '80 le multinazionali chimiche e farmaceutiche favorirono l'industria biotecnologica, nelle loro mani, infatti, questa nuova scienza compì dei giganteschi passi avanti ampliando i propri orizzonti in campo: agroalimentare e ambientale, veterinario, medico.

1) BIOTECNOLOGIE in campo AGROALIMENTARE e AMBIENTALE

Nel caso delle biotecnologie l'attenzione, tanto dell'opinione pubblica quanto quella degli esperti di bioetica, si è estesa a tutte le applicazioni.

In particolare una desta particolari controversie: quella legata alla produzione degli alimenti.

Ciò dipende dalla mancata comprensione della chiara utilità sociale degli alimenti biotecnologici, ma anche da una percezione dei rischi incrementata dai molti scandali avvenuti, soprattutto in Europa, proprio nel settore agroalimentare: ultimo dei quali, la cosiddetta sindrome della "mucca pazza" (Encefalopatia spongiforme bovina o Bse).

L'opinione pubblica, quindi, non sembra avere fretta di sfruttare le nuove scoperte scientifiche se non dopo essersi assicurata di non correre rischi e dopo averne chiarito l'utilità sociale.

1) Possibili benefici delle biotecnologie in agricoltura e nell'alimentazione umana

Le colture geneticamente modificate potrebbero esercitare un potere positivo sull'ambiente.

Ad esempio la riduzione dell'uso di erbicidi, come nel caso della soia resa resistente al glifosfato, il quale normalmente oltre alle erbe infestanti elimina anche le piante coltivate; la riduzione dell'uso di insetticidi, alcune varietà di mais, cotone e patata sono state rese resistenti agli insetti, in quanto sono in grado di produrre da sole sostanze insetticidiche. Un altro esempio è quello del gene Bacillus thuringensis che inserito in una pianta (tramite la tecnologia del DNA ricombinante) le permette di produrre una proteina tossica contro le larve di alcuni insetti nocivi; e infine una minore erosione del suolo, l'utilizzo di varietà resistenti agli erbicidi consente agli agricoltori di seminare direttamente sul terreno con una lavorazione molto leggera portando a una riduzione dell'erosione del suolo del 90% che prima era dovuta ad un'aratura troppo pesante.

Per quanto riguarda l'alimentazione umana, le biotecnologie presentano la prospettiva di creare cibi più sani e nutrienti.

Oltre agli OGM usati come ingredienti veri e propri (farine, ecc.), sono possibili anche altri utilizzi per gli organismi geneticamente modificati quali: gli additivi che migliorano le qualità organolettiche, la durata o le proprietà nutritive degli alimenti; gli aromi prodotti sfruttando enzimi o cellule microbiotiche intere; gli addensanti e gli stabilizzanti, prodotti che modificano la consistenza o la conservazione dei cibi; e infine i dolcificanti, ottenuti in laboratorio da batteri e lieviti ingegnerizzati da un gene specifico.

I vantaggi delle biotecnologie alimentari riguardano, però, più i produttori che i consumatori.

Tuttavia, gli esperti del settore prevedono che con il progresso delle ricerche entro pochi anni sarà possibile ottenere una seconda generazione di prodotti transgenici: i cosiddetti cibi funzionali caratterizzati da qualche forma di miglioramento qualitativo (come un contenuto aumentato di vitamine, o di fibre o di grassi), o addirittura cibi dotati di proprietà terapeutiche.

Un altro settore della ricerca riguarda lo sviluppo di varietà arricchite di micronutrimenti, sostanze che l'organismo non può produrre e che possono essere presenti solo in piccole quantità.

Un primo risultato è stato ottenuto con il cosiddetto golden rice, creato all'interno dell'Istituto federale di tecnologia di Zurigo.

Si tratta di una nuova varietà di riso ingegnerizzato contenente al suo interno il betacarotene (vitamina A), grazie all'inserimento nel genoma di quattro geni che codificano le proteine necessarie alla sintesi biochimica del betacarotene tramite la tecnologia del DNA ricombinante.

L'obiettivo del progetto sarebbe di ambientare questa varietà in zone povere, dove soprattutto i bambini soffrono di una carenza cronica di vitamina A, che induce la cecità e la morte.

Tuttavia, anche in questo caso si sono registrate alcune polemiche: è stato obiettato, per esempio, che per assicurare il quantitativo necessario di vitamina A una persona dovrebbe ingerire 3,7 kg di golden rice al giorno (che la cottura, distruggendo parte del betacarotene, farebbe aumentare a 9).

Forse per questo motivo, questa nuova varietà di riso non ha avuto uno sviluppo commerciale.

Oltre a questo riso, la ricerca punta ad ottenere molte altre piante con valori nutrizionali aggiunti o viceversa con caratteristiche antinutrizionali ridotte.

L'ingegneria genetica offre opportunità inedite alla nutriceutica (la scienza delle sostanze nutrienti e della loro azione fisiologica e terapeutica) attraverso miglioramenti nei caratteri qualitativi della specie che sono alla base della dieta, i cereali e le leguminose, ottenibili non solo attraverso la tecnologia del DNA ricombinante, ma mediante una vasta gamma di tecniche biotecnologiche.

Una frontiera interessante è rappresentata, inoltre, dai cosiddetti "nutrafarmaci", piante transgeniche con un valore farmaceutico, ossia in grado di produrre vaccini contro svariate malattie (epatite B, rabbia, colera e diversi virus).

Sono già state messe a punto varietà di tabacco e di patata contenenti una proteina in grado di scatenare la produzione di anticorpi contro le infezioni intestinali provocate dal batterio Escherichia coli.

Questa prospettiva viene presentata come capace di offrire gli strumenti per curare le infezioni letali diffuse nel Sud del mondo come la dissenteria.

Il vantaggio rispetto ai vaccini tradizionali è che le piante-vaccino potrebbero essere coltivate sul posto e si eviterebbero i problemi logistici ed economici legati alla necessità di trasportare i preparati tradizionali per lunghe distanze.

Inoltre, essendo commestibili, non richiederebbero l'uso di siringhe, che possono provocare infezioni.

2) Possibili rischi per l'ambiente e la salute umana

A fronte dei benefici promessi, non bisogna trascurare la possibilità che l'introduzione delle biotecnologie in agricoltura si traduca in una serie di danni all'ambiente:

• Deriva genetica: uno dei rischi maggiormente sottolineati a proposito del rilascio nell'ambiente di piante geneticamente modificate è che l'informazione genetica estranea venga trasferita a piante selvatiche "imparentate".

In questo modo tali organismi selvatici potrebbero diventare più competitivi.

Nel caso di erbe infestanti, ciò potrebbe avere innanzitutto gravi conseguenze in termini di semplificazione degli ecosistemi e perdita di biodiversità.

In secondo luogo si potrebbero creare nuovi ceppi di erbe infestanti su cui gli erbicidi non avrebbero più effetto, diventando così, una minaccia per i raccolti.

• Sviluppo di resistenze: uno dei timori più diffusi è che gli insetti nocivi, contro i quali le piante vengono dotate di resistenza genetica, sviluppino una resistenza a molecole insetticidiche, diventando praticamente invincibili.
• Danni ad insetti utili: il polline di mais Bt (mais resistente alle larve grazie al gene che codifica per la tossina del Bacillus thuringensis) risulta letale anche per le piante di altri insetti che non dovrebbero affatto essere il bersaglio dell'insetticida naturale.

È risultato, infatti, che intorno al campo del mais transgenico quasi la metà dei bruchi di farfalla che si nutrivano di foglie impolverate di questo polline morivano a causa dell'ingestione della tossina batteria.

• Erosione genetica: uno dei punti più controversi riguarda gli effetti delle biotecnologie agricole sulla diversità genetica e in particolare su quella di interesse agricolo.

Se da un lato le tecnologie genetiche potrebbero contribuire a rendere più efficaci le tecniche di conservazione e a valorizzare la diversità biologica, dall'altro l'intensificazione del processo dell'agricoltura, con la tendenza a diffondere le monocolture e il successo commerciale di pochissime varietà, contribuirebbero a impoverire  ulteriormente la base genetica dell'agricoltura.

Per quanto riguarda i rischi che gli OGM potrebbero provocare alla salute umana, questi sono potenzialmente legati al consumo di alimenti che contengono DNA ricombinante.

Il DNA persiste nell'intestino e i batteri sono in grado di trasferirlo nel loro corredo genetico.

In questo modo è possibile che si vengano a creare nuovi ceppi patogeni resistenti agli antibiotici e in grado di trasferire questo carattere all'esterno.

Il fatto di incrociare fra loro specie diverse, grazie all'utilizzo delle tecniche biotecnologiche, ha come possibile conseguenza una sorte di "mimetizzazione" delle sostanze a cui il consumatore sa di essere allergico e che quindi eviterebbe di consumare consapevolmente.

Il problema è che in questi casi egli non è cosciente di consumare un prodotto per lui pericoloso, se questo non è accompagnato da un'adeguata informazione come un'apposita etichetta.

Un altro aspetto che non si può dare per scontato è l'assenza di differenze a livello nutrizionale tra gli alimenti GM e i loro omologhi convenzionali.

Qualche differenza, ovviamente, è sempre presente: il problema è quale significato attribuirle.

Le case produttrici sono tenute per legge ad esaminare le differenze presenti nelle nuove varietà GM, ma in genere, concludono che si tratta di una variabilità non superiore a quella dovuta a diversi metodi di selezione o a diverse condizioni ambientali.

È bene dire comunque che, nel complesso, nessuno degli studi finora condotti ha confermato l'esistenza di rischi sanitari significativi.

Ciononostante, allo stato attuale delle conoscenze non pare possibile escludere definitivamente l'assenza di tali rischi e pare opportuno continuare a valutarne la consistenza in relazione a ogni singolo nuovo cibo biotecnologico.

2) BIOTECNOLOGIE in campo VETERINARIO

La tecnologia del DNA ricombinante che permette di isolare, clonare e sequenziare geni umani, animali e vegetali, rappresenta oggi un eccezionale strumento di conoscenza per la ricerca di base, per l'agricoltura e per la medicina.

Grazie a queste tecnologie è oggi possibile trasferire geni da un organismo all'altro trasformandolo con relativa facilità.

Negli anni '70 Brinster produsse, combinando insieme due embrioni di ceppo diverso, il primo topo di laboratorio chimerico.

La biologia dello sviluppo e la nascente ingegneria genetica fecero il resto, portando allo sviluppo delle tecniche di transgenesi e alla creazione del primo topo transgenico.

La definizione di "animale transgenico" è andata evolvendo di pari passo con le nuove scoperte genetiche.

Il termine fa riferimento ad un animale in cui è stata indotta una deliberata modificazione del genoma in contrasto con le mutazioni spontanee.

La definizione più recente afferma che per "transgenici" si intendono: "Cellule o organismi contenenti sequenze di DNA clonato (transgene) nel loro codice genetico, trasferire utilizzando tecniche di ingegneria genetica come le tecniche di trasferimento e di sostituzione dei geni".

Per gli animali da laboratorio di questo tipo, le applicazioni sono finalizzate a: creazione di modelli animali per lo studio di patologie umane; studio della funzione di geni responsabili dello sviluppo e del differenziamento; modelli animali per saggi di cancerogenesi e tossicologia; studi di terapia genica.

Questi animali, opportunamente programmati, consentono la produzione di proteine in modo migliore rispetto a sistemi alternativi contribuendo alla produzione di farmaci.

1) Problemi di carattere etico inerenti all'utilizzo di animali trangenici

Per quanto riguarda la transgenesi applicata agli animali sperimentali, si rilevano delle problematiche di carattere morale e legislativo.

Gli aspetti più rilevanti da sottolineare sono:

a)     Il possibile effetto della trangenesi sugli animali;

b)     La salvaguardia della salute umana e animale;

c)     L'impatto ambientale.

Dal punto di vista tecnico di benessere animale, ogni ceppo geneticamente modificato dovrebbe essere confrontato con quello non modificato, in modo da poter osservare eventuali differenze che riguardano gli aspetti fisiologici, anatomici, comportamentali, di crescita, riproduzione e longevità degli animali.

Se si parla di valutazione etica del trattamento di animali transgenici bisogna, però, anche citare i due principali criteri che, nella creazione e nel trattamento degli animali trangenici, dovrebbero essere presi in causa.

Questi criteri furono portati avanti dal filosofo Bernard Rollin e dall'etologo Mark Bekoff.

Secondo Rollin, il primo criterio da adottare, in relazione alla creazione di animali transgenici, è quello della "conservazione del benessere": un modello animale può considerarsi moralmente accettabile finché l'animale modificato geneticamente non subisca una perdita di benessere in relazione al suo omologo non modificato.

La condizione di questi animali è particolare perché i cambiamenti complessivi indotti dalle modificazioni genetiche sono spesso sconosciuti: ignoranza che rende difficile valutare il benessere dell'animale.

Il criterio etico suggerito da Bekoff integra il principio di mantenimento del benessere proprio per quanto riguarda la difficoltà di valutare queste situazioni di incertezza.

Laddove non sia chiaro se l'animale modificato geneticamente sia sofferente, Bekoff suggerisce di applicare alla situazione di sofferenza il principio di precauzione che si traduce nell'intervento che eviti il danno anche prima che questo sia da considerarsi certo.

La riflessione responsabile sulla realizzazione e sull'impiego di animali trangenici si apre anche a posizioni più radicali verso le biotecnologie animali.

Se si accetta l'argomento secondo cui gli animali sono dotati di dignità intrinseca, ogni manipolazione del patrimonio genetico risulta moralmente inaccettabile.

2) Gli xenotrapianti

L'insufficiente reperibilità di organi e tessuti umani e le prospettive ancora lontane di rendere disponibili metodiche alternative hanno indotto a focalizzare l'attenzione negli ultimi anni sugli xenotrapianti, definiti come "ogni procedura che comporti l'uso di cellule vive, tessuti e organi provenienti da un animale non-umano, e trapiantati o impiantati in un essere umano", ma ora estesi anche a "fluidi, cellule, tessuti e organi umani che abbiano avuto un contatto ex vivo con cellule, tessuti, organi non-umani vivi".

La ragione principale dell'attenzione che gli xenotrapianti stanno ricevendo dipende dal fatto che in essi si ravvisa una possibile soluzione alternativa alla carenza agli organi umani per i trapianti.

Tuttavia, molti problemi rimangono ancora aperti.

Vi è innanzitutto il problema scientifico in senso stretto, legato principalmente al rigetto dell'organo.

Tale fenomeno acquista una particolare intensità quando il trapianto avviene tra individui di specie diverse.

Il secondo grave problema scientifico consiste nella potenziale trasmissione di agenti patogeni da una specie all'altra, e nel rischio di scatenamento e di diffusione di patologie o epidemie xenogeniche.

Le questioni bioetiche più complesse riguardano le modalità di consenso informato del paziente e il bilanciamento tra benefici individuali e rischi per la collettività.

Si discute del significato e della legittimità che si può attribuire ad un consenso informato relativo a rischi non sufficientemente definibili e prospettabili.

Quale informazione si comunica al paziente, se gli stessi ricercatori non conoscono i rischi connessi allo xenotrapianti? E a che cosa gli si chiede di consentire? il paziente di fatto prende una decisione che coinvolge la sua vita senza effettivamente conoscere i rischi a cui va incontro.

3) La clonazione animale

Il primo successo documentato nella clonazione di animali vertebrati risale al 1952, quando due ricercatori americani, Robert Briggs e Thomas King, inserirono nuclei di pre-embrioni di rana in ovociti di rana non fecondati privati del proprio nucleo.

È solo nel 1997 che la parola clonazione diviene improvvisamente nota in ogni parte del mondo, quando "Nature" pubblica un articolo in cui si annuncia la nascita di una copia geneticamente identica di una pecora adulta: Dolly.

Negli anni seguenti le sperimentazioni seguirono su altri animali.

L'interesse per la clonazione animale si lega a specifici impieghi, che riguardano sia la medicina umana e veterinaria sia il settore della zootecnia.

I possibili usi degli animali clonati includono: il miglioramento delle conoscenze genetiche animali e umane; la realizzazione di modelli animali per lo studio di malattie per la sperimentazione farmacologia; la creazione di animali come fonte di organi e tessuti per gli xenotrapianti; il miglioramento di alcune caratteristiche genetiche degli animali da riproduzione; la produzione a basso costo di proteine o sostanze per uso nutritivo o terapeutico.

3) BIOTECNOLOGIE in campo MEDICO

Per "tecniche di riproduzione assistita" si intende qualunque metodica che preveda un intervento sui gameti al fine di indurre una gravidanza.

Le tecnologie riproduttive sono state uno dei primi temi bioetica, sia per l'impatto che esse hanno avuto sulla società per le nuove possibilità di scelta che esse mettevano a disposizione degli individui, sia perché in quasi tutti i Paesi sono state uno dei primi ambiti in cui il diritto è intervenuto sulla bioetica.

Il 25 luglio 1978 nasceva vicino a Manchester, in Gran Bretagna, Louise Joy Brown, la prima bambina concepita attraverso fecondazione "in vitro".

Questo evento venne immediatamente concepito come epocale, sia perché esso portava al superamento del problema della sterilità e della trasmissione di patologie genetiche al nascituro, sia perché esso modificava l'idea stessa di genitorialità.

Non sono però mancate le critiche legate ai rischi.

Le percentuali di successo non sono elevatissime, i costi di tali tecniche sono molto elevati, le donne sono sottoposte ad una serie di procedure più o meno invasive, l'ipertimolazione ovarica a lungo andare potrebbe provocare l'insorgere di alcune patologie ed esiste un'elevata possibilità di gravidanze plurime, con problemi sia per la donna che per i nascituri.

Altre tipologie di obiezioni, legate al pensiero conservatore o a prospettive religiose, hanno contestato il carattere innaturale della riproduzione assistita, la separazione del sesso della procreazione, la partecipazione di soggetti estranei alla coppia come donatori di gameti.

L'opposizione della Fivet (fecondazione "in vitro") ha riguardato anche il problema dalla destinazione degli embrioni sovrannumerati.

Nel tentativo di rendere la tecnica più efficace vi è stata la tendenza a fecondare più ovociti di quelli che sia impossibile reimpiantare, sia per evitare di ripetere l'intera procedura in caso di fallimento nel primo tentativo di gravidanza, sia per estendere la possibilità di scegliere gli embrioni sani.

Vi sono, però, anche altre forme di opposizione.

Il pensiero femminista si è soffermato sulle possibilità che le nuove pratiche riproduttive non portino ad una maggior autonomia per le donne, ma ad una forma di abuso e sfruttamento di queste.

I sostenitori delle tecnologie riproduttive, al contrario, sottolineano la possibilità di estendere i diritti non soltanto delle coppie, ma anche dei singoli ad avere figli, non solo laddove si verifichino situazioni di sterilità o patologie a trasmissione ereditaria, ma anche come diritto alle scelte riproduttive e ad un diverso modo di procreare.

1) Gli embrioni

Il problema del trattamento etico e giuridico dell'embrione nasce come conseguenza delle pratiche di riproduzione in vitro, che conducono alla fertilizzazione di un numero di ovociti superiore a quelli suscettibili da impianto.

Nel 1998, durante una conferenza dell'Unione Europea, furono messe in evidenza le differenze di atteggiamento etico e giuridico dei Paesi membri.

Le legislazioni di questi Stati differiscono in modo considerevole nel determinare quando la vita abbia inizio e nel definire la nozione di persona.

Tre sono le principali posizioni sostenute sullo statuto morale e giuridico dell'embrione.

Secondo la prima teoria, agli embrioni deve essere riconosciuto lo stesso statuto morale di ogni essere umano; in base alla seconda, l'embrione non è un essere umano e non può godere di tale tutela morale; stando alla terza tesi, l'embrione si trova in una situazione intermedia e dovrebbe essergli accordata una posizione relativa.

Gli argomenti, connessi all'ipotesi dell'uguale statuto tra esseri umani ed embrioni, si fondano sulla tesi "concezionalista", la quale afferma: "L'essere umano è tale fin dal suo concepimento".

2) Cellule staminali e clonazione

La ricerca sulle staminali, cellule non specializzate che non si sono ancora differenziate in uno specifico tipo di tessuto, è una della aree più promettenti delle biotecnologie; essa offre la prospettiva di sviluppare metodi nuovi in grado di riparare tessuti o sostituire cellule danneggiate da lesioni o patologie, arrivando così a curare la malattie degenerative e tutte le patologie che causano danni non guaribili degli organi e dei tessuti.

La scienza medica, infatti, per ora, può fare gran poco contro alcune malattie quali il morbo di Parkinson e l'Alzheimer ma la ricerca potrebbe portare un prezioso contributo, fino ad arrivare, in un futuro prossimo, a curare queste e altre malattie mortali.

2.1) Origine delle cellule staminali

All'atto della fecondazione, la fusione dello spermatozoo con la cellula uovo dà origine allo zigote, cellula totipotente capostipite di tutte quelle che comporranno l'individuo adulto.

Da questa cellula generatrice si genereranno quelle staminali, che durante la formazione dell'organismo, creeranno cellule sempre più differenziate.

Il loro compito sarà quello di generare cellule mature del tessuto in cui risiedono, partecipando al loro accrescimento fino al raggiungimento del pieno sviluppo dell'organismo.

Al termine del processo avranno assunto la loro specifica funzione.

2.2) Impieghi terapeutici

Sebbene la ricerca si trovi ancora agli inizi, queste cellule trovano già da tempo impieghi terapeutici.

Nei malati di leucemia il trapianto di midollo osseo è, in effetti, un trapianto di cellule staminali che hanno il compito di formare le cellule del sangue.

Anche il rivestimento di ustioni o di altre lesioni con lembi di pelle dello stesso paziente è di fatto un trapianto di cellule staminali presenti alla base dell'epidermide.

Risultati promettenti sono stati ottenuti nella cura del diabete: da cellule staminali embrionali e adulte sono state ricavate le isole pancreatiche (cellule che producono l'insulina del pancreas), che potrebbero portare alla cura cellulare di questa malattia.

2.3) Aspetti etici

Lo stretto intreccio tra clonazione e ricerca sulle cellule staminali è all'origine di molti dei problemi e di limiti che sono stati imposti in diversi paesi all'utilizzo di queste cellule, se provenienti da embrioni umani.

La clonazione umana, infatti, è fonte di inquietudini e anche simbolicamente ha spesso rappresentato l'estrema prova della potenza e del pericolo delle scienze biologiche.