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2 Il nuovo Invito alla biologia.blu
13/11/11 H. Curtis, N. S. Barnes, A. Schnek, A. Massarini Il nuovo Invito alla biologia.blu 2 2 2

3 Le applicazioni delle biotecnologie
13/11/11 Capitolo E9 Le applicazioni delle biotecnologie 3 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 3 3

4 Green biotech: le biotecnologie in campo agroalimentare
13/11/11 Lezione 1 Green biotech: le biotecnologie in campo agroalimentare 4 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 4 4

5 Le biotecnologie moderne
13/11/11 Le biotecnologie moderne Le biotecnologie moderne hanno permesso di impiegare le tecnologie del DNA ricombinante per produrre beni e servizi. I campi di applicazione: biotecnologie agroalimentari (green biotech); biotecnologie medico-farmaceutiche (red biotech); biotecnologie industriali e ambientali (white biotech). 5 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 5 5

6 13/11/11 Gli OGM Organismi geneticamente modificati di prima generazione: creati con l’unico scopo di aumentare l’efficienza e la produttività agricola (per esempio, specie resistenti ai parassiti o agli erbicidi). OGM di seconda generazione: progettati per ottenere alimenti con caratteristiche aggiuntive (vitamine o sostanze antiossidanti). OGM di terza generazione: creati per far produrre alle piante vaccini o farmaci. 6 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 6 6

7 13/11/11 Il Golden rice Il Golden rice è un OGM di seconda generazione, progettato per accumulare β-carotene, il precursore della vitamina A. 7 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 7 7

8 Modificare una pianta /1
13/11/11 Modificare una pianta /1 Il trasferimento del DNA in una cellula vegetale è ostacolato dalla presenza della spessa parete. Per questo (nelle piante dicotiledoni) viene usato il plasmide Ti, che proviene dal batterio del suolo Agrobacterium tumefaciens. 8 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 8 8

9 Modificare una pianta /2
13/11/11 Modificare una pianta /2 Per le piante monocotiledoni è stato sviluppato un secondo metodo chiamato metodo biobalistico, basato sul bombardamento di cellule vegetali con particelle d’oro o di tungsteno rivestite di frammenti di DNA. 9 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 9 9

10 Red biotech: le biotecnologie medico-farmaceutiche
13/11/11 Lezione 2 Red biotech: le biotecnologie medico-farmaceutiche 10 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 10 10

11 Gli animali transgenici
13/11/11 Gli animali transgenici Per ottenere animali transgenici si possono utilizzare diverse tecniche di trasferimento genico: integrazione di vettori retrovirali con il gene esogeno in embrioni in via di sviluppo; microiniezione del DNA in uova fecondate; incorporazione di cellule staminali embrionali in embrioni ai primi stadi di sviluppo. Lo scopo principale è ottenere animali con determinate caratteristiche, ma anche sfruttare questi organismi per produrre proteine ricombinanti. 11 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 11 11

12 13/11/11 Gli xenotrapianti Gli xenotrapianti sono trapianti tra specie diverse (per esempio, da animali a essere umano). Grazie a tecniche di ingegneria genetica, è possibile modificare il genoma di animali per rendere gli organi compatibili per gli umani, evitando il rigetto. 12 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 12 12

13 La clonazione animale /1
13/11/11 La clonazione animale /1 La clonazione consiste nella produzione di copie identiche di interi organismi o singole cellule. La pecora Dolly nel 1996 è stato il primo caso di clonazione a partire dal nucleo di una cellula adulta, e non embrionale. 13 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 13 13

14 La clonazione animale /2
13/11/11 La clonazione animale /2 14 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 14 14

15 13/11/11 Le cellule staminali Le cellule staminali possono essere geneticamente manipolate per correggere eventuali geni mutati presenti. Si dividono in quattro categorie: staminali totipotenti, possono dare origine a un intero organismo, presenti solo nelle prime divisioni embrionali; staminali pluripotenti, possono differenziarsi in tutti i tipi cellulari; staminali multipotenti, possono differenziarsi in pochi, specifici tipi cellulari in risposta a segnali; staminali unipotenti, possono dare origine a un unico tipo cellulare. 15 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 15 15

16 Le cellule staminali studiate
13/11/11 Le cellule staminali studiate Cellule staminali embrionali, un tipo di staminali pluripotenti, prelevate dall’embrione allo stadio di blastocisti. Cellule staminali somatiche, presenti nell’organismo adulto, multipotenti. Cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), da fibroblasti adulti «riconvertiti» in cellule indefferenziate. 16 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 16 16

17 White biotech: le biotecnologie ambientali e industriali
13/11/11 Lezione 3 White biotech: le biotecnologie ambientali e industriali 17 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 17 17

18 13/11/11 Il biorisanamento Per strategie di biorisanamento del suolo e delle acque sono stati creati in laboratorio batteri capaci di degradare e accumulare metalli pesanti o altri composti chimici, utilizzati per costruire biofiltri. 18 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 18 18

19 13/11/11 I biocombustibili I biocombustibili, come il biodiesel e il bioetanolo, sfrutttano l’energia chimica di composti ottenibili da materiali vegetali rinnovabili in tempi rapidi. 19 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 19 19

20 Le nuove frontiere delle biotecnologie
13/11/11 Lezione 4 Le nuove frontiere delle biotecnologie 20 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 20 20

21 13/11/11 La genomica La genomica è la branca della biologia molecolare che studia la struttura del genoma, le informazioni in esso contenute, il modo in cui le sue diverse parti interagiscono e la sua evoluzione. La genomica funzionale studia la funzione dei prodotti dei geni individuati con il sequenziamento. La genomica comparata fornisce anche un sostegno alla teoria dell’evoluzione. 21 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 21 21

22 Il Progetto Genoma Umano
13/11/11 Il Progetto Genoma Umano Il Progetto Genoma Umano, avviato all’inizio degli anni Novanta, è stato completato ufficialmente nel 2003. L’obiettivo del progetto era ottenere la sequenza completa del corredo cromosomico aploide di un essere umano. Più del 95% del DNA umano è costituito da sequenze che non vengono mai tradotte in polipeptidi, con funzione regolatrice. 22 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 22 22

23 13/11/11 Il sistema CRISPR-Cas9 La tecnica CRISPR-Cas9 permette di modificare il genoma di piante e di animali in modo molto preciso. Possibili applicazioni: interrompere un gene per ottenere animali knock-out (A) oppure inserire un gene in un punto preciso del DNA (B). 23 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 23 23

24 13/11/11 Gli animali knock-out È possibile produrre in laboratorio animali in cui sono stati eliminati o inattivati uno o più geni specifici (animali knock-out). 24 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 24 24