Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Obiettivi specifici: - comprendere le tecniche generali per la produzione di O.G.M. - individuare i campi di applicazione degli O.G.M. - conoscere i vantaggi e gli svantaggi legati agli O.G.M. - prendere visione dei regolamenti nazionali ed internazionali legati alla produzione e commercializzazione di O.G.M. Prerequisiti:- genetica di base; Cellula procariota ed eucariota, struttura del DNA, plasmidi, enzimi di restrizione, primers e a DNA polimerasi, sintesi delle proteine; DNA ricombinante Classe IV a / liceo scientifico; Ore previste di lezione frontale: 2; Verifica specifica al termine dell’U.D.; Verifica finale, da inserire in argomento più generale. Esperienza in collaborazione con Università: RICONOSCIMENTO DI ORGANISMI GENETICAMENTE MODIFICATI (OGM) Una giornata in laboratorio; a seguire, discussione dei risultati Interdisciplinarità importanti con educazione civica

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli O.G.M. nel nostro immaginarioDefiniamo cosa significa O.G.M. Concetti ed esempi di ingegneria genetica e Biotecnologie tradizionali e avanzate D.N.A. ricombinante Campi di applicazione (panoramica) Campi di applicazione (in dettaglio) Considerazioni socio-economiche Legislazione europea e situazione in Italia Pro e contro laboratorio

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli O.G.M.??

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Ma… che cos’è un OGM? Organismi Geneticamente Modificati sono batteri, funghi, virus, piante e animali le cui caratteristiche genetiche sono state modificate attraverso l’ingegneria genetica ingegneria genetica : tutte quelle tecniche che permettono di identificare, isolare e trasferire artificialmente un gene dal patrimonio genetico di un organismo a quello di un altro essere. è possibile creare artificialmente una nuova combinazione di geni, MAI esistita prima Sull’ingegneria genetica si fondano le BIOTECNOLOGIE Le biotecnologie tradizionali Biotecnologie innovative

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro indusitriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Le biotecnologie tradizionali tecnologie produttive utilizzate da millenni in zootecnia, I microrganismi delle fermentazioni, fermentazione e nell'agricoltura; La scoperta degli antibiotici L’uso dei vaccini Biotecnologie innovative Ingegneria genetica; DNA ricombinante; selezione e incrocio

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Come si ottiene un O.G.M. Ricapitoliamo le TAPPE NECESSARIE PER IL DNA-RICOMBINANTE A. DNA tagliato enzimi di restrizione plasmide tagliato con stessi enzimi B. DNA, portatore del gene isolato, incollato al plasmide tramite enzima detto DNA ligasi C. Ottengo plasmidio transgenico con nuova caratteristica del gene estraneo. Si inserisce poi il plasmide in altre cellule che possono replicare il segmento milioni di volte durante la proliferazione cellulare. plasmidio

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli APPLICAZIONI DEGLI O.G.M. AGRICOLTURAECOLOGIAZOOTECNIAAPPLICAZIONI BIOMEDICHE

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli AGRICOLTURA Tabacco : prima coltivazione transgenica su larga scala Normalmente soggetta al virus del mosaico (ingiallisce le foglie e ne impedisce la funzione clorofilliana). Il gene inserito la rende resistente. Obiettivi delle biotecnologie in campo agricolo 1) Incremento della produttività delle colture: Resistenza ai patogeni (Insetti, virus, funghi, ecc.); Tolleranza agli erbicidi 2) Modifica delle proprietà agronomiche: Tolleranza alla siccità, salinità. Resistenza al freddo 3) Miglioramento delle caratteristiche qualitative dei prodotti: Resistenza alla marcescenza. Modifica della qualità e tenore di aminoacidi, acidi grassi 4) Utilizzo delle piante come bio-reattori vegetali: Produzione di farmaci, vaccini 5) Impiego delle tecniche di biologia molecolare per: programmi di miglioramento genetico, certificazione genetica e varietale, attività di diagnosi e controllo fitosanitario

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli QUALCHE ESEMPIO

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli La soia Roundup Ready è stata modificata per tollerare Roundup, un diserbante non selettivo che devitalizza tutta la vegetazione con cui entra in contatto. QUALCHE ESEMPIO CINA: Ha sviluppato da sola un cotone-GM →Riduzione di 5 volte nella quantità di insetticidi utilizzati

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli QUALCHE ESEMPIO Riso-GM presenta un aumento nella produzione di beta carotene (precursore della vitamina A) e il suo seme è giallo. Introduzione di antigeni di patogeni umani. Mangiare il frutto può indurre la produzione di anticorpi, come una vaccinazione, rendendo la persona immune alla malattia.

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Caratteri genetici più frequentemente inseriti nei vegetali La soia tollerante i diserbanti, che ricopre il 60% della superficie totale coltivata con piante gm, continua a essere la varietà più diffusa. Piante GM maggiormente diffuse nel mondo

- Le modifiche genetiche potrebbero essere trasmesse alle piante non GM della stessa specie tramite impollinazione. - Le modifiche genetiche come la resistenza a certi erbicidi potrebbero essere trasmesse alle piante infestanti. - La popolazione di piante GM potrebbe crescere in modo invasivo riducendo la biodiversità. - Se venisse inserita nelle piante la possibilità di produrre pesticidi, gli insetti nocivi sottoposti a dosi massicce potrebbero diventare resistenti a questi. RISCHI AMBIENTALI Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Le più frequenti argomentazioni di chi è… contro

- Diffusione O.G.M. → distruzione diversità, conoscenze locali, sistemi agricoli sviluppati per millenni - contadini → obbligati a comperare i semi e i prodotti chimici (erbicidi, fertilizzanti, pesticidi) dalle multinazionali. Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli ASPETTI SOCIO – ECONOMICI: RAPPORTO TRA PRIMO E TERZO MONDO Possibile tossicità degli OGM e residui di erbicidi negli alimenti; allergie e intolleranze alimentari dovute all’introduzione di nuove proteine; Trasmissione all’uomo di resistenza agli antibiotici che può provocare il proliferare di batteri patogeni; Possibili problemi di degradazione del DNA transgenico nel metabolismo degli animali e dell’uomo. RISCHI PER LA SALUTE UMANA

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Le più frequenti argomentazioni di chi è… pro Resistenza ai patogeni ed ai parassiti Tolleranza agli erbicidi Resistenza agli stress ambientali (capacità di sopravvivenza in aree con climi avversi) Miglioramento della qualità degli alimenti e delle caratteristiche nutrizionali Aumento della conservabilità Possibilità di ottenere piante e prodotti con le seguenti caratteristiche:

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Grazie a tali caratteristiche l’utilizzo di piante gm può rappresentare un consistente aiuto per lo sviluppo del terzo mondo e per la fame nel mondo Il Golden Rice è una risorsa per i denutriti poiché contiene maggiore vitamina A. Patate anti epatite B Uova con vaccino

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Vengono definiti bio-reattori quegli organismi, che siano piante o animali, i cui geni sono stati modificati al fine di produrre farmaci o proteine umane. Bio-reattori Maryland (USA) → patata con un gene che stimola il sistema immunitario umano a combattere parassiti intestinali. (la pecora Dolly, primo esempio di clonazione animale, è nata proprio nell’ambito di un progetto di questo genere). QUALCHE ESEMPIO Dal latte di capra → l’attivatore tissutale del plasminogeno, che scioglie i coaguli del sangue → somministrato agli infartuati. Dal latte di alcuni conigli transgenici → l’interleuchina-2, una proteina umana implicata nella regolazione del sistema immunitario → ai malati di cancro APPLICAZIONI BIOMEDICHE

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Xenotrapianti: in avanzata fase di sperimentazione; così definiti i trapianti fra specie diverse: animali transgenici come donatori d’organi compatibili con gli esseri umani.

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli ECOLOGIA microrganismi transgenici da microrganismi che naturalmtente si nutrono di inquinanti (idrocarburi e metalli pesanti) possono aiutare nel recupero danni dovuti a disastri ambientali (bioremediation) - produzione di animali resistenti alle infezioni, allo scopo di ridurrel’impiego di antibiotici negli allevamenti ZOOTECNIA - Utilizzo di mangimi contenenti materie prime G.M.

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Legislazione europea Le principali norme adottate dalla UE attualmente in vigore sono: - la Direttiva 2001/18/CE sull’emissione deliberata di ogm nell’ambiente che supera la precedente direttiva 90/220/CE. - Il regolamento CE n. 1829/2003 relativo alla commercializzazione di alimenti e mangimi prodotti o derivati da OGM - Il Regolamento CE n. 1830/2003 che regolamenta l’etichettatura e la tracciabilità degli OGM Tutti i prodotti contenenti ingredienti (o derivati da un ingrediente) con più dello 0,9% di OGM devono essere etichettati con la dicitura "questo prodotto contiene Ogm" oppure "questo prodotto deriva da Ogm". L'etichettatura sarà richiesta anche per i prodotti in cui la presenza degli Ogm non può più essere identificata nel prodotto finale [ è il caso di oli vegetali, amidi, zuccheri, ecc., che prima erano esclusi dall'obbligo di etichettatura ]. Mangimi e additivi devono essere etichettati [ era finora mancata qualsiasi norma per il settore mangimistico ].

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli E in Italia ? In Italia non è possibile coltivare per scopi commerciali nessuna delle piante GM autorizzate in Europa La coltivazione di piante GM è permessa solo a scopo sperimentale (normativa europea 2001/18/CE, recepita dall’Italia con il decreto legislativo n. 224 del ) Sperimentazioni autorizzate in Italia

Organismi Geneticamente Modificati; applicazioni agro industriali Unità didattica per la classe A060 Roberto Lelli Esperienza di laboratorio: riconosimento O.G.M. Prerequisiti. Conoscenze sull'organizzazione della cellula eucariotica, sulla struttura dei plasmidi, sugli enzimi di restrizione. Introduzione: un OGM è un organismo il cui materiale genetico è stato modificato, in modo diverso da quanto si verifica in natura, mediante incrocio o con la ricombinazione genetica naturale. In particolare per le piante dicotiledoni (leguminose, ortaggi, alberi da frutto), il vettore più usato è l'Agrobacterium tumefaciens, un batterio che viene modificato con l'inserimento di un gene esogeno. Frammenti del tessuto della pianta vengono "infettati" con questo batterio, che ha la capacità di produrre dei piccoli tumori sulla superficie del tessuto vegetale. Queste escrescenze, dette calli, contengono le cellule infettate, modificate con il gene estraneo. Da queste cellule germogliano le nuove piantine transgeniche. L'approccio sperimentale che verrà usato è simile a quello impiegato nella trasformazione batterica. Anche in questo caso il gene estraneo viene clonato in un vettore che è sotto il controllo di un promotore forte, il promotore P 35S del DNA del Virus del Mosaico del Cavolfiore (CaMV). Le sequenze nucleotidiche di questo promotore sono specifiche e non presenti nel genoma delle piante trasformate. La sua presenza indica quindi la natura transgenica del prodotto. Il riconoscimento di un OGM viene ottenuto amplificando la regione del promotore P 35S del CaMV impiegando un tecnica nota come Polymerase Chain Reaction (PCR). Giorno 1: Screening di OGM Obiettivo dell'esperienza. Verificare se i campioni in esame (alimenti di origine vegetale) provengono da coltivazioni geneticamente modificate. Tempo richiesto: 3 ore.; discussione risultati: 2 ore