L'INGEGNERIA GENETICA E LE BIOTECNOLOGIE

L'ingegneria genetica è l'insieme di tecniche che consentono di modificare le caratteristiche genetiche degli organismi. Le biotecnologie, applicando l'ingegneria genetica per la creazione di organismi viventi dal DNA modificato ottengono la produzione di farmaci a basso costo, permettono diagnosi prenatali di malattie genetiche, aiutano ad evidenziare tumori non diagnosticabili con i metodi tradizionali, possono stimolare le difese immunitarie, hanno consentito di creare nuovi modelli animali per lo studio di molte malattie e per la sperimentazione di nuove cure.

Ma prima di soffermarci ulteriormente sulle molteplici applicazioni delle biotecnologie è utile vedere come si ottiene un organismo modificato:

Si identifica, in cellule donatrici, il materiale genetico che si vuole trasferire

Questo viene tagliato in punti precisi mediante l'uso di enzimi di restrizione

Infine viene congiunto al patrimonio genetico del ricevente mediante enzimi ligasi oppure affidato a plasmidi (vettori molecolari) che lo trasferiscono nell'organismo ricevente.

In concreto è possibile, per esempio, creare una pianta resistente ai parassiti prelevando da un batterio un gene che codifica una proteina "insetticida" e trasferendolo ad un altro batterio innocuo. Con quest'ultimo si infettano le piante che diventano, a loro volta, resistenti agli insetti.

BIOTECNOLOGIE E MEDICINA: TERAPIA GENICA, BIOFARMACI, BIOVACCINI

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:

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.

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, è il caso del virus RABORAL V-RG vaccino vivo antirabbia, per somministrazione via orale, destinato alle volpi, contenuto in esca (questo vaccino è gia immesso sul mercato dal 19/10/1993, approvato dalla commissione U.E.).

(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.

Un unteriore esempio sono le malattie da accumulo lisosomiale, malattie di origine genetica dovute a deficit enzimatici specifici, nella maggior parte di queste è ipotizzabile la terapia attraverso l'immissione endovenosa dell'enzima mancante. In questo modo è possibile migliorare sensibilmente la qualità della vita dei pazienti, ma l'obiettivo è quello di riuscire ad agire sul gene malato per sconfiggere definitivamente la malattia.

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. Alcuni esempi di biofarmaci sono Interferon-alfa-2° usato per combattere il cancro e alcune infezioni virali, G-CSF per trattare la chemioterapia tumorale e OKT3anti CD3 per vincere il rigetto dei trapianti.

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.

BIOTECNOLOGIA E ANIMALI TRANSGENICI, CLONAZIONE

ANIMALI TRANSGENICI: 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.

BIOTECNOLOGIE E AGRICOLTURA: PIANTE TRANSGENICHE

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:

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.

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, creato dalla ditta svizzera Novartis approvato all'inserimento sul mercato dalla commissione U.E. il 23/01/1997, è stato reso resistente alla piralide, una farfalla che distrugge fino al 20% del raccolto, oltre che all'erbicida glufosinato-ammonio. Questo mais contiene estratti di un microrganismo (bacillus thurigensis), che ordinano alle piante di produrre una tossina insetticida (tecnica del Dna ricombinante). Recenti studi effettuati dall'istituto di Entomologia agraria dell'Università di Milano dimostrano che la tossina colpisce solo la piramide non uccidendo gli insetti "innocenti". Un altro di questi potrebbe essere il cotone sviluppato dalla ditta Monsanto, si autoprotegge dagli insetti, assicura alla pianta protezione dagli attacchi dei lepidotteri durante tutto il ciclo vegetativo.

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, è ad esempio il caso di un cotone sviluppato dalla monsato, già in utilizzo negli U.S.A., questo cotone è in grado di tollerare il diserbante Roundup.

Prodotti organici, quindi meglio biodegradabili, con caratteristiche simili a prodotti inorganici. E' stata infatti creata sempre dalla Monsanto, una delle più grandi multinazionalidell'ingegneria genetica agroalimentare un vegetale geneticamente modificato in modo da produrre  una plastica di nuova generazione, che si disperde facilmente nell'ambiente. Gli scienziati hanno trasformato comunissime piante di crescione (pianta erbacea palustre-acquatica con fiori bianchi e foglie di apore piccante che si mangiano in insalata)di colza in vere e proprie fabbriche biologiche. Il prodotto è una plastica altamente degradabile, ottima per sostituire il materiale convenzionale e salvare mari e campagne dagli indistruttibili residui del nostro consumismo. Il raccolto, per adesso, è ancora limitato e ci vorranno almeno altri dieci anni prima che la plastica al cento per cento biodegradabile venga commercializzata. La bio-plastica, rispettosa dell'ambiente e non più derivata da una risorsa finita come il petrolio. Una ricerca simile era già stata portata a termine, infatti erano stati trovati dei ceppi batterici in grado di sviluppare una plastica. I risultati non furono però incoraggianti in quanto il prodotto risulto 3/4 volte più costoso dell'attuale prodotto e troppo fragile.

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%.

=Resistenti ai parassiti (57%)

2=Resistenti ai virus (14%)

3=Resistenti ai diserbanti (31%)

4=Caratteristiche nutrizionali migliorate (1%)

I CONTROLLI PER LA SICUREZZA

Le piante transgeniche per essere ammesse sul mercato devono dimostrare di comportarsi come quelle tradizionali, di produrre semi e frutti sostanzialmente equivalenti a quelli di sempre e di non comportare rischi per l'ambiente. Finora l'U.E. ha approvato 16 organismi geneticamente modificati che hanno già superato severi controlli negli U.S.A. Inoltre l'U.E, per controllare l'impiego e la commercializzazione dei prodotti ottenuti con l'ingegneria genetica, nel 1990 ha emesso due direttive, recepite anche dall'Italia. La prima stabilisce misure di sicurezza per l'uso di microrganismi modificati in laboratori, serre, impianti industriali. La seconda ha lo scopo di proteggere la salute umana e l'ambiente nei confronti dell'uso in campo di pesticidi e sementi ottenuti con l'ingegneria genetica. L'U.E. ha autorizzato la produzione e la vendita di alcune varietà di soia transgenici.

L'Italia ha approvato la costituzione di un comitato scientifico presso la presidenza del consiglio dei ministri definito "comitato nazionale per la biosicurezza e le biotecnologie". Questo ha lo scopo di valutare e controllare i rischi di agenti biologici, esprimere pareri sugli atti legislativi per il recepimento nazionale delle direttive europee, curare informazione e diffusione delle conoscenze tecnico-scientifiche sulle biotecnologie. Inoltre ci sono presso il Ministero della Sanità numerosi comitati internazionali che valutano e autorizzano l'uso di organismi geneticamente modificati, analoghi comitati sono stati istituiti in molte nazioni europee.

L'U.E. ha ammesso la commercializzazione e l'importazione di mais e soia modificati che possono essere mescolati con mais tradizionali. Queste miscele vengono poi avviate alle aziende che le usano come ingrediente per molti prodotti alimentari. Un'analisi della rivista Altroconsumo ha rivelato che su 42 prodotti sul mercato 4 contengono soia transgenica: due tipi di bistecca di soia, una crema di legumi per bambini, una lecitina.

LE BIOTECNOLOGIE E L'AMBIENTE

La biotecnologia ambientale è la disciplina che studia l'applicazione di sistemi e processi biologici al trattamento e allo smaltimento dei rifiuti. Sono già stati sviluppati numerosi processi biotecnologici per il trattamento efficiente dei rifiuti solidi, liquidi e gassosi. Ultimamente gli sforzi si sono concentrati sull'ottimizzazione dei processi, quindi non sono più tollerati metodi scarsamente efficienti o che si limitano a trasformare un problema in un altro. E' il caso, ad esempio, delle nitrosammine, composti cancerogeni che si formano per la reazione tra ammine organiche e ossido nitrico operata da alcuni microrganismi. I nuovi processi biotecnologici sono progettati in modo da non creare alcun rischio per la sicurezza ambientale. Nelle comunità urbane, dove si hanno le maggiori concentrazioni di rifiuti nocivi, sono stati messi a punto efficienti sistemi per la raccolta e lo smaltimento dei rifiuti, contribuendo al miglioramento di salute e di benessere nei paesi più sviluppati.

Questi sistemi sono vari e differenti, alcuni esempi potrebbero essere: pozzi neri, fosse settiche, depuratori, impianti a letto di ghiaia, ai sistemi con filtri a percolazione (operazione di filtrazione o di separazione di componenti di una miscela liquida, attuata facendola passare attraverso spessi strati di materiale solido) e a funghi attivi, abbinati a processi di digestione anaerobica (digestione in assenza di ossigeno). L'efficienza di questi bireattori dipende dalla versatilità metabolica di popolazioni microbiche miste.

Le principali materie impiegate in dette trasformazioni sono:

idrolizzati di amido, cellulosa ed emicellulosa (polisaccaride che costituisce uno dei componenti delle pareti delle cellule vegetali e uno dei materiali di riserva delle piante)

substrati zuccherini sintetici e complessi

diversi tipi di scarichi idrici la frazione organica dei rifiuti solidi urbani ed agroindustriali

gas inquinanti da sostanze organiche

acidi ed alcoli ( composti organici di formula generale R-OH, dove R è un qualsiasi gruppo alchilico, cioè un idrocarburo in cui gli atomi di carbonio formano un triplo legame, ad esempio l'acetilene) organici.

I principali biocatalizzatori impiegati sono:

cellule attive o liofilizzate di lieviti, fanghi e batteri in sospensione o in biofilm

enzimi immobilizzati e consorzi

microbici eterogenei quali quelli presenti in impianti di biofiltrazione, di depurazione o digestione.

 I principali prodotti ottenuti sono:

etanolo

xilitolo

2,3-butandiolo

idrogeno

sciroppi di fruttosio

biogas

esteri (derivati degli acidi carbossilici, acidi organici composti dal gruppo funzionale carbossilico -COOH, ottenuti per sostituzione del gruppo ossidrilico, OH, con il gruppo alcossilico -OR) ed acidi organici.

 I principali bioprocessi sono:

fermentazione alcolica

fermentazione acida mista (produzioni di 2,3-butandiolo e idrogeno)

digestione anaerobica

biorimozione di metalli

produzione di xilitolo

diffusione attraverso biofilm

biofiltrazione.

LA BIODIVERSITÁ PUÓ ESSERE DANNEGGIATA? LE BIOTECNOLOGIE SONO REALMENTE UTILI?

Per "biodiversità" si intendono tutte quelle differenze all'interno della stessa specie che la preservano dall'estinzione. Se per esempio, un virus uccidesse una varietà di maiali, la razza dei maiali non correrebbe pericolo d'estinzione perché ci sarebbero molte varietà di maiali che sopravviverebbero.

Negli ultimi 40 anni sono scomparse circa 2000 razze di interesse zootecnico e attualmente circa il 20% di quelle esistenti è a rischio. Questa tendenza si potrebbe aggravare secondo gli ambientalisti con la diffusione di piante e animali transgenici che, grazie alle loro elevate qualità produttive, verrebbero preferite a quelle normali.

Ma l'ingegneria genetica potrebbe anche risolvere questo problema: la Convenzione Internazionale sulla biodiversità del 1992 prevede che siano organizzate delle banche. Geni in cui conservare il patrimonio genetico delle specie in via d'estinzione.

In conclusione è l'ingegneria genetica e le sue applicazioni potrebbero migliorare considerevolmente la vita dell'uomo, ma anche provocare danni incalcolabili all'ambiente e alla salute.

Esistono tuttavia pareri contrari ad esempio Domitilla Senni, direttore di Greenpeace dichiara: 'Finora, gli organismi geneticamente modificati non hanno in nessun modo mostrato di essere una soluzione alla fame nel mondo. Incrementare la produttività non aumenterà la disponibilità del cibo laddove attualmente manca. Questa politica porterebbe semplicemente a una più alta concentrazione delle rese nelle mani di pochi, al monopolio e all'impoverimento degli agrosistemi'. A Sostegno delle sue tesi la Direttrice di Greenpeace porta come prova una recente indagine della FAO sulla sicurezza alimentare 'Agricoltura: verso il 2015/30' pur escludendo gli organismi geneticamente manipolati, conclude che la produzione alimentare continuerà a crescere nei prossimi trent'anni e supererà la crescita demografica. Il rapporto conferma che le vere cause della fame e della malnutrizione derivano dalla povertà e dall'accesso alle risorse alimentari, due aspetti che i cibi transgenici non affrontano. Si ricorda che il 78% dei bambini malnutriti delle zone in via di sviluppo vive in Paesi che godono di un surplus alimentare.

Greenpeace riporta i fatti venuti alla luce in un recente vertice a Le Hague dove rappresentanti di Stati Uniti, Canada, Giappone e Australia si sono uniti per discutere sui loro impegni di riduzione di CO , riguardante quindi l'effetto serra, presi nel 1997. Dopo questo vertice emerge l'intenzione di ridurre l'emissione di anidride carbonica utilizzando alberi geneticamente manipolati perché crescano più in fretta. L'associazione Greenpeace è dubbiosa sulla reale efficacia di questi metodi, affermando: "Il problema però è che il carbonio viene immagazzinato prevalentemente durante la crescita dell'albero, e quindi nessuno pensa a proteggere le foreste esistenti, ma a creare immense piantagioni di eucalipti, alberi a crescita rapida o alberi geneticamente modificati [.] Il sistema adottato non rappresenta affatto una garanzia: una volta cresciuto, l'albero deve essere abbattuto per lasciare posto ad una nuova pianta in crescita. Se il legno viene bruciato, o comunque degradato (per esempio attraverso la produzione di carta) in poco tempo tutto il carbonio accumulato ritornerà in circolazione. [.] L'immissione di alberi transgenici rischia di mettere a repentaglio la biodiversità anche nelle aree non coinvolte dalle piantagioni. Diverse piante che dovevano essere sterili hanno regolarmente prodotto polline, altre hanno mostrato caratteristiche inattese. Questi nuovi soggetti rischiano di provocare turbolenze impreviste se dovessero moltiplicarsi negli ecosistemi delle foreste."

Emergono quindi moltissimi dubbi riguardanti le Biotecnologie a partire dall'utilità di esse, ai problemi di tipo etico-morale, alla pericolosità delle conseguenze dell'inserimento nell'ecosistema di organismi diversi da quelli presenti. E' quindi necessario utilizzare una certa prudenza nell'applicazione delle biotecnologie. Bisogna comunque considerare questo come uno dei più affascinanti e produttivi campi su cui compiere delle ricerche.