Biotecnologia

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Con il termine generico di biotecnologia (tecnologia biologica) si indicano tutte le applicazioni tecnologiche della biologia. Tra le definizioni disponibili, la più completa è indubbiamente quella stesa dalla Convenzione sulla Diversità Biologica UN, ossia:[1]

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"La biotecnologia è l'applicazione tecnologica che si serve dei sistemi biologici, degli organismi viventi o di derivati di questi per produrre o modificare prodotti o processi per un fine specifico".

La biotecnologia, quindi, può essere definita come quel ramo della biologia riguardante l'utilizzo di esseri viventi al fine di ottenere beni o servizi.

Nel linguaggio corrente, si utilizza più frequentemente il termine al plurale (biotecnologie), ad indicare la pluralità di tecnologie sviluppate e i campi di applicazione interessati.

Descrizione[modifica | modifica sorgente]

Le biotecnologie sono utilizzate nel settore agroalimentare per ottimizzare il ruolo dei microrganismi, conosciuto da secoli, nella produzione di alimenti comuni. La conoscenza più approfondita (a livello molecolare) dei processi fermentativi di vino e birra, nonché dei meccanismi di incrocio e selezione di varietà animali e vegetali ha portato negli ultimi decenni il settore agroalimentare ad essere sempre più influenzato dalle biotecnologie.

Numerose sono anche le applicazioni nel campo del biorisanamento (trattamento, riciclo e bonifica di rifiuti attraverso microrganismi attivi).

Vi sono applicazioni che, pur non servendosi di microrganismi, sono classificate come biotecnologiche. Le biotecnologie sono infatti ampiamente utilizzate nello sviluppo di nuove terapie mediche o innovativi strumenti diagnostici. Le tecniche di DNA e RNA microarray utilizzate in genetica ed i radiotraccianti utilizzati in medicina sono ottimi esempi.

Le biotecnologie sono tuttavia più spesso associate all'utilizzo di organismi geneticamente modificati. Microrganismi come Escherichia coli o alcuni lieviti possono essere utilizzati per la sintesi di sostanze come insulina o antibiotici. Anche cellule di mammifero geneticamente modificate sono ampiamente utilizzate nella biosintesi di farmaci. Promettenti nuove applicazioni sono legate alla biosintesi di farmaci attraverso organismi vegetali.

Applicazioni al centro di ampio dibattito sono quelle atte alla produzione di animali e piante transgeniche (come il mais BT) noti a tutti come OGM.

Le biotecnologie hanno sostituito le società informatiche nel portafoglio dei titoli tecnologici quotati in borsa (NASDAQ). Delle 1300 aziende biotecnologiche che operano negli USA solo 35 (il 3 %) sono in attivo; le altre sono in perdita. Nonostante ciò i prezzi delle azioni sono in crescita, come ai tempi della bolla speculativa della Net Economy, dove i corsi azionari crebbero per tutti gli anni novanta per sgonfiarsi e tornare ai prezzi del decennio precedente.

Lo strumento principale di cui si avvalgono le biotecnologie, è l'ingegneria genetica. Questa disciplina si impegna per quello che riguarda il clonaggio genico (clonaggio dei geni di un organismo), e le relative analisi che permettono di costruire genoteche o di utilizzare vettori di espressione in modo di controllare l'attività trascrizionale\traduzionale di una data proteina d'interesse, per fini di ricerca o produttivi. Erroneamente l'opinione pubblica crede che le biotecnologie si avvalgono della clonazione somatica, ciò non è assolutamente vero. La clonazione genica si occupa di copiare specifiche sequenze di DNA, a differenza della clonazione somatica (copiare un organismo a partire da cellule somatiche) che è una manipolazione del sistema riproduttivo, la quale non ha scopi di utilizzo per fini biotecnologici.

Settori biotecnologici[modifica | modifica sorgente]

Le applicazioni biotecnologiche sono numerose. La seguente classificazione, molto generica, riporta alcuni settori come definiti nel gergo internazionale[2].

Blue biotechnology o biotecnologie marine. È il settore delle biotecnologie che si occupa di applicare le metodiche della biologia molecolare agli organismi marini e di acqua dolce. Riguarda l'utilizzo delle risorse marine allo scopo di: migliorare le conoscenze in ambito produttivo ed ecologico, potenziando la produzione di alimenti derivati e la loro salubrità; proporre nuove soluzioni per il controllo della proliferazione di organismi acquatici dannosi per l'uomo e l'ambiente; ricercare nuove molecole con potenzialità farmaceutiche.

Grey biotechnology o biotecnologie ambientali. È il settore delle biotecnologie che si occupa di tutte le applicazioni direttamente correlate all'ambiente. Queste possono essere suddivise in due gruppi: salvaguardia della biodiversità e protezione dai contaminanti. Il primo gruppo comprende le applicazioni della biologia molecolare alle analisi di genetica di quelle popolazioni e specie animali che fanno parte dell'ecosistema; per quanto riguarda il secondo gruppo, fa parte delle biotecnologie ambientali l'utilizzo di microorganismi e piante in grado di isolare e rimuovere dall'ambiente le sostanze ritenute inquinanti come per esempio metalli pesanti e idrocarburi. Un valore aggiunto di questa capacità di riutilizzo è la possibilità di recuperare e sfruttare le sostanze estratte dall'ambiente direttamente o attraverso sottoprodotti e scarti dei microorganismi e delle piante.

Green biotechnology o biotecnologie agroalimentari. È il settore delle biotecnologie che si occupa dei processi agricoli. L’applicazione più conosciuta è sicuramente il mais Bt, una pianta di mais modificata geneticamente in modo da produrre una tossina batterica, proveniente da Bacillus thuringiensis (da cui il nome Bt), tossica per gli insetti. In commercio esistono differenti varietà di coltivazioni in grado di resistere ad erbicidi o con maggiore resistenza alle malattie. Le applicazioni delle biotecnologie agroalimentari non si fermano alla semplice introduzione di proteine in un organismo vegetale, esistono modifiche che intervengono su intere vie metaboliche in modo da incentivare la produzione di metaboliti secondari (vedi golden rice o pomodori ricchi di antociani[3]). Negli ultimi decenni sono state sviluppate nelle vere e proprie produzioni di farmaci ricombinanti o vaccini in piante,[4] soprattutto nei casi di farmaci orfani, in modo da facilitare la purificazione dei farmaci conseguentemente riducendo i costi di produzione. La patata Amflora, prodotta dalla multinazionale BASF, è invece un esempio di patata OGM utilizzata per produrre carta, quindi non per scopi alimentari[5]. L’utilizzo in campo delle biotecnologie agroalimentari, se correttamente contestualizzata alle esigenze della società e del mondo agricolo, è importante per raggiungere incrementi di produttività soprattutto nelle aree dove gli eventi climatici avversi si verificano con intensità maggiore. La stabilizzazione delle produzioni attenuerebbe lo stress sulle scorte e la fluttuazione dei prezzi delle commodities, riducendo automaticamente la possibilità che gli individui più vulnerabili passino dalla condizione di povertà alla condizione di fame o sottonutrizione[6]

Red biotechnology o biotecnologie farmaceutiche. È il settore delle biotecnologie che si occupa dei processi biomedici e farmaceutici. La nascita dei primi farmaci biotecnologici risale alla produzione di antibiotici con microrganismi, quali le penicilline prodotte da funghi del genere Penicillium e le cefalosporine prodotte da Cephalosporium acremonium. Negli anni ottanta, con l’introduzione della tecnologia ricombinate è stata possibile la produzione di insulina, su scala industriale, in un batterio chiamato Escherichia coli. Attualmente vengono prodotte un gran numero di proteine ricombinanti[7] ad uso medico quali: fattori sanguigni (fattore VIII e fattore IX), ormoni (insulina ed ormone della crescita), fattori di crescita (Eritropoietina e HGFs), citochine (interferoni e interleuchine), vaccini e anticorpi monoclonali.[8]

White biotechnology o biotecnologie industriali. È il settore delle biotecnologie che si occupa dei processi di interesse industriale. Le principali applicazioni in questo settore prevedono l’utilizzo di enzimi, cioè proteine deputate ad accelerare un data reazione chimica. Enzimi come emicellulasi, xilanasi, lipasi ed ossidasi sono utilizzati per migliorare la resistenza della rete del glutine nei processi di panificazione. Nella produzione di latte per bambini le proteasi sono utilizzate da più di 50 anni nella produzione di latte vaccino per neonati, dato che agiscono scindendo le proteine presenti nel latte, rendendo il latte più digeribile e diminuendo i problemi di allergie. Sempre nel settore lattiero-caseario, l’enzima beta galattosidasi è utilizzato per idrolizzare il lattosio e rendere il latte ad alta digeribilità. Nel settore dei succhi di frutta, gli enzimi pectinasi sono impiegati per scindere la pectina, un polisaccaride presente nella frutta, requisito fondamentale per ottenere succhi di frutta limpidi e stabili[9]. L'enzima laccasi, appartenente alla famiglia delle ossidasi contenente rame, trovano impiego in differenti campi: candeggio dei jeans attraverso l’ossidazione del colore indaco, l’ossidazione di composti fenolici nella produzione di etanolo, chiarificazione di vino, birra e succhi di frutta[10]. Nell’industria della carta l’utilizzo delle cellulasi, enzimi in grado di degradare la cellulosa, permette notevoli risparmi ambientali rispetto al tradizionale procedimento chimico[11].

Bioinformatica come settore correlato alle biotecnologie. Si tratta di un settore interdisciplinare che utilizza un approccio informatico per risolvere problematiche di tipo biologico. Gioca un ruolo determinante nelle applicazioni di genomica funzionale, genomica strutturale e proteomica. Ha un ruolo fondamentale anche nello sviluppo di nuovi farmaci (drug discovery).

Storia[modifica | modifica sorgente]

  • 1997 Il gruppo di lavoro coordinato da Ian Wilmut del Roslin Institute scozzese clona per la prima volta una grande mammifero, una pecora (Dolly), utilizzando il DNA di due cellule di pecora adulta.
  • 2000 Viene completato il Progetto Genoma Umano.
  • 2002 Viene sequenziato interamente il genoma della pianta di riso, la principale fonte nutrizionale di due terzi della popolazione terrestre. Il riso è la prima specie di uso agricolo ad essere interamente sequenziata.
  • maggio 2007 viene depositato presso il US patent & trademark Office il brevetto numero 20070122826, intitolato "Minimal bacterial genome" ovvero l'essere vivente con il più piccolo corredo genetico, capace di vita propria.

Corsi di Laurea[modifica | modifica sorgente]

Corsi di laurea e di laurea magistrale in Biotecnologie sono stati attivati presso molte università italiane e hanno l'obiettivo generale di assicurare allo studente un'adeguata padronanza di contenuti e metodi scientifici generali delle Biotecnologie. La maggior parte dei corsi di laurea prevede un percorso di tre anni e si conclude con un periodo di tirocinio e tesi, in genere, sperimentale. Un corso di laurea di questo tipo, mira a far acquisire allo studente le competenze conoscitive, tecniche e comportamentali rilevanti per una moderna metodologia di studio e di ricerca, finalizzata alla utilizzazione di funzioni e sistemi biologici per la produzione di beni e di servizi.

Oltre alle materie scientifiche di base (Matematica, Fisica, Chimica) la quasi totalità dei corsi di laurea in Biotecnologie prevede corsi in Chimica organica, Biologia molecolare, Genetica, Biochimica, Microbiologia, Citologia, Tecnologie del DNA ricombinante e materie specifiche che variano a seconda dell'indirizzo (i più comuni: Biomedico, Farmaceutico, Industriale, Ambientale, Veterinario, Agrario ed Alimentare). I corsi di laurea in Biotecnologie oltre a trattare problematiche propriamente biotecnologiche comprendono corsi dedicati alla conoscenza dei problemi economici ed etici, relativi al trattamento di prodotti biotecnologici.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ "The Convention on Biological Diversity (Article 2. Use of Terms)." United Nations. 1992. Retrieved on February 6, 2008.
  2. ^ Prometeus, ANBI online magazine
  3. ^ Fumagalli, E. "Pomodori del terzo millennio" Biotecnologie per tutti, novembre 2008
  4. ^ Fumagalli, E. "L’industria farmaceutica vegetale: vaccino prodotto da piante di tabacco" Biotecnologie per tutti, agosto 2009
  5. ^ Nava, A. "Amflora, la patata a la cart" Biotecnologie per tutti, aprile 2010
  6. ^ Masotto, L. "Quale bio per l’agricoltura di domani?" Biotecnologie per tutti, febbraio 2012
  7. ^ Beretta, R. "Produzione di proteine ricombinati" Biotecnologie per tutti, aprile 2011
  8. ^ Beretta, R. "Farmaci biotecnologici, tutti gli ultimi ritrovati in commercio" Biotecnologie per tutti, aprile 2012
  9. ^ Cheroni, S. "Enzimi e alimenti: che connubio" Biotecnologie per tutti, luglio 2010
  10. ^ Cheroni, S. "Laccasi: enzimi blu per una chimica verde" Biotecnologie per tutti, febbraio 2009
  11. ^ Cheroni, S. "Cellulose e processi industriali" Biotecnologie per tutti, dicembre 2008

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Lilia Alberghina, Enrico Cernia, Biotecnologie e bioindustria, UTET, 1996, ISBN 8802049696.
  • Cristina Serra, Le biotecnologie, Editori Riuniti, 1998.
  • Giuliana Vinci, Donatella Restuccia, Francesca Pirro, Innovazione e Competitività: Biotecnologie e Sviluppo sostenibile, Roma, Società Editrice Universo, 2010.
  • Giovanni Magnera, Francesca Pirro, Le biotecnologie nel settore tessile: Gestione della Qualità, Roma, Edizioni Nuova Cultura, 2009.
  • Adriana Bazzi, Paolo Vezzoni, Biotecnologie della vita quotidiana, Bari, Editori Laterza, 2003.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

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Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

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