Biologia

Le biotecnologie e l’ingegneria genetica trovano applicazioni anche in campo ambientale, come ad esempio nel compostaggio, nella produzione di biocombustibili, nel biorisanamento di aree inquinate. Possono essere utilizzate per monitorare ecosistemi tramite biosensori e ripulire acque di scarico mediante biofiltri.

Sviluppo sostenibile

Questo termine venne elaborato nel 1987 nel rapporto BRUNTLAND: le nazioni unite affidarono ad una commissione speciale la realizzazione di un piano di sviluppo “eco-friendly” a lungo termine. Con sviluppo sostenibile si indica uno sviluppo che soddisfi le necessità del presente senza compromettere le possibilità delle future generazioni di soddisfare le proprie. I temi principali furono il consumo di risorse e la produzione di rifiuti. In un piano di sviluppo sostenibile si incentivano le energie rinnovabili quali quella eolica, la solare, le biomasse, il geotermico e l’idrico, mentre disincentivano risorse non rinnovabili quale il nucleare e i combustibili. Con risorsa non rinnovabile si definisce una fonte la cui produttività non può essere sostenuta all’infinito

La prima clonazione nel 1996 con la pecora Dolly. Ma ancora prima, nel 1962, lo scienziato Gurdon era riuscito a trapiantare il nucleo di cellule di intestino di girino dentro l’ovulo di una rana. Il processo di trapianto di nucleo si dice trasferimento nucleare.

La clonazione è una tecnica che permette di ottenere un nuovo individuo da una cellula differenziata attraverso una riproduzione agamica. Clone però non significa identico: in quanto l’individuo è l’espressione fenotipica dei propri geni, che è determinata anche dalle condizioni ambientali.

Le cellule staminali sono cellule non differenziate in grado di riprodursi in modo illimitato e di differenziarsi in cellule specializzate grazie ad opportuni stimoli.

Il numero di tipi di cellule che si possono ottenere definisce la potenzialità della cellula staminale:

• Totipotenti: si differenziano in qualunque tipo di cellula fino a riformare un organismo completo, lo sono le cellule dello zigote (le prime 8);
• Pluripotenti: possono differenziarsi in tutti i tipi ma non generare un organismo completo; lo sono le cellule della Blastocisti;
• Multipotenti: sono in grado di differenziarsi in poche cellule e normalmente sono presenti negli adulti;
• Unipotenti: generano un solo tipo cellulare.

È possibile generare un organismo geneticamente modificato introducendo un corredo genetico:

1. In uno dei due nuclei della cellula uovo fecondata (in uno dei gameti).
2. Nel nucleo delle cellule embrionali.

Gli organismi transgenici sono quindi ottenuti inserendo dei geni esogeni nel corredo genetico dell’individuo.

Piante transgeniche

Esse per regolamentazione sono ristretti a collaudi in piccole aree in quanto non si sanno bene gli effetti che possono scaturire.

Una pianta transgenica può essere resistente agli erbicidi, a insetti, a virus, ecc… e migliorare qualitativamente. Soia e mais transgenici già sul mercato.

La terapia genica si basa sulla possibilità di intervento a livello genico sul gene difettoso invece che iniettando direttamente la proteina carente (come nella fenilchetonuria o nell’emofilia) dentro la persona malata.

Esistono due tipi di terapie:

1. Terapia somatica: consiste nel ridurre o eliminare errori genetici a livello delle cellule somatiche umane (con effetti collaterali limitati).
2. Terapia germinale: corregge difetti genetici direttamente sui gameti (attualmente non ha applicazioni umane) ma va contro il principio etico dell’intangibilità del patrimonio genetico ereditario.

Le problematiche relative alla terapia genica sono svariate, come ad esempio la difficoltà di identificare e isolare il gene alterato, e poi creare un gene che lo sostituisca. Difficile poi è inserirlo nel punto giusto. È inoltre necessario studiare l’interazione fra l’agente esogeno e gli altri geni. Quando si utilizza un virus come vettore, bisogna studiarne gli effetti al fine di evitare controindicazioni.

La procedura per correggere il DNA delle cellule solitamente è il seguente:

1. Modificare il DNA virale inserendo il gene esogeno al posto dei geni della moltiplicazione per renderlo apatogeno;
2. Prelevare cellule staminale dal paziente ed infettarle col virus;
3. Iniettare le staminali infette.
   

Gli anticorpi sono proteine terziarie prodotte dai linfociti B, in particolare dalle plasmacellule. Essi hanno specificità verso un solo epitopo (ovvero una sequenza di amminoacidi, detta antigene, presente sull’agente patogeno).

Coltivare i linfociti B in vitro è impossibile, in quanto essi muoiono praticamente subito.

Gli anticorpi monoclonali invece, si possono produrre attraverso gli ibridomi:

1. Si prende un topo che viene immunizzato, iniettando l’antigene di cui voglio l’anticorpo.
2. Si induce un tumore alle plasmacellule (“Mieloma multiplo”).
3. Si prelevano le plasmacellule tumorali e linfociti B dalla milza.
4. Si combinano i linfociti B (i produttori di anticorpi) con le cellule tumorali (che si duplicano all’infinito), dando origine all’ibridoma.

Gli anticorpi monoclonali sono chimerici: ovvero si ottengono per sostituzione delle sequenze del DNA del topo con sequenze umane (dal 70% al 90%, oltre il quale si dicono umanizzati, fino ad arrivare alla completa sostituzione). Gli anticorpi così ottenuti permettono di rilevare nei campioni biologici la presenza di agenti patogeni o marcatori tumorali (molecole specifiche di un tumore), come ad esempio i tumori alla prostata o al fegato con il “Gadolinio 157 0 159” e l’”RMN”.

Le tecnologie del DNA ricombinante permettono di affrontare problemi pratici come la produzione, in cellule batteriche o eucarioti, di grandi quantità di molecole che scarseggiano o sono assenti in natura, con lo scopo di trattare particolari malattie umane. Oltre alla produzione di proteine terapeutiche, il DNA ricombinante si può utilizzare anche per la generazione di anticorpi monoclonali, vaccini e per curare malattie genetiche.

Le proteine terapeutiche isolate da tessuti animali o umani possono essere utilizzate per compensare carenze congenite nell’uomo. Solitamente il DNA ricombinante si utilizza quando non si dispone di abbastanza tessuto umano (proveniente da un individuo deceduto) da cui estrarre le proteine. Le proteine si possono anche estrarre dal sangue di un donatore. Molte proteine, inoltre, sono presenti nelle cellule eucariote solo in piccole quantità.

Costruzione del DNA ricombinante

Per generare del DNA ricombinante, sono necessari il gene ed un vettore con cui muoverlo (generalmente un plasmide). Entrambi vengono tagliati in maniera complementare da un enzima di restrizione, formando due “monconi” detti appiccicosi. Essi vengono poi legati dalla DNA ligasi. Per trasportare i geni da una specie all’altra, si usano i fagi, per i frammenti più grandi, e i plasmidi, per i frammenti più piccoli.

Quando il microrganismo si riproduce, genera automaticamente copie del DNA ricombinante. A partire da un batterio, in un giorno si possono ottenere circa 10¹⁵ copie, amplficando enormemente il gene stesso e/o la quantità del gene prodotto.

Le genoteche

Dalla clonazione di tutti i frammenti di un genoma, mediante una raccolta di cloni batterici, si ottiene una genoteca. La genoteca umana è stata ottenuta mediante vettori fagi (anzichè batteri) ed è costituita da circa un milione di cloni.