Le biotecnologie

Le biotecnologie

La biotecnologia è una branca della biologia riguardante «l'utilizzo di esseri viventi al fine di ottenere beni o servizi utili al soddisfacimento dei bisogni della società», ma anche l'applicazione e lo studio di qualunque tecnologia sviluppata o sviluppabile dall'uomo al campo della biologia.Le conquiste della biologia nell’ambito delle ricerche sul DNA e i successi dell’ingegneria genetica inducono a distinguere tra biotecnologie tradizionali (o convenzionali) e biotecnologie moderne (o avanzate).

Biotecnologie tradizionali

Biotecnologie innovative

Biotecnologie tradizionali

Le biotecnologie tradizionali si basano sull'impiego di organismi selezionati tra quelli già disponibili in natura. Esse includono tutte quelle tecnologie produttive utilizzate da millenni e si riferiscono, in particolare, all’utilizzo di organismi viventi quali batteri, lieviti, cellule vegetali o animali. Sono esempi di biotecnologie tradizionali il latte trasformato in formaggio e il succo d’uva trasformato in vino. Il loro uso risale a quando non si aveva alcuna cognizione né della biologia, né tanto meno della biotecnologia. Altri esempi di biotecnologie tradizionali sono la produzione delle prime bibite alcoliche nel 6000 a.C., la produzione del pane e della birra nel 4000 a.C. e la produzione di formaggio e yogurt nel 3000 a.C.

Le biotecnologie

Biotecnologie moderne

Le biotecnologie moderne sono l'evoluzione delle biotecnologie tradizionali, permettono di ottenere organismi con le caratteristiche desiderate modificando i singoli geni. Risalgono alla metà del XX secolo quando, nel 1928, il medico britannico Frederick Griffith, sperimentando un vaccino contro lo streptococco responsabile della polmonite, osservò che questi microrganismi sono in grado di acquisire e mantenere “materiale ereditario” derivante da altri batteri e di trasformarsi. Da quel momento, in tutto il mondo i ricercatori si impegnarono a identificare cosa ci fosse alla base di quel misterioso “fattore trasformazione”.L’OCSE – Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico, distingue le biotecnologie moderne in quattro macro aree (farmacologia, medicina e diagnostica; agricoltura, veterinaria e zootecnia; bioindustria e ambiente), Ogni settore presenta varie branche.

DNA ricombinante

Il clonaggio

Le clonazioni

Le biotecnologie

Branche delle biotecnologie moderne:

Biotecnologie marine

Biotecnologie mediche

Biotecnologie legali ed etiche

Biotecnologie agrarie

Biotecnologie divulgative

Biotecnologie alimentari

Biotecnologie bioterroristiche

Biotecnologie industriali

Biotecnologie bioinformatiche e nanobiotecnologie

Biotecnologie ambientali

Biotecnologie Moderne

Biotecnologie mediche

Più nello specifico, vedono l'applicazione della biochimica, della microbiologia e dell'ingegneria genetica per la produzione di beni e servizi in campo medico-farmaceutico, per la diagnosi e la cura delle malattie. Negli ultimi anni le biotecnologie hanno conseguito traguardi importanti, contribuendo a una diagnosi sempre più precoce e specifica, divenuta di fondamentale importanza per ogni tipo di patologia, ma soprattutto per quelle complesse, per le malattie croniche e per il cancro. L'obiettivo è una più puntuale definizione della diagnosi, avendo così la possibilità di attuare trattamenti medici mirati.

DNA ricombinante

È una porzione di DNA, nella quale è stato introdotto un gene che appartiene a un organismo estraneo, contenente le informazioni necessarie per stimolare (o anche inibire) la produzione di una particolare proteina. Ad esempio, il DNA del mais transgenico Bt che, pur essendo vegetale, contiene un gene del batterio Bacillus thuringiensis. Per effettuare la modifica viene utilizzato un mediatore, un virus, nel quale sono stati inseriti i geni da trasferire, Il virus poi viene introdotto nel nucleo cellulare dell’organismo ricevente.

Biotecnologie Moderne

Il clonaggio

Clonaggio e clonazione

E' quel sistema utilizzato per ottenere molte copie di un tratto di DNA, inserendolo in un ospite mediante l'uso di vettori molecolari. Si divide in quattro tappe:-L’isolamento: di una particolare sequenza di DNA dall'insieme di tutte le sequenze del DNA di un organismo; -l'iserimento: della sequenza di DNA in una cellula ospite tramite l'utilizzo di molecole di DNA trasportatrici -la moltiplicazione delle cellule riceventi; -la selezione delle cellule che effettivamente contengono la sequenza del DNA di interesse.

«Clonaggio» non è il sinonimo di «clonazione»: clonare il DNA significa ottenere molte copie identiche di uno stesso frammento, mentre la clonazione è la produzione di organismi geneticamente identici.

Biotecnologie Moderne

Le clonazioni

Le biotecnologie consentono di ottenere copie geneticamente identiche di organismi animali, sebbene questo richieda un approccio sperimentale più complesso rispetto ai vegetali. Il primo mammifero a essere clonato è stato una pecora, Dolly. Clonata da Ian Wilmut e colleghi del Roslin Institute di Edimburgo nel 1996.La tecnica utilizzata per Dolly è in uso ancora oggi ed è chiamata trasferimento nucleare. Si prelevano alcune cellule dalla mammella di una pecora Finn Dorset (la pecora da clonare ) e si preleva una cellula uovo dalla pecora Scottish Blackface. Prima della duplicazione le cellule della mammella vengono private di nutrienti per bloccare il ciclo cellulare e dalla cellula uovo viene rimosso il nucleo. Poi il nucleo della cellula della mammella e l’uovo anucleato vengono fusi e indotti a dividersi. L’embrione che si sviluppa da questo processo viene trapiantato in una pecora ricevente e nasce una pecora Fin Dorset geneticamente identica alla prima. Grazie a questa tecnica sono stati generati cloni di molti animali dotati di particolari caratteristiche pregiate: dai tori resistenti alle malattie alle capre cashmere. La clonazione animale offre anche l'opportunità di preservare specie in via di estinzione, un passo importante per la scienza e l’evoluzione.

Biotecnologie Moderne

Gli animali transgenici

Le biotecnologie hanno aperto anche la possibilità di generare animali geneticamente modificati, ovvero dotati di geni mutanti (animali transgenici). Un'applicazione molto importante delle biotecnologie è quella che consente di «spegnere» un gene o rimpiazzarlo con una copia modificata in modo da poter studiare la funzione della proteina codificata. I topi GM in cui è soppressa l'espressione di un gene si chiamano “knockout” mentre quelli in cui il gene viene in qualche modo modificato si chiamano “knockin”. Una delle tecniche con cui è possibile operare questa variazione genica si chiama gene targeting. Circa il 99% dei geni del topo ha un omologo umano; anche il metabolismo murino è simile per molti aspetti a quello umano, e questo li rende buoni organismi mo-dello, cioè animali che si possono studiare in laboratorio per poi generalizzare le scoperte ad altre specie, compresi gli esseri umani.

Le tecniche di editing del genoma

Negli ultimi anni sono state ideate nuove tecniche che permettono di inserire con grande precisione un gene in un determinato punto del genoma. L'insieme di queste tecniche, chiamate editing del genoma, può essere sfruttato per interrompere un gene o per inserire un gene esogeno in una posizione specifica, sfruttando i processi naturali di riparazione del DNA nelle cellule in cui avviene un taglio su singolo filamento. Una di queste è la tecnologia CRISPR/Cas9, che deriva da un meccanismo di difesa naturale dai virus scoperto nei batteri. Si è visto, infatti, che nel genoma batterico sono presenti dei frammenti di genomi di antichi virus che in precedenza avevano attaccato la cellula. In caso di successive infezioni, queste sequenze sono trascritte in brevi RNA che hanno una sequenza complementare al genoma virale, ai quali viene accoppiata l'endonucleasi batterica Cas9, il cui gene si trova associato ai loci CRISPR. Appaiandosi alla sua sequenza complementare sul DNA virale, il filamento di RNA funge da guida per portare l'endonucleasi in prossimità del suo bersaglio, causando la digestione del DNA virale. Inserendo e facendo esprimere in una cellula procariote o eucariote I'RNA guida con una sequenza complementare al bersaglio desiderato insieme a Cas9, è possibile operare dei tagli mirati ed effettuare successive inserzioni dei geni di interesse.

Le clonazioni

Biotecnologieambientali

È il settore impegnato nella salvaguardia dell’ambiente e della biodiversità, nel biorisanamento e nel riciclaggio dei rifiuti. Le “biotecnologie del suolo” sono una sottobranca attiva nella bonifica dei suoli, in particolare di quelli aridi e desertici.

Biotecnologie

bioinformatiche e nanobiotecnologie

Sono tese alla realizzazione di banche dati per la conservazione e la ricerca di informazioni biologiche. Questa branca comprende anche le nanotecnologie.

Biotecnologiebioterroristiche

Consistono nell'utilizzo di agenti biologici ed armi biologiche per esercitare terrorismo

Biotecnologie industriali

Sono basate sullo sviluppo di prodotti, servizi, tecnologie e processi industriali, utilizzando organismi viventi o parti di essi.

Biotecnologie agrarie

Si occupano dei processi agricoli con la messa a punto di prodotti geneticamente modificati, antiossidanti e bioinsetticidi e della messa a punto di nuove tecniche di coltivazione.

Biotecnologielegali ed etiche

Sono incentrate sullo studio degli aspetti legali, morali ed etici delle biotecnologie.

Biotecnologie alimentari

Studiano gli alimenti, la loro composizione e le loro proprietà con particolare attenzione alla salute dell’uomo e degli animali, ricercando in essi l’eventuale presenza di contaminanti.

Biotecnologie marine

È il settore che applica le conoscenze e le tecniche proprie della biologia molecolare agli organismi marini e di acqua dolce.

Biotecnologie mediche

(farmaceutiche e veterinarie)

Questo settore è impegnato nella scoperta, estrazione e fabbricazione di principi attivi, nella produzione di vaccini, nello sviluppo di nuove tecniche di analisi e diagnosi delle malattie e delle relative terapie geniche e cellulari. Sono sue sottobranche le “biotecnologie molecolari” e le “biotecnologie cellulari”.

Biotecnologiedivulgative

Si occupano di diffondere le conoscenze, le scoperte e le nozioni proprie delle biotecnologie e di fare formazione in questo settore.