Clonazione animale e sicurezza alimentare

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CAMERINO SCUOLA DI SCIENZE MEDICHE VETERINARIE FACOLTÀ DI MEDICINA VETERINARIA Corso di Laurea Specialistica in Medicina Veterinaria TESI DI LAUREA IN VET 04 Ispezione degli Alimenti di Origine Animale Clonazione animale e sicurezza alimentare (tesi compilativa) Laureanda: Sofia Strubbia Relatore: Prof. Anna Rita Loschi ANNO ACCADEMICO 2010/2011

2 Introduzione La clonazione è un naturale processo di riproduzione asessuata normalmente praticato dagli organismi viventi unicellulari come virus, batteri, animali e piante. L uomo utilizza questa tecnica già da molto tempo in agricoltura, prelevando una piccola parte da una pianta e riproducendo da questa una nuova pianta (Posillipo, 2008). Clonare significa dunque riprodurre frammenti di DNA e linee cellulari ma anche organismi pluricellulari geneticamente identici. I primi studi che hanno posto le basi per la clonazione nascono già nel 1938 con gli esperimenti di Hans Spermann che propose di prelevare il nucleo da una cellula di un embrione in avanzata fase di sviluppo e trasferirlo nel citoplasma di una cellula uovo enucleata, per capire se il nucleo di una cellula differenziata fosse in grado di riprogrammare l informazione espressa e di controllare lo sviluppo embrionale. Tuttavia, Spermann non poté condurre l esperimento per la mancanza di strumenti adatti alla manipolazione e dissezione delle cellule somatiche e germinali. L interesse dei ricercatori rimase comunque acceso nel corso degli anni passando dalle 2

3 sperimentazioni di Gurdon (1958) sugli anfibi a quelli di Hoopes & Illmense (1980) su cellule embrionali di topo e per almeno 30 anni la clonazione continuò a rappresentare una tecnica al servizio della ricerca biologica di base ( aspx). Soltanto poco più di un decennio fa si è pensato che la tecnica del trasferimento nucleare somatico (TNS) potesse trasformarsi in una procedura di interesse industriale, non a caso cominciarono ad essere oggetto di clonazione pecore, bovini, suini, capre e conigli (Modonesi & Oldani, 2008). Risultati significativi nella clonazione di animali da allevamento furono conseguiti da Willadsen (1986) che tentò la clonazione a partire da cellule embrionali. Nel 1995 nacquero gli agnelli Megan e Morag a partire da cellule embrionali prima coltivate in vitro per alcune settimane e solo in seguito usate per la clonazione (EFSA, 2008). L esperimento ancora oggi più noto resta quello della pecora Dolly, clonata nel 1996 in Scozia con la tecnica del trasferimento nucleare (Wilmut et al., 1997). Il caso suscitò enorme scalpore poiché era la dimostrazione che fosse realmente possibile ottenere cloni a partire da cellule 3

4 somatiche adulte, cosa che fino a quel giorno era ritenuta biologicamente impossibile (Edward et al., 2003). Il successo ottenuto però non è stato sufficiente per svelare e comprendere i numerosi meccanismi coinvolti nella clonazione, soprattutto nella fase più critica di riprogrammazione nucleare; infatti Dolly è nata dopo 277 tentativi falliti, con un tasso di efficienza dello 0.3%. Ancora oggi non si sono evidenziati sostanziali miglioramenti nella tecnica TNS, che resta pertanto limitata alla produzione di animali di allevamento di alto valore genetico (Galli et al., 1999, 2003a; Lagutina et al., 2005) o per generare riproduttori transgenici associando la tecnica del trasferimento nucleare con l ingegneria genetica (Brophy et al., 2003; Kuroiwa et al., 2004; Wall et al., 2005; Lombardo et al., 2007; Galli & Lazzari G., 2008a). Con la tecnica TNS è possibile clonare animali che hanno già dimostrato buoni indici produttivi, bassa incidenza di malattie e capacità di far fronte agli stress ambientali; inoltre, selezionando i caratteri fenotipici responsabili delle migliori performance questi potranno essere trasmessi anche alle generazioni successive, implementando le tradizionali tecniche di allevamento a fini commerciali. Attualmente 4

5 all interno dell Unione Europea la tecnica TNS è utilizzata solo per scopi di ricerca, per tentare di comprendere meccanismi biologici fondamentali, con potenziali benefici in altri settori come la medicina umana. Il comitato scientifico dell EFSA ha osservato che l uso principale di cloni è rivolto alla produzione di animali ad elevato valore zootecnico e non per la produzione di animali destinati al consumo umano (EFSA, 2008). La possibilità d applicazione della clonazione nel settore della ricerca, dell industria e nella zootecnia sono teoricamente quasi illimitate. Tuttavia, da un punto di vista pratico, il basso livello di efficienza ostacola la maggior parte delle applicazioni. Notevoli sforzi sono dunque in corso per aumentare l efficienza della tecnica TNS e ottenere risultati competitivi. Recentemente, le possibili applicazioni della clonazione degli animali da reddito sono state riviste ed è stato suggerito che queste possano essere suddivise in due aree generali: la ricerca biomedica e l impiego in zootecnia. Nel campo della ricerca può avere un impatto potenzialmente enorme sulla comprensione delle leggi biologiche, inclusa l espressione dei geni durante lo sviluppo e la differenziazione (Gurdon & Colman, 1999; Faber et al., 2003; 5

6 Denning & Priddle, 2003; Paterson et al., 2003), e rappresentare anche un importante supporto tecnico per lo studio dei meccanismi epigenetici delle cellule staminali e neoplastiche (Galli et al., 2003b). Inoltre, con le tecniche di clonazione si ha la possibilità di creare animali transgenici o modificati per mezzo dell ingegneria genetica allo scopo di avere colture di cellule con genomi modificati (Alison, 2008). Un importante esperimento di ingegneria genetica condotto nel 1997 ha generato un gruppo di pecore portatrici del gene che codifica per il fattore 9 della coagulazione nell uomo, con importanti risvolti terapeutici per l emofilia (Schnieke et al., 1997). Da vacche clonate e modificate geneticamente si sono potuti produrre anticorpi policlonali umani, usati con successo nel trattamento di numerose infezioni e malattie, comprese patologie autoimmuni come l artrite remautoide (Kuroiwa et al., 2002). Inoltre, sono in corso studi sulla produzione di suini privi degli allergeni responsabili del rigetto da trapianto d organo per il loro impiego in medicina umana (Lai et al., 2002) e di bovini privati del gene che codifica per la proteina prionica, responsabile della malattia della mucca pazza (Kuroiwa et al., 2004). Per questi motivi nel campo biomedico e della ricerca 6

7 l uso di tali metodiche e il loro sviluppo viene incoraggiato a differenza dell applicazione in zootecnia. Nel settore alimentare è nota da tempo l influenza dei geni sulla qualità della carne anche se attualmente le conoscenze appaiono incomplete. Gli animali domestici sono da sempre oggetto di mirate selezioni allo scopo di incrementare l accrescimento ponderale, migliorare il rapporto tra massa magra e grassa, ottimizzare la riproduzione, la resistenza alle patologie, ecc.. Nei bovini da carne il parametro tenerezza è sicuramente quello più apprezzato dai consumatori, a seguire la succosità e l aroma. Tuttavia, gli sforzi degli allevatori nel migliorare tali parametri, possono essere ostacolati dai numerosi meccanismi genetici e ambientali che concorrono nel determinismo del fenotipo. Trovare queste mutazioni e comprendere come controllarle e prevederle è l obiettivo principale degli studi genetici svolti in zootecnia (Zhou et al., 2009). La letteratura scientifica sulla clonazione evidenzia che le previsioni e le speranze del biotecnologo di avere multipli identici di uno stesso animale genitore spesso svaniscono già nella fase dello sviluppo embrionale quando vengono ad essere coinvolte numerose 7

8 modificazioni epigenetiche, inclusa la metilazione del DNA e degli istoni, che normalmente seguono la fertilizzazione permettendo l accrescimento cellulare fino allo stato di zigote e poi l attivazione dei genomi dando a diversi geni la capacità di essere espressi; questi meccanismi fanno si che l embrione già allo stato di blastociste abbia maturato differenze epigenetiche rispetto alle linee cellulari di partenza (Monteiro et al., 2010; Galli & Lazzari, 2008a, Modonesi & Oldani, 2008). L utilità della tecnica TNS impiegando nuclei di cellule embrionali sembra, pertanto, essere più teorica che pratica e, anche lavorando con embrioni a stadi di sviluppo più avanzati, l esame delle caratteristiche fenotipiche non offre informazioni migliori. A tale proposito è da sottolineare che quanto più è avanzato il differenziamento cellulare tanto più è ridotta la possibilità di prelevare cellule idonee per la clonazione con percentuali di successo piuttosto basse. Scopo della presente tesi è quello di descrivere lo stato dell arte in materia di alimenti di origine animale derivanti da animali clonati mettendo in primo piano l esigenza di tutelare la qualità delle filiere alimentari e la salute dei 8

9 consumatori, nonché quella di garantire un sistema di allevamento in linea con i principi del rispetto del benessere animale. 9