Utente:Heartpox/sandbox2
Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]
Gli OGM sono oggi utilizzati nell'ambito dell'alimentazione, dell'agricoltura, dell'industria e della ricerca, della salute.
| Agricoltura | Alimentazione | Salute e ricerca | Industria | |
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| Miceti |
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Classi di OGM[modifica | modifica wikitesto]
Procarioti[modifica | modifica wikitesto]
Per inserire nuovi frammenti di DNA negli organismi si usano dei "vettori". I vettori sono generalmente piccole molecole circolari di DNA, i plasmidi, o strutture derivate da virus in grado di immagazzinare materiale genetico.
Sono tre i processi attraverso cui è possibile modificare il genoma batterico.
- La trasformazione batterica è un processo, osservabile in natura, attraverso il quale alcuni procarioti (detti competenti) sono in grado di ricevere del DNA esterno in grado di produrre nuove caratteristiche di fenotipo. Questo fenomeno fu scoperto nel 1928 da Frederick Griffith ma venne confermato solo nel 1944. La biologia molecolare si è servita dei batteri competenti per studiarne i meccanismi. Oggi sono state sviluppate alcune tecniche, per quanto molto empiriche, in grado di rendere competenti anche batteri che non lo sono naturalmente. È stato dimostrato, infatti, che l'ingresso di DNA è ampiamente facilitato dalla presenza di certi cationi, come Ca2+, o dall'applicazione di una corrente elettrica (tecnica detta della elettroporazione). I vettori utilizzati nelle trasformazioni sono essenzialmente plasmidi: in seguito all'ingresso, i plasmidi non si integrano nel genoma, ma rimangono autonomi (in uno stato detto episomale).
- Nella coniugazione batterica, il DNA è trasferito da un batterio all'altro attraverso un pilum (concettualmente un tubo che può collegare per breve tempo i due batteri). Un plasmide può essere così traferito da un organismo all'altro. La coniugazione, molto frequente in natura, è poco sfruttata come tecnica di modificazione genetica.
- La trasduzione è infine l'inserimento di materiale genetico nel batterio attraverso un virus batteriofago.
Per inserire il segmento di DNA che codifichi il gene voluto, è necessario conoscere la funzione dei geni su cui si sta operando. Nei batteri, è relativamente semplice identificare la funzione di un gene specifico: i ricercatori a tale scopo sono soliti realizzare dei ceppi batterici cosiddetti knock out. In questi ceppi viene eliminato il DNA relativo al gene d'interesse: osservando le conseguenze sulla vita del batterio, è possibile identificare la funzione del gene stesso.
L'uso di knock out è molto diffuso, non solo per i procarioti. È possibile realizzare knock out in numerosi organismi modello. Il gene responsabile della fibrosi cistica, ad esempio, è stato individuato in topi knock out: una volta individuato il presunto gene della fibrosi cistica (chiamato CFTR) nell'uomo, i ricercatori hanno individuato l'omologo nel genoma del topo, ne hanno fatto un knock out verificando poi che senza tale gene il topo presentava tutti i sintomi clinici della malattia.
Piante[modifica | modifica wikitesto]
La principale tecnica di modificazione genetica per le piante è legata alla capacità naturale del batterio Agrobacterium tumefaciens di infettare piante e causare una crescita paragonabile a quella tumorale presente negli animali, tale patologia è nota come "galla del colletto". A. tumefaciens è in grado di infettare la pianta trasferendo un plasmide che è in grado di integrarsi nel genoma dell'ospite. Il plasmide contiene diversi geni che, una volta "letti" dalla pianta, generano la galla e producono nutrienti per il batterio consentendone la crescita. Diversi scienziati, a partire dalla seconda metà degli anni '60, hanno contribuito a comprendere il meccanismo e le condizioni attraverso cui tale plasmide viene trasferito ed integrato nel genoma della pianta: tra questi Jeff Schell, Marc Van Montagu, Georges Morel, Mary-Dell Chilton e Jacques Tempé. Grazie a tali scoperte, a partire dal 1983 è stato possibile trasformare le conoscenze biologiche acquisite, in tecniche biotecnologiche e quindi sviluppare versioni del plasmide "disarmate", ovvero senza i geni che davano origine alla malattia, in cui erano invece presenti geni di interesse, permettendo così di produrre le prime piante transgeniche, oggi molto utilizzate per fini di ricerca o agro-alimentari.
Un altro processo largamente utilizzato per produrre piante OGM è il metodo biolistico (anche detto gene gun o particle gun), che permette di "sparare" microproiettili ricoperti di DNA all'interno delle cellule vegetali. Tale metodo è stato utilizzato, ad esempio, per la produzione del più comune cereale OGM, il Mon810.
Le tecniche biolistiche sono spesso utilizzate per piante monocotiledoni, mentre A.tumefaciens ed altri agrobatteri sono utilizzati per modificare dicotiledoni, anche se recentemente sono stati messi a punto ceppi di questo batterio in grado di trasformare anche le monocotiledoni.
Queste tecniche sono in generale complementari e non sostitutive di quelle, più empiriche, già sviluppate all'interno del millenario processo di "umanizzazione" delle piante di interesse agro-alimentare che oggi si trovano sulle nostre tavole: il loro patrimonio genetico ha infatti subito nel corso del tempo modifiche genetiche rilevanti con tecniche convenzionali (oppure, si potrebbe dire, biotecnologie classiche), che hanno dato origine alla stessa agricoltura: selezione artificiale o, più recentemente, l'induzione di mutazioni per mezzo di raggi X o raggi gamma.
Gli scopi principali della modificazione genetica delle piante sono:
- semplificazione o miglioramento delle pratiche agronomiche: e.g. piante tolleranti allo stress idrico o salino (riduzione dell'uso di acqua e possibilità di coltivazione su terreni salini); colture tolleranti a specifici erbicidi (uso di composti meno tossici, trattamento in post emergenza con riduzione dei trattamenti, riduzione del consumo di combustibile e acqua, semina su sodo con minor erosione del suolo);
- introduzione di caratteri di resistenza specifica: e.g. piante resistenti agli insetti o ai virus (riduzione nell'uso di sostanze tossiche in agricoltura, riduzione nel consumo di acqua e combustibile necessari ai trattamenti);
- produzione di energia: varietà con più elevato potere calorico e minori richieste di input chimici utilizzabili anche su aree marginali;
- produzione di farmaci/composti in pianta (molecular farming): produzione a basso costo di sostanze farmaceutiche e chimiche, riduzione degli scarti chimici industriali (e.g. vaccino contro l'epatite, produzione di amilasi).
Animali[modifica | modifica wikitesto]
Diverse tecniche sono utilizzate per la produzione di animali transgenici. Il primo esperimento di successo di transgenesi animale fu ottenuto utilizzando un retrovirus [1]. Questa tecnica si ispira a un fenomeno che avviene in natura: durante le infezioni virali, l’RNA dei retrovirus entra nella cellula dell’animale infetto, viene convertito in DNA e integrato nel genoma dell’ospite. Questa proprietà fa del retrovirus un buon vettore per materiale genetico, anche se questa tecnica presenta alcune limitazioni. Altri esperimenti hanno usato cellule staminali embrionali o germinali, ma il trasferimento nucleare (la tecnica utilizzata per la produzione della pecora Dolly) associato alla manipolazione in vitro di colture cellulari è attualmente la tecnica più in uso [2].
Gli scopi principali della transgenesi animale sono i seguenti:
- Produzione di biomedicine. Sebbene la produzione di biomolecole da parte di batteri o lieviti sia più economica, queste tecniche presentano alcuni limiti dovuti alle differenze metaboliche delle cellule batteriche rispetto a quelle animali. Per questo motivo si è sviluppato un grande interesse per lo sfruttamento di tecniche di transgenesi per far produrre agli animali grandi quantita di molecole utilizzabili in terapia e prevenzione, quali farmaci, anticorpi o vaccini. La produzione di biomolecole può avvenire attraverso diversi liquidi biologici, di cui quello di più facile sfruttamento sarebbe il latte, che viene prodotto in grandissime quantità. Tra le biomolecole prodotte da animali transgenici già ad uno stadio avanzato di sviluppo (alcune già in fase di approvazione per la vendita negli Stati Uniti) ci sono anticorpi policlonali e lattoferrina prodotti da bovini, fattore antitrombina III prodotto da capre e calcitonina prodotta da coniglie. Alcuni effetti non desiderati sono tuttavia stati riscontrati a volte negli animali impiegati a questi scopi, come per esempio inferiori produzioni di latte o inferiore durata della lattazione e infertilità.
- Modelli per la ricerca su malattie umane. Molte malattie hanno un’origine genetica, o hanno nel genoma fattori predisponenti. Lo studio di alcune malattie può essere estremamente facilitato usando modelli animali sperimentali che riproducano alcuni tratti del genoma umano che sono alla base di alcune patologie. L’uso di animali da laboratorio (specialmente topi e ratti) geneticamente modificati è già diffuso per lo studio di una serie di malattie, principalmente il cancro [3].
- Xenotrapianti. Uno dei settori di ricerca delle biotecnologie riguarda lo studio di animali che possano essere donatori di organi per xenotrapianti. Gli xenotrapianti sono trapianti di organi da una specie non umana all’uomo, e potrebbero essere una nuova frontiera, considerando che la disponibilità di organi per gli allotrapianti (da uomo a uomo) è sempre inferiore alle richieste. Il suino è considerato la specie più adatta a questo scopo, perché presenta delle somiglianze dal punto di vista anatomico. Il maggiore ostacolo è tuttavia quello immunologico, cioè che l’organismo ricevente rigetti il trapianto producendo anticorpi contro l’organo trapiantato. In questo senso gli approcci transgenici puntano a inibire le reazioni ancticorpali responsabili del rigetto [4]. Altri studi hanno invece puntato sul trapianto di cellule o tessuti transgenici, che potrebbero offrire interessanti possibilità per la cura di diverse malattie, ad esempio il morbo di Parkinson [5].
- Miglioramento delle produzioni animali. Tra le ricerche sulla transgenesi animale, alcune hanno il fine di aumentare la redditività dell’allevamento puntando sulla modificazione genetica volta a migliorare la qualità di alcune produzioni (ad esempio latte, lana), ad aumentare la produzione di carne, la prolificità o la resistenza alle malattie. Un esperimento del 2003 ha dimostrato che è possibile modificare geneticamente le vacche in modo che producano un latte a più alto contenuto in caseina, una proteina importante nel processo di produzione del formaggio [6]. Altri ricercatori hanno studiato, nel topo, la possibilità di produrre un latte a ridotto contenuto in lattosio, che potrebbe essere assunto anche da soggetti intolleranti [7].
- ^ Jaenisch R, Fan H, Croker B. Infection of preimplantation mouse embryos and of newborn mice with leukemia virus: tissue distribution of viral DNA and RNA and leukemogenesis in the adult animal. Proc Natl Acad Sci U S A. 1975 Oct;72(10):4008-12. Entrez PubMed 1060083
- ^ Melo EO, Canavessi AM, Franco MM, Rumpf R. Animal transgenesis: state of the art and applications. J Appl Genet. 2007;48(1):47-61. Entrez PubMed 17272861
- ^ Marx J. Medicine. Building better mouse models for studying cancer. Science. 2003 Mar 28;299(5615):1972-5. Entrez PubMed 12663895
- ^ Diamond LE, Quinn CM, Martin MJ, Lawson J, Platt JL, Logan JS. A human CD46 transgenic pig model system for the study of discordant xenotransplantation. Transplantation. 2001 Jan 15;71(1):132-42. Entrez PubMed 11211178
- ^ Zawada WM, Cibelli JB, Choi PK, Clarkson ED, Golueke PJ, Witta SE, Bell KP, Kane J, Ponce de Leon FA, Jerry DJ, Robl JM, Freed CR, Stice SL. Somatic cell cloned transgenic bovine neurons for transplantation in parkinsonian rats. Nat Med. 1998 May;4(5):569-74. Entrez PubMed 9585230
- ^ Brophy B, Smolenski G, Wheeler T, Wells D, L'Huillier P, Laible G. Cloned transgenic cattle produce milk with higher levels of beta-casein and kappa-casein. Nat Biotechnol. 2003 Feb;21(2):157-62. Entrez PubMed 12548290
- ^ Stinnakre MG, Vilotte JL, Soulier S, Mercier JC. Creation and phenotypic analysis of alpha-lactalbumin-deficient mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 1994 Jul 5;91(14):6544-8. Entrez PubMed 8022817