3.

Applicazioni della biotecnologia

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.

2.

Produzione di farmaci

Un importante prodotto derivato dalle applicazioni biotecnologiche è la penicillina, la cui produzione fu iniziata durante la seconda guerra mondiale, a partire dalla muffa Penicillium, da Howard Florey e dai suoi colleghi dell’Università di Oxford, inizialmente su una scala molto ridotta. Il processo fu in seguito molto ampliato; attualmente, numerosi altri microrganismi vengono utilizzati per produrre un’ampia gamma di antibiotici di comune impiego (ad esempio, la streptomicina per il trattamento della tubercolosi). La richiesta di antibiotici è amplificata dal fenomeno della resistenza batterica, a causa del quale i batteri sviluppano ceppi resistenti a determinati antibiotici, il che rende necessaria la produzione di nuovi farmaci.

Altri composti a impiego farmaceutico vengono ottenuti con biotecnologie. I ricercatori sono oggi in grado di “programmare” i batteri perché producano vari tipi di farmaci, inserendovi geni di altri organismi che codificano per la sintesi di particolari sostanze. L’insulina umana viene, ad esempio, impiegata nella terapia del diabete ed è prodotta da batteri in cui, per mezzo delle tecniche dell’ingegneria genetica, è stato introdotto il gene che codifica per tale ormone. Diversamente dall’insulina ottenuta da vacche e maiali, la molecola prodotta dai batteri ha il vantaggio di essere identica all’insulina secreta dal pancreas umano.

Anche l’ormone della crescita umano (somministrato ai bambini che, altrimenti, avrebbero uno sviluppo corporeo ridotto) viene prodotto da batteri ricombinanti che portano il gene umano corrispondente. Esso, peraltro, non comporta rischi di contaminazione con patogeni, quali i prioni che causano la malattia di Creutzfeldt-Jakob, un pericolo reale quando l’ormone veniva ottenuto da organismi umani. Altri farmaci prodotti da microrganismi alterati geneticamente comprendono l’interferone, utilizzato nel trattamento dell’epatite B e di certe forme di cancro, e l’eritropoietina, somministrata ai pazienti affetti da insufficienza renale, al fine di sostituire i globuli rossi persi durante trattamenti di dialisi.

Un importante prodotto della biotecnologia è costituito dai vaccini. In questo settore, infatti, i ricercatori erano un tempo limitati a usare come vaccino ceppi indeboliti o uccisi del microrganismo responsabile di una data malattia (di solito virus, come nel caso dei due tipi alternativi di vaccino antipolio, usato per combattere la poliomielite), mentre oggi possono utilizzare le sostanze prodotte da batteri totalmente innocui geneticamente modificati. Ciò significa che all’interno di questi vengono introdotti i geni virali che codificano per la proteina virale che viene riconosciuta dal sistema immunitario umano; infine, la proteina viene inoculata nell’organismo umano, in cui, analogamente a un vaccino tradizionale, stimola la produzione di anticorpi contro il virus. Il vantaggio di questo metodo è che si ottiene un vaccino purificato (cioè formato esclusivamente dalla proteina virale) e più sicuro nei suoi effetti collaterali.

Questa tecnica facilita l’immunizzazione contro malattie per le quali finora non esistevano vaccini totalmente soddisfacenti e apre, inoltre, la strada alla produzione di vaccini che conferiscono simultaneamente protezione nei confronti di più organismi patogeni. Un vaccino ottenuto con tecniche di ingegneria genetica è già largamente in uso contro l’epatite B, mentre un altro sta contribuendo a ridurre l’incidenza della rabbia nelle popolazioni di volpi europee. La tecnica di produzione biotecnologica dei vaccini potrebbe portare alla messa a punto di un vaccino contro l’AIDS, a cui si sta lavorando dal 1994.

3.

Applicazioni ambientali

Un’area delle biotecnologie in rapido sviluppo è quella che utilizza i microrganismi per degradare le sostanze inquinanti presenti nell’ambiente e, in modo particolare, nel suolo. Terreni contaminati (ad esempio le aree precedentemente occupate da impianti industriali) spesso sono popolati da microrganismi in grado di attaccare e metabolizzare le sostanze chimiche che, invece, risultano tossiche per gran parte degli altri viventi. La crescita di tali microrganismi può a volte essere incrementata introducendo specifiche sostanze nutritive nell’aria o nel suolo, determinando di conseguenza una maggiore velocità di degradazione degli inquinanti.

Un’altra tecnica comporta l’introduzione, nell’ambiente inquinato, di microrganismi scelti appositamente per la loro capacità di detossificazione. Un terzo approccio, infine, prevede la rimozione del suolo contaminato, la sua esposizione in condizioni controllate all’azione dei microrganismi che operano la degradazione delle sostanze tossiche e, quindi, il suo riposizionamento nel sito di origine.

In molti paesi, i batteri sono usati per estrarre metalli come il ferro, lo zinco e l’uranio da giacimenti scarsamente accessibili o in cui il minerale di interesse non è puro. Le estrazioni minerarie che utilizzano queste tecnologie stanno diventando sempre più importanti, via via che vanno esaurendosi i giacimenti di più facile accesso e più ricchi di minerali.

4.

Utilizzo nella produzione di piante e animali

Le biotecnologie che utilizzano le specie vegetali si propongono lo stesso obiettivo di chi opera la più tradizionale riproduzione controllata delle piante, ossia lo sviluppo di colture e specie dotate di caratteristiche vantaggiose, quali la resistenza ai parassiti e alla siccità, oppure un gusto più gradevole delle loro parti commestibili o una maggiore concentrazione di sostanze nutritive. Rispetto ai metodi convenzionali, tuttavia, le moderne tecnologie consentono di ottenere risultati più precisi e prevedibili, in quanto permettono di introdurre nel patrimonio genetico di una specie anche un singolo gene, mentre l’incrocio di una pianta con un’altra comporta necessariamente il trasferimento di un gran numero di geni oltre a quello di interesse.

Un risultato ottenuto recentemente è lo sviluppo di una varietà di mais resistente a un parassita responsabile della distruzione del 7% del raccolto mondiale di questo cereale e contro il quale gli agricoltori e i contadini si erano finora difesi spruzzando sulle colture di mais composti chimici sintetici. La resistenza congenita è stata ottenuta incorporando nella pianta un gene, normalmente presente nel batterio del suolo Bacillus thuringiensis e in grado di “istruire” il mais a produrre una sostanza chimica tossica per molti parassiti.

Le biotecnologie hanno, inoltre, prodotto varietà vegetali resistenti nei confronti di alcune specie di virus, funghi e nematodi, nonché di alcuni erbicidi utilizzati dagli agricoltori per controllare le infestanti. Anche le caratteristiche qualitative possono essere migliorate, ad esempio incrementando la concentrazione di certe proteine del grano per il processo di panificazione. Più di recente, una varietà di ravizzone da cui si ottengono semi e olio è stata modificata geneticamente per ottenere sostanze chimiche di potenziale importanza a livello industriale.

Le biotecnologie che fanno uso di specie animali devono il proprio sviluppo al fatto che questi organismi, sebbene siano più costosi di piante e microrganismi, producono le sostanze e i composti di interesse in modo più simile a quanto avviene nel corpo umano. Esattamente come i microrganismi e le specie vegetali, anche gli animali possono essere alterati geneticamente introducendo nuovi geni a livello embrionale.

In questo modo, ad esempio, il gene che codifica per l’alfa-1 antitripsina, utilizzata nella terapia dell’enfisema, è stato, ad esempio, introdotto nell’acido desossiribonucleico (DNA) delle pecore, riprogrammando questi animali a secernere tale molecola nel latte. Lo stesso metodo è stato adottato per far produrre alle pecore il composto chiamato fattore IX di coagulazione del sangue, richiesto dalle persone che soffrono di emofilia. Altri geni estranei sono stati introdotti in mammiferi come pecore e maiali per potenziare la resistenza alle malattie, migliorare la qualità del mantello e incrementare il tasso di crescita di questi animali.

5.

Terapia di malattie genetiche

La biotecnologia offre la speranza che si possa intervenire sul patrimonio genetico umano per ovviare ad almeno alcune delle patologie che derivano da difetti genetici (vedi Terapia genica). Alcuni esperimenti in tal senso sono già stati compiuti: ad esempio, nel 1990 i globuli bianchi di una bambina affetta da una forma grave di immunodeficienza furono alterati mediante l’inserimento di geni normali, e quindi inoculati nella piccola paziente. L’esito dell’intervento fu positivo. Non tutti i casi trattati successivamente in modo analogo, però, ottennero lo stesso risultato.

Nel 1994 si cercò una soluzione di tipo biotecnologico alla fibrosi cistica: si modificarono alcuni virus, inserendovi il gene che codifica per una proteina umana, presente nei polmoni negli individui sani e mancante in quelli affetti da questa patologia. Quindi, i virus furono inseriti nell’apparato respiratorio dei pazienti, in modo che potessero raggiungere i polmoni e infettarne le cellule, inoculandovi il gene in questione. La speranza era che i pazienti iniziassero a produrre la proteina, in modo da contrastare la malattia.

Un problema costituito da questo tipo di tecniche è che gli interventi possono eventualmente portare a guarigione, o comunque migliorare le condizioni dei pazienti, ma non hanno effetti sui loro eventuali figli, che quindi hanno le stesse probabilità di ereditare la malattia. Ciò si verifica perché la terapia genica, allo stato attuale e prevedibilmente ancora per molto tempo, può eventualmente intervenire solo sulle cellule somatiche, che formano il corpo, ma non su quelle germinali dell’apparato riproduttore, da cui derivano i gameti.