OGM Organismi geneticamente modificati (OGM). l'uso di radiazioni ionizzanti o sostanze chimiche mutagene!! Tecniche per ottenere

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1 OGM Organismi geneticamente modificati (OGM). Con questo termine si intendono soltanto gli organismi in cui parte del corredo genetico è stato modificato tramite le moderne tecniche di ingegneria genetica (tecnologia del DNA ricombinante). Non sono considerati OGM tutti quegli organismi il cui patrimonio genetico viene modificato a seguito di processi spontanei (es. mutazioni nel DNA o trasferimenti di materiale genetico) che avvengono in natura e sono alla base della diversità della vita sulla terra. Non sono considerati OGM neppure quegli organismi nei quali le modifiche genetiche sono indotte dall'uomo tramite altre tecniche, diverse da quelle di ingegneria genetica, quali l'uso di radiazioni ionizzanti o sostanze chimiche mutagene!! Tecniche per ottenere un OGM. Vengono di seguito riportate le tecniche che, ai fini di legge, consentono di ottenere un organismo geneticamente modificato: a) Tecniche che comportano nuove combinazioni di materiale genetico per mezzo dell'inserimento di materiale genetico (DNA), tramite un vettore, in un organismo ospite nel quale esso non è presente per natura; b) Tecniche che comportano nuove combinazioni di materiale genetico tramite l'introduzione diretta di materiale genetico (DNA) in un organismo ospite nel quale esso non compare per natura; c) Tecniche di fusione cellulare per la costruzione di cellule vive, che presentano nuove combinazioni di materiale genetico, utilizzando metodi non naturali. Tecniche di modificazione del materiale genetico che, secondo la legge, non portano alla creazione di un OGM. Mutagenesi. Fenomeno strutturalmente presente, a bassa frequenza, in tutti gli esseri viventi; è basato su imprecisioni o errori di replicazione del DNA durante i processi di riproduzione cellulare (mutazioni). Le mutazioni sono alla base della selezione naturale in quanto, se vantaggiose (per gli organismi in cui avvengono!) sono mantenute nella popolazione. Sono utilizzate dall'uomo nei programmi di selezione di organismi che possiedono caratteristiche vantaggiose (per l'uomo!) quali, ad es., l'incapacità di perdere i semi da parte della spiga di frumento. L'uomo può aumentare la frequenza con cui avvengono le mutazioni per mezzo di radiazioni o agenti chimici. Tali mutazioni sono casuali (non come negli OGM) e, fra le tante ottenute, vengono utilizzate solo quelle che mostrano apprezzabili vantaggi per l'uomo.

2 Un esempio di tali mutazioni ottenute con radiazioni è il comunissimo frumento Creso utilizzato ampiamente per la produzione di pasta (farina di grano duro). Anche la differenza tra mais giallo e mais bianco è ottenuta tramite questa tecnica.. Incrocio. Permette di unire le caratteristiche presenti in due individui diversi, anche - ove possibile - non appartenenti alla stessa specie, grazie al rimescolamento dei loro patrimoni genetici, sfruttando la riproduzione sessuale. Es. di incrocio: il mulo; ma anche altri ibridi vegetali o animali. La modificazione del patrimonio genetico degli esseri viventi da parte dell'uomo è una pratica antichissima che può essere fatta risalire a circa anni fa con l'addomesticamento del cane. Le modificazioni genetiche così introdotte sono state per lungo tempo e in larga parte inconsapevoli, e solo molto più tardi (seconda metà del 1800 ma, principalmente, prima metà del 1900) l'uomo ha preso coscienza dell'effetto a livello genetico indotto dai propri programmi di incrocio o di selezione di mutanti spontanei. In sostanza La differenza tra queste due ultime tecniche e quelle di ingegneria genetica (che sono alla base dello sviluppo degli OGM) sta nella modalità con cui l'uomo induce le modificazioni genetiche. Nel caso della mutazione o dell'incrocio viene effettuata una selezione in base a caratteristiche visibili (fenotipo), all'interno di popolazioni molto grandi (per le piante alcune decine di migliaia di individui), talvolta ottenute da mutazioni indotte per mezzo di sostanze chimiche o di radiazioni. Non conoscendo a priori le modificazioni genetiche indotte, i risultati ottenuti possono anche essere ampiamente indesiderabili rispetto a quelli attesi!

3 Con le tecniche di ingegneria genetica è invece possibile progettare la modifica genetica da effettuare. Inoltre, una volta ottenuto un certo numero di organismi geneticamente modificati, sapendo che essi sono geneticamente distinguibili dagli altri, sono selezionati in base alle loro caratteristiche genetiche (genotipo) e non unicamente in base alle caratteristiche visibili, come avviene invece con le tecniche tradizionali, dove, appunto, non si conoscono a priori le modificazioni genetiche indotte. Storia Il primo OGM fu ottenuto nel 1972 da S. Cohen e H. Boyer, che riuscirono a inserire un gene di rana all'interno del batterio E. coli e a far riprodurre il batterio così modificato (il quale produceva la proteina codificata dal gene di rana!!!), dimostrando così di poter superare le barriere genetiche tra specie diverse (addirittura tra regni diversi!!). Ciò fu reso possibile grazie alle precedenti scoperte degli enzimi di restrizione (le forbici molecolari che permettono di tagliare in punti specifici la molecola di un DNA), e della DNA ligasi (la colla in grado di unire il frammento di DNA così ottenuto a un altro DNA, quando anch'esso è stato tagliato dagli stessi enzimi di restrizione). Infatti ambedue i frammenti di DNA presentano estremità coesive identiche ( estremità appiccicose ) quando sono tagliati dalle stesse forbici. Questi studi furono condotti su un particolare DNA presente nei plasmidi batterici ad opera di Arber, Nathans e Smith, che nel 1978 ricevettero il Nobel per la loro scoperta. Da quel tempo a oggi gli OGM sono passati dallo stato di semplice possibilità tecnologica a una realtà, tant'è che la Società Genentech, fondata dai due scienziati nominati all'inizio, è riuscita a produrre per mezzo del batterio E.coli geneticamente modificato con geni umani, alcuni biofarmaci, primo fra tutti l'insulina umana in commercio dal 1981, aprendo così il settore biotecnologico all'industrializzazione. Produzione di insulina umana da parte del batterio E.coli 1 Le forbici molecolari tagliano un frammento di DNA (es. gene dell'uomo che determina la produzione della insulina umana, una proteina) dal DNA di un cromosoma di un organismo. 2, 3 Le stesse forbici molecolari tagliano il DNA di un plasmide batterico (che è una molecola circolare). Si formano così estremità appiccicose su entrambe le molecole di DNA (frammento di DNA umano e plasmide batterico aperto) 3, 4 Le quattro estremità appiccicose aderiscono e, mediante la colla DNA ligasi, si legano tra di

4 loro a due a due, facendo così legare il frammento di DNA umano al DNA batterico 5 il frammento di DNA umano è adesso inserito nel DNA batterico. Il batterio produce così insulina umana! Considerando che un batterio come l'e.coli si duplica ogni 30 minuti, si potrà calcolare l'enorme numero di batteri, derivati da uno solo, che in poche ore si avranno a disposizione per produrre insulina umana! Attualmente la tecnologia del DNA ricombinante è stata utilizzata non solo per produrre nuovi farmaci, ma anche 1) prodotti (proteine enzimatiche) utili a ridurre l'impatto ambientale dell'industria, 2) piante e animali con caratteristiche migliorative nella resistenza alle malattie, nella produttività, nell'impatto ambientale, 3) organismi usati nella ricerca sul cancro (con tutti i problemi etici che ciò comporta). La commercializzazione degli OGM ha conquistato altre tipologie di mercati, come i pesci d'acquario resi fluorescenti tramite l'inserimento di geni di medusa venduti nel 2003 a Taiwan (primi animali OGM utilizzati a scopo domestico). La vendita di tali pesci è permessa negli Stati Uniti; è vietata la loro introduzione in Europa. Applicazioni Gli OGM sono oggi utilizzati principalmente nell'ambito dell'alimentazione, dell'agricoltura, della medicina, della ricerca, dell'industria. Esempi: Agricoltura. Batteri OGM che introdotti nel suolo ne migliorano le caratteristiche o proteggono le piante dal gelo. Piante OGM tolleranti a specifici erbicidi, resistenti all'attacco di certi insetti o virus ecc. Alimentazione. Produzione, tramite miceti OGM, di enzimi usati nell'industria alimentare per il miglioramento, a esempio, dei processi di fermentazione nella produzione di birra o yogurt. Piante OGM con miglioramenti nelle qualità nutrizionali, come il riso a elevato contenuto in beta carotene, assai utile per prevenire il deficit in vitamina A nelle popolazioni che si nutrono prevalentemente di riso (rischio di cecità in una elevata percentuale di bambini).

5 Animali produttori di alimenti con migliori caratteristiche nutrizionali o per particolari intolleranze (latte con più alto contenuto in caseina; latte privo di lattosio). Medicina. Batteri produttori di biofarmaci (insulina umana, ormone umano della crescita). Piante produttrici a basso costo di sostanze farmaceutiche e chimiche (molecular farming) e di vaccini (epatite B). Animali (o cellule animali in coltura) produttori di biomedicine, come le cellule OGM di criceto cinese produttrici dell'eritropoietina umana. Animali OGM utilizzati come modelli per la ricerca su malattie umane. Terapia genica, nel caso di una malattia causata dal malfunzionamento di un gene. In questi casi l'introduzione nelle cellule della persona ammalata di una versione funzionale del gene alterato dovrebbe ripristinare un corredo genetico normale ed eliminare le cause della malattia. Industria. Batteri che degradano gli idrocarburi con alta efficienza, utilizzabili a esempio per contenere il danno in caso di sversamenti di idrocarburi in mare (naufragio di petroliere). Piante OGM migliorate per vari usi industriali (es. pioppo con basso tasso di lignina, patata Amflora con assenza di amilosio per una migliore fabbricazione della pasta da carta). Rischi Mentre non sono percepiti a livello di opinione pubblica grossi rischi per l'uso di OGM in medicina (chi penserebbe mai di rinunciare agli innegabili vantaggi dell'insulina umana prodotta da E.coli OGM, rispetto a quella estratta da pancreas suini e bovini, oppure di correre il rischio di utilizzare l'ormone della crescita estratto da ipofisi umane rispetto a quello sintetizzato dal solito E.coli?), grosse perplessità e resistenze sorgono in relazione all'uso degli OGM in ambito agroalimentare. I punti maggiormente controversi riguardano:

6 a) i potenziali rischi per l'ambiente o per la salute umana e animale; b) la possibilità di coesistenza tra colture OGM e non OGM; c) l'impatto economico - sociale della loro introduzione in aree rurali, soprattutto in paesi in via di sviluppo. Fin dai primi esperimenti effettuati utilizzando le tecniche di ingegneria genetica negli anni '70 si è considerato che, accanto ai potenziali benefici che la nuova tecnica poteva offrire, avrebbero potuto comparire nuovi rischi difficilmente prevedibili allo stato delle conoscenze. Già quando l'uso della tecnica era confinato all'ambiente del laboratorio, si temeva a esempio che batteri normalmente innocui potessero trasformarsi in patogeni pericolosi per l'uomo a causa dell'introduzione in essi di geni della resistenza agli antibiotici, o che i geni introdotti li rendessero in grado di produrre tossine, o che li trasformassero in agenti cancerogeni. Quando poi sono state sviluppate piante GM per uso alimentare, si sono temuti alcuni rischi specifici legati a questa applicazione, in particolare rischi ambientali e per la salute. Un elenco di tali potenziali rischi comprende: rischi ambientali relativi a cambiamenti nell'interazione tra pianta modificata e ambiente, tra cui invasività, provocazione di resistenza negli insetti infestanti, interazioni con insetti che non sono il bersaglio della modificazione genetica provocata (esempio: effetti insetticidi, insieme a quelli sull'insetto bersaglio, anche verso altri insetti come le api); rischi possibili per la salute umana o animale, tra cui effetti tossicologici causati da proteine codificate dai geni inseriti, allergenicità, cambiamenti nel valore nutritivo, trasferimento di resistenza agli antibiotici. Oltre ai rischi ambientali e per la salute, valutabili - e ormai ampiamente valutati - attraverso la ricerca scientifica, si teme che l'introduzione di organismi geneticamente modificati nel settore agroalimentare possa avere potenziali conseguenze economiche e sociali negative sullo sviluppo delle aree a economia agricola in cui vengono coltivati. Tutti questi diversi elementi sono ancora al centro di accesi dibattiti in corso a livelli nazionali e internazionali, creando spesso forti polarizzazioni all'interno dell'opinione pubblica e sollevando dibattiti anche nella stessa comunità scientifica. Tra i temi più dibattuti vi sono anche la legittimità di brevettare le strutture genetiche e gli organismi geneticamente modificati ottenuti (pratica attualmente possibile in gran parte dei paesi sviluppati e impegnati nella ricerca genetica), nonché le implicazioni etiche legate all'uso di animali ingegnerizzati per fini sperimentali (es. il topo per ricerche sul cancro: oncotopo ) o all'uso di cellule embrionali umane a fini di ricerca (trasformazione, clonazione, chimerizzazione). Informazioni utili Plasmidi. Piccole molecole di DNA circolare situate al di fuori del cromosoma e presenti in molti batteri, capaci di replicarsi autonomamente a ogni evento di replicazione del microrganismo. Enzimi di restrizione. (Forbici). Enzimi che riconoscono precise sequenze di di 4 o 6 coppie di basi nella doppia elica di DNA e tagliano entrambe le eliche in corrispondenza di queste sequenze. Sono diverse centinaia, ciascuno con la capacità di riconoscere e tagliare una specifica sequenza. Estremità coesive identiche (estremità appiccicose ). Le estremità che si formano quando una doppia elica di DNA viene tagliata con lo stesso enzima di restrizione. Tecniche di ingegneria genetica Si possono inserire specifiche sequenze di DNA di batteri o di cellule superiori in plasmidi capaci di replicarsi. Si può creare un batterio che contiene nel suo corredo genetico un gene di una pianta o di un animale.

7 Si possono creare organismi (piante o animali) che hanno incorporato permanentemente nel loro corredo genetico geni di specie completamente diverse, e che vengono detti per questo transgenici. Biofarmaci. Grosse molecole biologiche, prevalentemente proteine, che vengono, o venivano, estratte dai tessuti che li contengono. Es. l'insulina per la terapia nel diabete: essa veniva, e in parte viene tuttora, purificata dal pancreas dei suini o dei bovini. L'uso di insulina proveniente da queste specie animali può occasionalmente scatenare reazioni allergiche, dal momento che tale molecola proteica non è identica a quella umana. Ciò non avviene per l'insulina prodotta dall'e.coli OGM, poiché essa è costituita da una molecola identica a quella dell'insulina umana (è codificata dallo stesso gene!). Infatti, come già visto, l'insulina umana può essere prodotta (e attualmente il 70% del mercato mondiale dell'insulina è costituito da questa insulina) dal batterio E.coli a partire dal gene umano introdotto nel batterio stesso (nel suo plasmide). Bacillus thuringiensis. Batterio che produce una proteina che è una protossina per molte specie di insetti. Le spore di questo batterio vengono utilizzate da molto tempo in agricoltura come insetticidi. Quando sono ingerite dagli insetti le spore germinano cioè ridiventano batteri attivi e producono la protossina. L'ambiente dell'apparato digerente dell'insetto taglia la protossina trasformandola in tossina che uccide l'insetto. Oggi si è riusciti inserire il gene della protossina di Bacillus thuringiensis in varie specie coltivabili creando così specie trasgeniche che producono direttamente la protossina senza la necessità di spargere le spore del bacillo sulle colture. Tra queste specie abbiamo colza, erba medica, mais, soia, cotone, pomodoro, patata. Mais, cotone, patata e pomodoro transgenici per le proteine di Bacillus thuringiensis vengono attualmente coltivati su larga scala (es. Mais bt). A questo proposito, occorre dire che l'accettazione senza riserve della terapia genica (vedi sopra) da parte di persone che rifiutano poi di mangiare e quindi degradare nel proprio stomaco un vegetale transgenico perché contiene un gene che lo rende resistente a un insetto, non può che lasciare perplessi. La questione del Golden Rice. Chi è dotato di Buona Volontà dovrebbe approfondirla!!