LA STORIA DELLE BIOTECNOLOGIE



Con il termine "biotecnologia" si indica l'utilizzazione in modo programmato di sistemi biologici per la produzione di beni e servizi. I sistemi biologici possono essere costituiti da organismi interi,singole cellule (eucariotiche o procariotiche) o loro componenti molecolari (enzimi). In questa definizione sono comprese tecnologie produttive antichissime (biotecnologie tradizionali), che hanno accompagnato l'uomo fin dai tempi più remoti, fin dall'epoca in cui egli cominciò ad usare inconsapevolmente microrganismi per produrre cibi e bevande. Ad esempio la vinificazione dell'uva, che è un processo biotecnologico, veniva conosciuto e applicato fin dai tempi biblici senza però che nessuno lo capisse. Tuttavia, nonostante queste attività di trasformazione fossero molto fiorenti durante l'antichità, è stato necessario attendere la seconda metà dell'800 perchè Pasteur ponesse final- mente le biotecnologie su rigorose basi razionali e scientifiche. Tentativi di spiegare alcuni fenomeni come la trasformazione del vino in aceto erano infatti stati già affrontati da una nutrita schiera di studiosi di alchimia, ma la comprensione di questi fenomeni non andava al di là dell'ipotesi dell'esistenza di fantomatici "fermenti" che avevano queste strane proprietà trasformanti (anche se bisogna riconoscere che a loro va il merito di aver posto le basi alla chimica moderna). Molto tempo dopo, nel 1871, Pasteur identificò e isolò l'agente responsabile della trasformazione del mosto in vino: un organismo unicellulare chiamato lievito. La seconda metà dell'800 è ricca di scoperte e intuizioni basilari per la biotecnologia moderna: Mendel formula le leggi fondamentali della genetica e poi Miescher scopre l'esistenza di acidi nucleici nelle cellule.
Il Novecento inizia invece con la produzione industriale di lievito ottenuto tramite la fermentazione aerobica. Una delle prime applicazioni industriali di questo processo è rappresentata dalla produzione di acetone e butanolo per mezzo di microrganismi, nel 1914 circa. La storia delle biotecnologie del ventesimo secolo inizia con la seconda guerra mondiale,periodo in cui c'era l'urgenza di produrre qualcosa di disponibile in grande quantità per curare i numerosi feriti:questa necessità portò alla collaborazione di scienziati e ingegneri per sviluppare il processo di produzione della penicillina, l'antibiotico scoperto già nel 1928 a Londra da Alexander Fleming, il quale aveva capito che una muffa (penicillum notatum) produceva una sostanza che impediva ai batteri di crescere. Egli trovò che in una coltura di stafilococchi,esposta inavvertitamente all'aria, si era sviluppata una muffa verdastra e che attorno alla muffa erano scomparse le colonie degli stafilococchi;anche l'estratto acquoso di questa muffa aveva un potere antibatterico (penicillina).Nello stesso periodo iniziano ad essere condotti in condizioni sterili i processi biotecnologici per la coltura massiva di organismi microbici;queste tecniche eliminano il rischio di contaminazione da parte di altri organismi. Fra i prodotti ottenuti in condizioni sterili ricordiamo gli amminoacidi, gli acidi organici, gli enzimi,gli steroidi, i polisaccaridi, gli anticorpi monoclonali, i vaccini e gli antibiotici. Nel 1953 Watson e Francis Crick concepiscono un modello di DNA a doppia elica che permette di ipotizzare il meccanismo della duplicazione del materiale genetico,ponendo così le basi molecolari dell'ereditarietà.Nel 1963 Edward L.Tatum, fondatore della genetica biochimica suddivide l'ingegneria genetica in tre categorie principali per modificare gli organismi: Eugenica (ricombinazione di geni esistenti), ingegneria genetica (produzione di nuovi geni per un processo di mutazione diretta), ingegneria Eufenica (modificazione o controllo dell' espressione genetica). Alle tecnologie "classiche" si sono affiancate biotecnologie innovative in cui vengono utilizzate tecniche di manipolazione del materiale genetico (ingegneria genetica) con numerose applicazioni in campo scientifico e industriale. Negli anni '60 si sapeva che nei batteri vi erano degli enzimi specificatamente preposti alla riparazione del DNA e che tali enzimi erano anche impiegati nel processo di ricombinazione genetica che consente l'inserimento di materiale genetico virale nel DNA di un batterio. Viene scoperto, infatti, il processo di riparazione per "taglio e rattoppo" di lesioni a carico del DNA da Setlow. Degli enzimi di restrizione,nucleasi, tagliano la parte di DNA lesionata per azione di raggi ultravioletti, poi l'enzima DNA polimerasi inserisce i nucleotidi complementari che vengono fissati dall'enzima DNA ligasi. E'così che verso la fine degli anni '70, nasce l'ingegneria genetica,che, sfruttando la tecnica del DNA ricombinante, permette di creare nuove molecole di DNA attraverso l'unione di frammenti di DNA provenienti da specie diverse. Solitamente uno dei due frammenti di DNA che viene unito rappresenta il gene che interessa e l'altro un semplice vettore. Questa molecola di DNA ricombinante risultante può essere introdotta in cellule batteriche e quindi fatta riprodurre in migliaia di copie identiche (clonazione genica). Nel 1972 viene ottenuta la prima ricombinazione da Berg, Jackson e Symons. Ciò viene ritenuto come l'atto di fondazione dell'ingeneria genetica. Essi ottengono in vitro una molecola ibrida:





Una volta individuato il metodo per creare un DNA ricombinante nel 1973 Cohen, Boyer, Helling e Clang costituiscono in vitro un plasmide ricombinante che reinserito nel batterio si dimostra biologicamente funzionante sia che vengono inseriti geni della stessa specie, sia di specie diversa e superiore, come ad esempio i geni umani. Di conseguenza diventa possibile analizzare il DNA di organismi superiori.
Sempre in questo periodo vengono intraprese due strade per ottenere l'identificazione dei geni da replicare e il loro isolamento una volta che sono stati identificati e replicati: una tradizionale, cercando di risalire dalle proteine ai geni identificando gli RNA messaggeri per le proteine sintetizzate in modo abbondante, e costruendo, quindi il relativo DNA (cDNA) con l'enzima trascrittasi inversa, oppure si può procedere perseguendo la strategia della "genetica al contrario", clonando i geni in modo casuale per creare delle banche di cloni da esplorare con particolari tecniche che consentono l'identificazione del gene. La prima strategia viene presto abbandonata. Ha grande successo la tecnica del clonaggio, messa a punto da David Hogness e dalla sua èquipe ,che lavorando col genoma di Drosophila lo frammentano e costruiscono una banca di sequenze di DNA costituita da una popolazione batterica eterogenea, con un batterio che contiene un fago diverso, portatore di un frammento di DNA distinto. Nel 1975 Cohen e Milstein ottengono anticorpi coltivando in provetta le cellule del sistema immunitario che li producono (linfociti) opportunamente fusi con cellule tumorali di mieloma. Si ottiene così un ibrido che produce grandi quantità di anticorpi con caratteristiche chimiche e funzionali ben definite. Nel 1981 la Corte Su prema degli Stati Uniti decide che i microrganismi prodotti dall'ingegneria genetica possono essere brevettati. Martin Evans e il suo gruppo stabiliscono alcune linee cellulari prelevate da embrioni di topo nei primi stadi di sviluppo che conservano la totipotenza. In questo modo è possibile produrre animali chimerici costituiti da cellule con diversi patrimoni genetici, ma di solito della stessa specie. Negli anni '90 vengono utilizzati anticorpi monoclonali per guidare le medicine contro il cancro fino ai tessuti cancerosi. Sempre in questo periodo abbiamo nuove varietà di piante alimentari manipolate dall'ingegneria genetica capaci di fabbricare concimi di cui hanno bisogno e di resistere alla siccità e alla malattia. Qualche anno fa ha avuto inizio il progetto Genoma che si è posto un obiettivo ambizioso: prendere due metri di DNA che ognuno di noi porta in ogni sua cellula, strettamente avvolti in 46 cromosomi, srotolarli e "decodificarli". Disseminati lungo la catena si trovano centomila geni umani,tutte le istruzioni che servono per costruire e tenere in vita ognuno di noi. Non solo: c'è scritto anche a quali malattie siamo predisposti,quanto a lungo possiamo vivere,che tipo di personalità abbiamo. Sulla catena c'è perfino la storia della nostra specie. Gli scienziati studiano i geni umani per ripararli in caso di malfunzionamento in mo do da eliminare le malattie ereditarie. La totale conoscenza del DNA equivale a capire come funziona l'organismo nei piccoli dettagli,cioè ad entrare nei meccanismi della vita e della morte e chissà...magari a cambiarli.....