-FOOD BIOCHEMISTRYDepartment of Food Science
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Una definizione di “Biotecnologie”
“le biotecnologie possono
essere sinteticamente
definite come ogni tipo di
tecnica che utilizza
organismi viventi o parte
di essi per fare o
modificare prodotti, per
migliorare piante e animali
oppure per sviluppare
microrganismi per usi
specifici”
Le prime testimonianze di processi biotecnologici
risalgono al 6000 a.c. con la produzione di vino e
birra seguiti poi dalla produzione di pane, formaggi
e derivati del latte. (Biotecnologie di Processo)
Venivano anche selezionati cani più abili o
suini più grassi oppure piante più resistenti
o più produttive.
(Biotecnologie Zootecniche)
L’uomo ha usato la tecnica del “tentativo/errore” per
migliorare la propria vita usando processi di cui
non conosceva le leggi.
La scoperta del gene e delle tecniche di
manipolazione ha aumentato le possibilità
di avere nuovi prodotti o applicazioni.
Tappe delle Biotecnologie
•1866
•1885
•1928-29
•1933
•1953
•1959
•1960-69
•1963
•1967
•1971-73
•1975
•1976
•1977
•1981
•1982-85
•1985
•1988
•1990
•1994
•1996
•1998
•1999
Mendel e gli esperimenti sui piselli
Pasteur e vaccino anti-rabbia
Fleming e la penicillina
Morgan riscopre le leggi di Mendel
Watson e Crick doppia elica
Comprensione replicazione del DNA
Traduzione e sintesi proteica
Sintesi chimica dei peptidi
Cristallografia delle proteine
DNA ricombinante
Primo anticorpo monoclonale
Diagnosi molecolare prenatale
Sequenziamento del DNA 1978
Espressione di geni umani in batteri
(insulina)
Primi animali transgenici (ratti, etc)
Prime piante OGM (pomodoro)
Messa a punto della PCR 1987
Pianta OGM resistente ad insetti
Progetto Genoma Umano
Prime direttive europee su OGM
Pomodoro OGM a lenta maturazione
Pecora Dolly clonata in Scozia
Brevetto biotecnologico
Terapia genica contro il cancro
IN QUALI CAMPI SI APPLICANO
LE BIOTECNOLOGIE ?
•Medicina
•Zootecnia
In
Agricoltura
le
•Agricoltura
piante
selvatiche
•Industria
•Energia e Ambiente sono poco diffuse; lo
stesso mais odierno,
Tripsacum, dava in
origine solo 10-20
semi per pianta con
un guscio duro e
somigliava ad un filo
d’erba:
•Pianta non produttiva
•Pianta poco valida
per la nutrizione
Oggi il mais porta
circa 1000 chicchi a
pannocchia e sono
molto più digeribili
rispetto al passato.
I Paesi maggiormente coinvolti nel mondo
nell’utilizzo degli OGM sono:
USA, Sud America, Canada
Dal 1998 al 1999 la superficie è
cresciuta del
43,5 %
Ettari coltivati nel mondo 39,9 milioni
Fra i nuovi paesi in
arrivo si trovano:
la CINA e l’INDIA
Paesi dell’Unione Europea:
NO alla sperimentazione
SI alla importazione di OGM
Come si è arrivati alle
Biotecnologie ?
12000 anni agricoltura convenzionale
Ultimi due secoli si sono usati:
•Incroci tra piante sessualmente
compatibili;
•Selezione di mutanti
Dal 1985 si è aggiunta come
strumento
la
possibilità
di
integrare pezzi di genoma di altri
organismi
L’uomo è tale perché i geni che
possiede sono differenziati in un
certo modo
Un suo gene può funzionare in un
altro organismo se inserito bene:
Es.: insulina per il metabolismo
zuccherino espressa nei lieviti
Esempio di applicazione:
Riso Carnaroli in Italia è sensibile al
parassita
Pyricularia
oryzae
L’incrocio con altre specie non
fornisce il Carnaroli (genoma diverso
organismo diverso riso diverso)
come evitare le perdite sino al 100%
del raccolto ?
La selezione di mutanti del riso
resistenti al parassita ha prodotto
specie sensibili ad altri patogeni e
dunque poco utili per i raccolti.
L’inserimento del gene B32 del mais
o AFP di Aspergillus risolverebbe il
problema creando un Carnaroli
resistente al parassita.
Per ora i geni inseriti sono
promotori che accendono il DNA,
ma sono tutti “costitutivi” ovvero il
gene sotto controllo è sempre
attivato.
Negli animali superiori i geni sono
“inducibili” ovvero si accendono
dopo stimoli es. luce, temperatura
etc.
Es nel mais Bt il gene 35S induce la
produzione di tossina Bt (Bacillus
thuringiensis), ma ciò può essere
indesiderato perché la tossina Bt si
accumula.
Obiettivo: esprimere tossina Bt solo
quando, dove serve e
nelle quantità giuste.
Le
metodologie
utilizzate
per
ingegnerizzare gli organismi sono:
•l’uso dell’Agrobactrium tumefaciens
•il bombardamento con particelle
d’oro accellerate (metodo balistico).
Esiste un riso Bt capace di esprimere
albumina umana, antitrombina III e
alfa-1-antitripsina.
I rischi delle Biotecnologie
L’agricoltura è di per se una cosa non
naturale perché comporta:
•Distruzione di foreste;
•Modifica dell’ambiente;
•Riduzione della biodiversità;
•Inquinamento ambientale.
Nessuna tecnologia è esente da rischi
e da problemi, la domanda da porsi é:
Il rischio vale la candela ?
Ovvero i benefici ottenuti
superano i rischi ?
Per l’agricoltura convenzionale
la risposta sinora è stata SI.
Le piante transgeniche comunque NON
possono essere innocue del tutto.
Quali rischi sono possibili:
•Effetti tossici sull’uomo;
•Danni all’ambiente;
•Inutilità per i paesi ricchi;
•Gestione commerciale;
•Incapacità di risolvere la fame nel
mondo
Gli OGM scatenano allergie:
Il 2-4% dei bambini e l’1-2 degli adulti è
allergico a soia, latte, farina, riso,
arachidi, crostacei etc
Le legislazioni dei paesi produttori
salvaguardano ciò evitando la vendita
di prodotti che possono contenere
proteine “allergeniche” se l’organismo
di partenza è allergenico.
Inoltre sono valutati i parametri
chimico-fisici delle proteina espressa e
gli effetti del gene esogeno sulla
produzione degli allergeni della piante
ospite.
Infine si fanno saggi in vitro e in vivo
per accertare che non siano proteine
allergeniche prodotte e accumulate.
Esempio:
una varietà di soia OGM con un gene di
noce
brasiliana
pur
essendo
nutrizionalemente migliorata la soia
OGM produceva reazioni allergiche
tipiche dell’albumina.
Il prodotto è stato ritirato
dal commercio !!!!!!
Si può ridurre il potenziale allergenico
di una pianta inserendo un gene
“antisenso” nella pianta. Ovvero il
gene responsabile dell’allergia con le
basi capovolte nella sequenza ciò
annulla l’attività del gene allergenico.
Altro rischio paventato è di creare
resistenze indesiderate agli antibiotici
es kanamicina, neomicina etc.
Gli antibiotici servono per “trovare” tra
le tante cellule quelle trasformate,
diventate resistenti agli antibiotici,
mentre le non-OGM sono sensibili e
periscono.
Il rischio è il passaggio di tale
resistenza ai nostri batteri intestinali.
Ciò è altamente improbabile; nel
nostro intestino ci sono miliardi di
batteri che mutano continuamente per
cui le resistenze agli antibiotici sono
sempre presenti, ma manca la spinta
selettiva ovvero non ingeriamo gli
antibiotici usati per selezionare gli
OGM.
Nel nostro DNA NON ci sono geni di
vacca
oppure
di
mele
eppure
ingeriamo tutti i giorni carne e frutta.
Il 50% degli antibiotici è usato in
zootecnia e con carni crude e/o
insaccati convogliamo molti batteri
resistenti agli antibiotici e selezionati
dagli animali.
Oggi si tende ad usare terreni selettivi
contenenti zuccheri e non antibiotici.
Un quesito è se possono le piante
OGM involontariamente trasmettere
per riproduzione sessuata ad altre
piante il loro gene acquisito ?
SI
SI
SI
SI può evitare facendo:
-Integrare il gene nel DNA del
cloroplasto
(molte
piante
trasmettono i cloroplasti per via
materna per cui il polline non è
OGM);
•Usare piante maschio sterili;
•Non consentire coltivazioni non-OGM
vicino ad OGM;
Attraverso
i
semi
è
possibile
trasmettere caratteri OGM, ma i semi di
piante non coltivate non possono
competere con piante selezionate
naturalmente.
Gli OGM non riducono la
biodiversità.
A ridurla è stato l’uomo per aspetti
commerciali; le specie più produttive
sono favorite per il mercato e oggi ci
sono solo 3-4 specie di mele rispetto
alle 200 varietà di un secolo fa.
Le biotecnologie
restituiscono terreno
alle foreste aumentando
la biodiversità naturale.
L’agricoltura biologica elimina i fertilizzanti
e i prodotti chimici, ma non può eliminare
i problemi legati a virus, funghi etc.
Le biotecnologie non possono risolvere
tutti i problemi; la soluzione è in una
sinergia delle due.
L’inserimento dei geni per ora avviene in
siti casuali del genoma con il timore di
attivare o inattivare altri importanti geni
della pianta.
Si potrebbe inserire il gene per esempio
nei portainnesti delle piante (mele, uva etc)
rendendoli abili a crescere in zone aride e
tc e non nella parte vegetativa della pianta
dove si ha il raccolto.