Le applicazioni delle biotecnologie 18/09/12 27/11/11 Le applicazioni delle biotecnologie 1 1 1

Storia delle biotecnologie 13/09/12 27/11/11 Storia delle biotecnologie E’ una storia iniziata 10000 anni fa, nel Mesolitico, quando gli umani iniziarono a produrre piante di frumento geneticamente diverso da quelli selvatici Oggi, OGM e altri prodotti biotecnologici sono usati per La ricerca scientifica L’agricoltura L’ambiente L’industria La medicina 2 2 2

Alcune applicazioni (1) 13/09/12 27/11/11 Alcune applicazioni (1) piante transgeniche a elevato contenuto nutrizionale piante transgeniche resistenti ai parassiti microrganismi utilizzati nel biorisanamento microrganismi utilizzati come biofiltri per assorbire i metalli pesanti delle acque microrganismi utilizzati come biosensori di sostanze inquinanti 3 3 3

Alcune applicazioni (2) 13/09/12 27/11/11 Alcune applicazioni (2) microrganismi utilizzati come biopile per produrre energia elettrica microrganismi utilizzati per la produzione di fertilizzanti microrganismi utilizzati per produrre sostanze di difficile sintesi microrganismi utilizzati come biofiltri per assorbire i metalli pesanti delle acque 4 4 4

Alcune applicazioni (3) 13/09/12 27/11/11 Alcune applicazioni (3) microrganismi utilizzati per produrre biocarburanti microrganismi utilizzati per la produzione di farmaci cellule di mammiferi per produrre anticorpi monoclonali umani con popolazioni di cellule GM per contrastare le malattie genetiche (terapia genica) 5 5 5

Alcune applicazioni (4) 13/09/12 27/11/11 Alcune applicazioni (4) cellule staminali utilizzate nella terapia genica cellule staminali utilizzate per rigenerare i tessuti danneggiati profili genetici per la farmacogenomica clonazione di animali transgenici topi knock-out 6 6 6

13/09/12 27/11/11 Piante transgeniche Le piante transgeniche sono piante transfettate con un gene d’interesse e poi clonate tramite colture di frammenti di tessuti di piante che generano calli di cellule indifferenziate il gene viene inseriti tramite il plasmide Ti che in natura è usato dall’ Agrobacterium tumefaciens, un agente patogeno che inserisce un tratto del proprio plasmide Ti nei cromosomi vegetali sostituendo tratti del Ti con geni d’interesse sono prodotte per esempio il Golden Rice, le piante che producono lipidi ω-3 e Piante Bt 7 7 7

Piante transgeniche a elevato contenuto nutrizionale 13/09/12 27/11/11 Piante transgeniche a elevato contenuto nutrizionale Il Golden Rice è un riso transgenico transfettato tramite il plasmide Ti dell’Agrobacterium tumefaciens I nuovi geni di cui viene dotato derivano uno dal mais e l’altro dall’Erwinia uredovora (batterio) il riso transgenico produce Vitamina A la vitamina A o acido retinoico è un precursore indispensabile per molti processi metabolici la carenza di vitamina A provoca 2 milioni di morti 8 8 8

Normalmente assunti da chi si ciba anche di pesce 13/09/12 27/11/11 Piante ω-3 Piante transgeniche transfettate mediante il plasmide Ti dell’Agrobacterium tumefaciens con geni di alghe marine unicellulari I lipidi che queste piante producono grazie ai geni dei microrganismi contengono acidi grassi polinsaturi, con un’insaturazione in posizione ω (terz’ultima), che riducono il livello di colesterolo Normalmente assunti da chi si ciba anche di pesce 9 9 9

Piante Bt resistenti ai parassiti 13/09/12 27/11/11 Piante Bt resistenti ai parassiti Piante transgeniche transfettate mediante il plasmide Ti dell’Agrobacterium tumefaciens col gene Cry Il gene Cry è normalmente prodotto dal Bacillus thurigiensis e codifica per una tossina proteica che compromette le funzioni intestinali degli insetti, provocandone la morte, ma non dei vertebrati Le piante Bt crescono dunque senza insetticidi Vantaggio indiretto anche perché non viene favorito il fungo Fusarium produttore della Fumonisina, una pericolosa tossina 10 10 10

Piante resistenti a fattori limitanti 13/09/12 27/11/11 Piante resistenti a fattori limitanti Studi su piante transgeniche resistenti a Gelo Siccità Sali 11 11 11

Applicazioni ambientaliste 13/09/12 27/11/11 Applicazioni ambientaliste Microrganismi modificati in modo da degradare sostanze organiche come il petrolio usati nel biorisanamento di terreni e bacini idrici inquinati Batteri transgenici col gene delle meduse per una proteina fluorescente che legandosi a idrocarburi e metalli pesanti ne rilevano la presenza, funzionando da biosensori Escherichia GM in grado di produrre una proteina del lievito che si lega al Hg, intrappolandolo nelle loro cellule. Fissati su supporti solidi, formano biofiltri in grado di eliminare il mercurio derivato dagli scarichi industriali 12 12 12

Applicazioni industriali 13/09/12 27/11/11 Applicazioni industriali Biopile contenenti all’anodo batteri anaerobi GM che ossidano materiale organico presente nelle acque reflue, generando un flusso di elettroni verso il catodo Batteri anaerobi GM che producono il COMPOST (terriccio fertilizzante) a partire dalla trasformazione anaerobia dei rifiuti umidi Mais transgenico col gene batterico per digerire la cellulosa a temperature maggiori di 50º. Dopo la raccolta, gli scarti riscaldati fermentando producono etanolo (usato come biocarburante). Il Biodiesel è invece prodotto dalla raffinazione dell’olio di palma e colza Ingegneria metabolica: alterazione del metabolismo di batteri in modo da produrre butandiolo (prod. resine) 13 13 13

Produzione di farmaci grazie a batteri GM 13/09/12 27/11/11 Produzione di farmaci grazie a batteri GM Ingegneria metabolica: alterazione del metabolismo di batteri in modo da produrre xantina, base purinica usata in farmacologia come broncodilatatore L’insulina umana oggi viene prodotta da batteri con la tecnologia del DNA ricombinante. E’ stato il primo farmaco ottenuto dall’ingegneria genetica,. Prima di allora i diabetici venivano trattati con l’insulina bovina Altri ormoni, fattori per la coagulazione, anticorpi e vaccini sono anch’essi prodotti da batteri trasformati con vettori plasmidici contenenti geni umani 14 14 14

Produzione di farmaci grazie a piante transgeniche 13/09/12 27/11/11 Produzione di farmaci grazie a piante transgeniche Piante transgeniche (e.g. pianta di tabacco) producono anticorpi umani utilizzati nella terapia di alcune patologie Piante transgeniche usate anche per produrre l’enzima umano glucocerebrosidasi utilizzato nella sindrome di Gaucher, una patologia neurodegenerativa 15 15 15

Anticorpi monoclonali 13/09/12 27/11/11 Anticorpi monoclonali Anticorpi prodotti da ibridomi, cellule derivate dalla fusione di una plasmacellula murina specializzata nella produzione di uno specifico anticorpo (dopo che il sistema immunitario del topo è stato stimolato da un determinato antigene) e di una cellula di mieloma: gli ibridomi, si moltiplicano come le cellule tumorali, originando cloni e producono l’anticorpo d’interesse Risalendo al gene dall’anticorpo (che è una proteina), il gene può essere transfettato in una pianta di tabacco per la produzione su larga scala 16 16 16

Anticorpi monoclonali 13/09/12 27/11/11 Anticorpi monoclonali Gli anticorpi monoclonali sono usati in terapia, in diagnostica e per la ricerca scientifica In ricerca, gli anticorpi monoclonali legati a gruppi fluorescenti sono usati per localizzare la posizione di determinate proteine all’interno delle cellule. Se la proteina è un enzima, per esempio, la sua localizzazione con un anticorpo monoclonale marcato con la fluorescenza ci consente di sapere dove avviene il processo metabolico che catalizza Alcuni anticorpi monoclonali sono stati usati per riconoscere e legare gli antigeni di cellule tumorali, nel tentativo di bloccarle 17 17 17

Anticorpi monoclonali 13/09/12 27/11/11 Anticorpi monoclonali Gli anticorpi monoclonali sono usati in immunoprofilassi per proteggere le madri Rh negative dagli antigeni del figlio Rh positivo (evitando in questo modo l’aborto naturale nella gravidanza successiva) In diagnostica sono usati nell’immunoscintigrafia, marcandoli con isotopi radioattivi per evidenziare l’eventuale presenza di cellule tumorali Metodo diagnostico ELISA 18 18 18

13/09/12 27/11/11 La Terapia Genica La manipolazione del DNA consente anche la terapia genica per quelle patologie che dipendono dal malfunzionamento di una proteina Carenza dell’enzima ADA (adenosina deaminasi) causa immunodeficienza. Con vettore retrovirale si inserisce gene ADA in cellule staminali del midollo estratte precedentemente dal paziente e poi trasfuse Carenza di lipoproteina lipasi causa incapacità di metabolizzare i chilomicroni nel sangue. Esiste farmaco costituito da adenovirus modificato che inserisce il gene corrispondente nei pazienti 19 19 19

Le staminali totipotenti: zigote e morula 13/09/12 27/11/11 Cellule staminali Le staminali totipotenti: zigote e morula 20 20 20

Le staminali pluripotenti: blastocisti e gastrula 13/09/12 27/11/11 Cellule staminali Le staminali pluripotenti: blastocisti e gastrula 21 21 21

ESC staminali embrionale (totipotenti/pluripotenti) 13/09/12 27/11/11 Cellule staminali ESC staminali embrionale (totipotenti/pluripotenti) SSC staminali somatiche (multipotenti, e.g. emopoietiche) iPSC cellule staminali pluripotenti indotte: il premio Nobel Yamanaka è riuscito a inserire in cellule adulte (e.g. epidermide) geni codificanti fattori in grado di indurre uno stato di de-differenziamento, trasformandole in pluripotenti le cellule staminali sono strumenti potenzialmente ideali sia per la terapia genica che per la medicina rigenerativa, rappresentando una riserva di cellule da cui ottenere i diversi tipi cellulari o addirittura organi 22 22 22

Clonazione di mammiferi 13/09/12 27/11/11 Clonazione di mammiferi Ian Wilmut, 1996, Pecora Dolly Trasferimento nucleare: il nucleo di una ghiandola mammaria (2n) di pecora inserito in ovocita (n) di un’altra a è stato asportato il nucleo; lo pseudo-zigote così ottenuto è coltivato in vitro e poi impiantato nell’utero di una terza pecora Preservazione di specie in via di estinzione Clonazione terapeutica: riserva di cellule staminali per curare malattie degenerative come il morbo di Parkinson 23 23 23

Mammiferi transgenici 13/09/12 27/11/11 Mammiferi transgenici Cellula embrionale prelevata e trasfettata con gene d’interesse e coltivata. Le cellule così ottenute sono inserite in una blastocisti poi impiantata nell’utero di una femmina che partorirà una chimera (perché l’animale non avrà il gene d’interesse in tutti i tessuti). Le chimere sono poi incrociate tra di loro per ottenere linee pure in questo modo generate mucche che producono latte con lisozima, lattoferrina e lattoalbumina umane pharming: animali transgenici con farmaci nel latte, come pecore il cui latte contiene l’ormone della crescita umana 24 24 24

Topi knock-out Topi transgenici con un gene silenziato 13/09/12 27/11/11 Topi knock-out Topi transgenici con un gene silenziato Il gene di un topo viene inserito in un plasmide e poi interrotto con un tratto esogeno detto marcatore un’altra cellula embrionale da una blastocisti e trasfettata col plasmide che per ricombinazione omologa può sostituire il gene endogeno con quello non funzionante. Le cellule così modificate sono inserite in blastocisti poi impiantata in utero Usati in ricerca scientifica per studiare i meccanismi molecolari di alcune patologie 25 25 25

Questioni legate all’etica 18/09/12 27/11/11 Questioni legate all’etica 26 26 26

I diritti degli altri animali 13/09/12 27/11/11 I diritti degli altri animali 27 27 27

Questioni bioetiche sollevate da 13/09/12 27/11/11 Questioni bioetiche sollevate da Interessi economici e commerciali animalismo ambientalismo religione miti e pregiudizi antiscientifici usi criminali 28 28 28

Miti sugli OGM Leggi pag 202-203 Sadava et al. 13/09/12 27/11/11 Il mito secondo cui gli animali clonati non sono ‘normali’ (leggi fotocopie Campbell pag 414-415 Problem Associated with Animal Cloning) Organismi giornalisticamente modificati (p. 97-98 Defez: fragola-pesce, pomodoro-merluzzo) Miti sugli OGM Leggi pag 202-203 Sadava et al. 29 29 29

Considerazioni bioetiche 13/09/12 27/11/11 Considerazioni bioetiche Leggi Sadava pag. 201 (Riflessioni sugli OGM) Leggi Sadava pag. 198 (Riflessioni sulla clonazione) Leggi Sadava pag. 194 (Riflessioni sulle cellule staminali) Leggi Sadava pag. 193 (Riflessioni sulla terapia genica) 30 30 30

Il potere della Monsanto 13/09/12 27/11/11 Il potere della Monsanto In parallelo all'enorme successo commerciale, la notorietà dell'azienda è anche dovuta alle costanti critiche sollevate ad essa da associazioni contrarie ad alcuni usi delle biotecnologie e alle numerose cause legali che Monsanto ha intrapreso per proteggere i propri brevetti. L’immagine successiva unisce due problemi etici diversi, quello di natura bioetica e quello legato all’economia. Condividi l’idea che propone l’artista? 31 31 31