Biotecnologia

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Introduzione

Biotecnologia Utilizzazione di organismi viventi in vari processi industriali mediante l’impiego di tecniche di biologia molecolare e di ingegneria genetica. Inizialmente per tali scopi venivano impiegati batteri e funghi, seguiti da piante e, più di recente, da organismi animali. Applicazioni di tipo biotecnologico ormai consolidate comprendono processi microbici come quelli utilizzati nella fabbricazione della birra, nello smaltimento dei liquami e nella produzione di antibiotici.

A partire dagli anni Settanta del Novecento il termine “biotecnologia” è divenuto parte del vocabolario comune, in coincidenza con lo sviluppo dell’ingegneria genetica. Gran parte della moderna biotecnologia fa uso di batteri e virus alterati geneticamente, che funzionano più efficacemente o in modo diverso dall’organismo originario.

L’inoculazione in questi organismi di geni che non fanno parte del loro normale patrimonio genetico determina la formazione di organismi detti ricombinanti.

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Cenni storici

Tra gli esempi più antichi di ciò che oggi consideriamo tecniche biotecnologiche vi è l’utilizzazione di microrganismi per la produzione di birra, vino e altre bevande alcoliche. Molte civiltà del passato scoprirono che le sostanze ricche di zuccheri e di amido talvolta si modificano spontaneamente, generando alcol. Il processo alla base di questi fenomeni venne successivamente chiamato fermentazione e nel XIX secolo il biochimico francese Louis Pasteur dimostrò che esso era determinato dalla presenza di specifici microrganismi.

Il lavoro di Pasteur non rivoluzionò soltanto le tecnologie di produzione della birra e del vino (ad esempio, escludendo alcuni ceppi di microrganismi che avrebbero potuto contaminare i liquidi e causare gravi adulterazioni), ma servì anche come indicazione del fatto che altri composti chimici potevano essere prodotti con l’impiego dei microrganismi. Uno di questi composti è l’acetone, un solvente utilizzato per fabbricare un materiale esplosivo chiamato cordite. Durante la prima guerra mondiale il chimico Chaim Weizmann dimostrò che l’acetone poteva essere prodotto con l’utilizzo del batterio Clostridium acetobutylicum.

2.1

La nascita dell’industria biotecnologica

La messa a punto di una vera e propria tecnica biotecnologica, basata sulla manipolazione del patrimonio genetico di un organismo allo scopo di ottenere un particolare prodotto, è assai più recente. Nel 1973, il biologo e chimico statunitense Herbert Boyer e il biochimico Stanley Cohen riuscirono a inserire un frammento del DNA (contenente alcuni geni) di un organismo in un plasmide batterico. I plasmidi sono particolari elementi di DNA batterico, capaci di trasferirsi dal batterio all’ambiente esterno o ad altri batteri, e viceversa, e anche di inserirsi (“integrarsi”) nella molecola circolare del cromosoma batterico.

I due scienziati, dopo avere ottenuto il plasmide ibrido, lo inocularono in un batterio, ottenendone l’integrazione nel patrimonio genetico di questo (DNA ricombinante); in tal modo, il microrganismo acquistò le proprietà dei geni estranei, come ad esempio la capacità di produrre una determinata sostanza. La velocità di riproduzione del batterio permetteva di ottenere rapidamente una colonia di cellule geneticamente identiche (dunque, un clone) e tutte caratterizzate dalla presenza del frammento di DNA estraneo.

Nel 1976 un giovane uomo d’affari, Robert Swanson, che lavorava presso un’importante compagnia della Silicon Valley, comprese il potenziale commerciale di questa innovativa tecnica di laboratorio, mediante la quale i microrganismi potevano essere usati come “fabbriche” in miniatura per la produzione di ormoni e proteine. Insieme con Boyer, nel 1976 rilevò la società Genentech Inc. e avviò un programma di ricerca per la produzione biotecnologica di molecole umane. Nel 1977 fu ottenuta per la prima volta una proteina umana, la somatostatina, il cui gene era stato inoculato nel batterio Escherichia coli. Nel 1978 fu sintetizzata insulina umana, la cui produzione fu in seguito affidata alla società Lilly; l’anno seguente la Genentech ottenne l’ormone della crescita, che mise in commercio dal 1985.

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Applicazioni della biotecnologia

3.1

Produzione di composti per l’industria

Oggi molti composti chimici vengono ottenuti per mezzo della fermentazione mediata da microrganismi. Tra questi prodotti sono compresi l’acido ossalico, impiegato nei processi di stampa e di tintura, l’acido propenoico, utilizzato come intermedio nella produzione di alcune materie plastiche, l’acido lattico, aggiunto come acidificante ad alcuni alimenti, e le sostanze antigelo. I microrganismi producono, inoltre, molti tipi diversi di enzimi che, essendo dei catalizzatori, permettono alle reazioni chimiche di procedere in condizioni molto più blande di quanto non avverrebbe, invece, in loro assenza. Le applicazioni vanno dalla rimozione delle macchie (da parte di enzimi aggiunti ai detergenti e in grado di demolire grassi e proteine) alla conversione dell’amido di mais in uno sciroppo ricco di fruttosio, usato per dolcificare bevande, biscotti e dolci.