Il termine generico biotecnologia indica semplicemente un’applicazione della scienza biologica. All’interno di questa disciplina si possono inizialmente distinguere le biotecnologie tradizionali, che comprendono tutti quei processi biologici che possono essere sfruttati naturalmente, tendenzialmente in ambiti come l’agricoltura, l’allevamento, la medicina e altro ancora. Un esempio semplice di queste tecniche è lo sfruttamento del processo di fermentazione per produrre il vino. Ma come può essere utilizzato il DNA ricombinante?
L’avanzamento delle conoscenze di biologia molecolare ha portato alla luce quelle che vengono considerate oggi biotecnologie moderne, che portano innovazione grazie alle modifiche e alle trasformazioni che possono subire le singole cellule. La distinzione tra tradizionali e moderne non è ben definita, ma serve solo per una divisione di argomenti e quindi di applicazioni.
Spesso ci si riferisce a quelle definite moderne con il semplice nome generico di biotecnologie. Non è da nascondere che questo causi talvolta confusione. Poiché queste sono basate sulla modifica e la trasformazione della cellula non possono fare a meno dell’ingegneria genetica, più propriamente definita tecnologia del DNA ricombinante. Questa tecnologia è l’insieme di tutte quelle tecniche che permettono di ottenere artificialmente materiale genetico modificato.
Le tecniche di ingegneria genetica, alterando il materiale genetico originario di un sistema biologico, permettono di conferire caratteristiche nuove alle cellule utilizzate, che divengono così geneticamente modificate. Le proteine prodotte da queste cellule mediante l’inserimento di DNA ricombinante, vengono definite proteine ricombinanti.
In campo medico e farmaceutico le possibilità di utilizzo pratico comprendono la produzione di principi attivi e quindi farmaci biotecnologici, la creazione di test diagnostici, lo sviluppo di vaccini e le tecniche di terapia genica. Oltre a questi è importantissimo l’utilizzo di queste tecnologie nella ricerca di base che porta sempre avanti la nostra conoscenza sul funzionamento del nostro organismo e delle patologie correlate.
Il tipico esempio di farmaco biotecnologico è l’insulina. Prima delle tecnologie del DNA ricombinante si utilizzava l’insulina di origine suina per curare il diabete, mentre attualmente siamo in grado di produrre insulina umana inserendone il corrispettivo gene nel batterio Escherichia coli. Oltre all’insulina molte proteine ricombinanti sono potenziali farmaci, tra cui già in commercio l’eritropoietina per l’anemia, l’ormone della crescita e l’interferone.
L’ingegneria genetica interviene anche nella trasformazione cellulare detta immortalizzazione, in grado di far proliferare un clone cellulare indefinitamente. Questa tecnica è molto sfruttata per creare colture cellulari, necessarie per la ricerca scientifica e per la produzione di anticorpi monoclonali. Gli anticorpi monoclonali vengono impiegati in diagnostica e nella terapia di alcune patologie tra cui il cancro e l’artrite reumatoide. Attualmente alcuni farmaci in via di sviluppo per contrastare il coronavirus SARS-CoV2 sono anticorpi monoclonali.
Molte tecniche di diagnostica sono basate sulle tecnologie del DNA, basti pensare al test di paternità o alla diagnosi di una patologia genetica, la ricerca di una mutazione o altro ancora. Lo stesso tampone molecolare utilizzato per verificare la presenza o meno del SARS-CoV2, altro non fa che verificare la presenza del materiale genetico virale tramite una PCR, tecnica che amplifica e rileva segmenti specifici di DNA.
Anche se ancora in via di sviluppo stanno iniziare a comparire le prime terapie geniche. Sono terapie che mirano a curare una popolazione di cellule malate a causa del difetto o della mancanza di uno o più geni, trasferendo al loro interno i geni sani necessari a sopperire la patologia. L’inserzione di materiale genetico, quindi DNA e RNA, all’interno di una cellula viene definito trasfezione. Ovviamente l’utilizzo di questa tecnologia è indirizzato prevalentemente verso le malattie genetiche.
Anche la creazione di agenti virali modificati per la produzione di vaccini sono un classico esempio di biotecnologia medica. Tendenzialmente viene creato un virus attenuato, a cui manca quindi di una o più componenti che lo rendono infettivo e pericoloso. In alternativa si utilizzano unicamente le singole componenti virali che conferiscono l’immunità. Un altro metodo è l’utilizzo di vaccini chimerici, che fanno produrre ad un virus innocuo le proteine del virus dal quale si vuole vaccinare. Un esempio di questo sono gli attuali vaccini diretti contro il SARS-CoV2 che sfruttano un vettore Adenovirale. Inoltre sono presenti per questo virus anche vaccini altamente innovativi a RNA, che fanno produrre direttamente alle cellule umane le proteine virali.
Le applicazioni nell’ambito industriale riguardano prevalentemente la trasformazione di cellule, solitamente di batteri, per effettuare una biocatalisi. Questo processo consiste nello sfruttare una cellula o alcune delle sue parti per effettuare una reazione di interesse. Nel caso in cui non si utilizzino cellule intere per queste reazioni si possono comunque sfruttare gli enzimi ottenuti da queste. Gli enzimi isolati o presenti all’interno della cellula sono in grado di catalizzare reazioni tra molecole organiche spesso difficili o impossibili da eseguire con i metodi tradizionali. Le sintesi organiche sfruttando l’uso di enzimi, sia naturali che modificati, vengono chiamate reazioni chemioenzimatiche.
Questa tecnologia può essere sfruttata per la produzione di biocarburanti, biopolimeri, bioplastiche e qualsiasi altro composto chimico di natura biologica. Può trovare applicazione anche nel trattamento dei rifiuti, nel risanamento dei terreni, nella depurazione delle acque e nella bonifica ambientale. Un esempio di queste tecnologie è l’utilizzo di batteri in grado di digerire petrolio per ripulire il mare e il suolo dalle fuoriuscite di questa sostanza. Tuttavia potrebbero esserci delle problematiche riguardanti le interazioni e le modifiche dell’ambiente circostante da parte di questi organismi mutanti.
Tutte le varie tecniche citate prima trovano un grande utilizzo anche nel settore agroalimentare e zootecnico, quindi nell’allevamento degli animali. Per quanto riguarda l’utilizzo dell’ingegneria genetica in questi due settori è impossibile non parlare degli organismi geneticamente modificati, gli OGM. La creazione di nuove specie ha portato alla luce una serie di problematiche etiche e di pericolosità ambientale. Per esempio la creazione di una pianta transgenica può far si che se ne estingua un’altra già esistente. Recentemente è stata sviluppata una pianta transgenica che produce anche la proteina Spike del SARS-CoV2, facendo quindi da vaccino.
