Le biotecnologie IN QUESTO NUMERO => Cosa sono le biotecnologie? => Breve storia delle biotecnologie - la produzione del vino - la produzione della birra - la produzione del pane - la produzione di formaggi, burro e yogurt => Dalla selezione alla manipolazione => Applicazioni delle biotecnologie - nella ricerca di base - nella ricerca applicata - in medicina - nella bonifica ambientale - nelle applicazioni industriali - in campo agro-alimentare => Il dibattito sulle biotecnologie IN QUESTO NUMERO Gennaio 2005 - © baol.it

Che cosa sono le biotecnologie Come è noto, la tecnologia si sviluppa parallelamente alla scienza, rappresentandone alcune volte lo strumento per renderne possibile l'avanzamento (ad esempio quando si costruisce un telescopio), altre volte il naturale sbocco applicativo (come quando si costruisce un by-pass). Le biotecnologie sono un insieme di tecniche sviluppate a partire dalle conoscenze scientifiche acquisite nel campo della biologia e della genetica, finalizzate alla produzione di nuove molecole a partire da sistemi biologici esistenti in natura ed opportunamente selezionati o appositamente creati in laboratorio. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie Le biotecnologie sono state utilizzate dall'uomo sin dall'antichità! La produzione di vino, birra e formaggi, infatti, è un esempio di utilizzo di organismi viventi per produrre bevande e cibo che in natura non esistono. Le prime testimonianze della coltivazione della Vitis vinifera risalgono al IV a.C. nell'antica Mesopotamia, mentre un'anfora contenente tracce di vino datata intorno al 3500 a.C. è stata trovata in Iran. La cultura del vino ha raggiunto l'Europa tramite l'Egitto e la Grecia. Il vino aveva un ruolo importante nei costumi della civiltà greca e di quella romana. I greci portarono le proprie viti e iniziarono la produzione del vino nelle loro colonie nell'Italia del Sud; i romani praticarono la viticoltura durante tutta la durata dell'impero. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie I romani erano grandi produttori (e consumatori) di vino! Diffusa era la devozione verso Bacco, il dio dell'uva e della felicità, così come diffuse erano le feste in suo onore, i baccanali. Inizialmente riservato a pochi (e solo agli uomini) il consumo di vino si diffuse presto fino a raggiungere circa i 200 litri all'anno pro-capite!. Si trattava comunque di un vino molto diverso da quello di oggi: più alcolico, aspro e sciropposo andava allungato con acqua, corretto con miele, aromatizzato con spezie varie. La sua conservazione avveniva in recipienti di terracotta rivestiti di pece. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione del vino (1/4) La produzione di vino si basa sulla fermentazione di zuccheri (glucosio e fruttosio) presenti nel succo d'uva. Dopo la raccolta, i grappoli vengono schiacciati per fornire il succo grezzo (mosto): i lieviti già presenti sui chicchi servono da inoculo che fa partire il processo di fermentazione. La fermentazione è il processo di trasformazione, operato dai lieviti, degli zuccheri in anidride carbonica ed alcool; il processo avviene ad opera di un lievito in particolare, il Saccaromyces cerevisiae, che ben presto soppianta tutte le altre specie presenti nel mosto. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione del vino (2/4) La fermentazione procede in modo tumultuoso ed in pochi giorni tutto lo zucchero inizialmente presente nel mosto (dal 10 al 25% del peso) viene trasformato in anidride carbonica ed alcool. L'alcool prodotto ha anche la capacità di estrarre il colore dalle bucce dell'uva: infatti tutti i mosti in partenza sono bianchi, sia che provengano da uve bianche che da uve rosse; la fermentazione in presenza di bucce conferisce quindi il tipico colore rosso al vino. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione del vino (3/4) Durante il primo anno, infine, i vini intraprendono una seconda fermentazione, cosiddetta malo-lattica (ad opera di diversi batteri, tra cui Pediococcus, Leuconostoc, Lactobacillus): l'acido malico, presente nel vino, viene trasformato in acido lattico ed anidride carbonica. Il vino perde così acidità e diventa più gradevole. Molti tipi speciali di vino sono sottoposti a trattamenti specifici; ad esempio negli spumanti la seconda fermentazione avviene grazie all'aggiunta di zucchero direttamente in bottiglia: l'anidride carbonica prodotta resterà imprigionata in bottiglia e sarà poi responsabile delle bollicine. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione del vino (4/4) Un altro esempio di utilizzo di tecnologie aggiuntive nella produzione del vino è rappresentato da alcuni vini dolci francesi; prima della vendemmia le uve vengono irrorate con un fungo: Botrytis cinerea. L'infezione causa la perdita d'acqua dagli acini, che quindi diventano più dolci. Il mosto dolcissimo che si ottiene viene trattato da lieviti selezionati che fermentano il glucosio ma non il fruttosio che resta intatto e conferisce al vino il sapore dolce che lo rende adatto al dessert. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione della birra (1/3) La produzione della birra avviene a partire dall'orzo; in alcuni paesi si utilizzano anche il riso ed il mais. Questi cereali, a differenza dell'uva, non contengono zuccheri fermentabili ma solo amido. L'amido deve essere saccarificato, scisso cioè in maltosio e glucosio che saranno poi fermentati. Tale scissione avviene grazie ad un enzima: l'amilasi. Fortunatamente l'amilasi è presente negli stessi semi di orzo quando germinano; quindi i semi vengono umidificati, lasciati germinare ed infine essiccati per essere immagazzinati e lavorati successivamente. Questo orzo germinato secco si chiama malto. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione della birra (2/3) Il primo passaggio per la produzione di birra è dunque la macinazione del malto in ambiente umido: viene così attivata la scissione dell'amido. L'impasto viene filtrato per ottenere il mosto di malto; al mosto viene aggiunto del luppolo (un'infiorescenza della rampicante Humulus lupus) che rilascia una resina la quale, sciogliendosi, conferisce il tipico sapore amarognolo alla birra. L'aggiunta di luppolo è stata introdotta nel XVI secolo e tutt'oggi in alcuni paesi viene fabbricata birra senza luppolo aggiunto. Il mosto di malto luppolato così preparato è ora pronto per la fermentazione. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione della birra (3/3) Nel caso della birra, al contrario di quanto avviene per il vino, la fermentazione parte sempre grazie all'aggiunta di lieviti da parte dell'uomo. I lieviti utilizzati derivano da lievitazioni precedenti e sono del genere Saccaromyces cerevisiae: nel corso dei secoli i birrai hanno selezionato però ceppi con caratteristiche ottimali (ora chiamati lieviti da birra) che non esistono in natura. Pioniere di quest'arte di riconoscimento e mantenimento di ceppi ottimali privi di contaminazioni esterne è stato E.C. Hansen che lavorò alle birrerie Carberg di Copenaghen. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie Uno dei paesi maggiori produttori di birra è senz'altro la Germania, dove si svolge tra l'ultima settimana di settembre e la prima di ottobre l'Oktoberfest, festa famosa in tutto il mondo. La festa, che si svolge a Monaco, nel giardino Theresien, risale al 1810 in occasione delle nozze tra Ludovico I, principe bavarese e futuro re, con Therese von Sachsen-Hilburghausen. Da allora la festa non manca di attirare milioni di turisti che provengono (assetati...) da tutto il mondo. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione del pane (1/1) Anche il pane viene prodotto grazie alla fermentazione operata dai lieviti: la farina, impastata con acqua e lievito, con eventuale aggiunta di zucchero per far partire la fermentazione, fornisce l'amido per i lieviti; l'anidride carbonica prodotta, restando imprigionata nell'impasto, ne causa il rigonfiamento e conferisce al pane la sua caratteristica sofficità. I lieviti per la panificazione appartengono alla specie Saccaromyces cerevisiae e derivano storicamente dai ceppi utilizzati in birreria. Attualmente il lievito viene prodotto in modo industriale per soddisfare le accresciute esigenze di panificazione. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione di formaggi, burro e yogurt (1/4) La preparazione dei derivati del latte si basa sull'utilizzo dei batteri lattici. Nella produzione dei formaggi intervengono due passaggi fondamentali: la coagulazione delle proteine del latte e la successiva maturazione per i formaggi semistagionati e stagionati. La coagulazione avviene grazie ad un enzima, la rennina, estratto dallo stomaco dei vitelli, che caglia il latte. La cagliata è sottoposta poi a maturazione in centinaia di modi differenti, che consentono di produrre i diversi formaggi. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione di formaggi, burro e yogurt (2/4) Nel formaggio giovane le proteine del latte risultano intatte; con il procedere della maturazione le proteine vengono demolite, da batteri o funghi, fino a diventare amminoacidi. Gli amminoacidi sono a loro volta degradati ad ammoniaca, ammine ed acidi grassi: è questo il motivo per cui i formaggi stagionati contengono più calorie rispetto a quelli freschi. Nei formaggi a pasta dura la fermentazione avviene ad opera di batteri lattici che crescono nella massa, muoiono, si autolisano e rilasciano quindi gli enzimi responsabili delle degradazioni chimiche descritte sopra. Nei formaggi teneri gli enzimi sono prodotti da lieviti e funghi che crescono sulla superficie. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione di formaggi, burro e yogurt (3/4) Nella preparazione del burro occorre separare il grasso dalla panna; per far ciò è necessaria una iniziale acidificazione della panna ad opera dei batteri lattici (streptococchi). Questi batteri producono anche piccole quantità di acetoina, una proteina che si ossida spontaneamente e forma il diacetile, un composto che conferisce al burro un odore gradevole. Poichè ceppi diversi di streptococco danno diversi tipi di acetoina nella produzione del burro è pratica comune quella di inoculare la panna pastorizzata con colture selezionate di streptococco. Gennaio 2005 - © baol.it

Breve storia delle biotecnologie La produzione di formaggi, burro e yogurt (4/4) La produzione di yogurt avviene, come è noto, semplicemente inoculando il latte con colture selezionate di batteri lattici (Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophilus). La fermentazione determina la scissione dello zucchero del latte, il lattosio, in galattosio e glucosio; il glucosio è ancora trasformato in acido piruvico ed infine in acido lattico. L'acido lattico è responsabile, oltre che dell'acidità, anche della parziale coagulazione del latte che conferisce la tipica consistenza cremosa allo yogurt. Gennaio 2005 - © baol.it

Le biotecnologie Lo speciale continua nel prossimo numero con i seguenti argomenti: => Dalla selezione alla manipolazione => Applicazioni delle biotecnologie - nella ricerca di base Gennaio 2005 - © baol.it