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Biotecnologie Presentation Transcript

  • 1. BIOTECNOLOGIE Le biotecnologie sono tutte quelle tecnologie che usano organismi viventi, o parti di essi allo scopo di produrre quantità commerciali di prodotti utili all'uomo, di migliorare piante ed animali o sviluppare microrganismi utili per usi specifici. Molte persone pensano che le biotecnologie sono nate solo negli ultimi tempi, ma in realtà esistono da migliaia di anni... Infatti le biotecnologie si possono dividere in due tipi: tradizional i innovative
  • 2. Le biotecnologie tradizionali
    • Le biotecnologie tradizionali sono tecnologie produttive utilizzate da millenni, quali l'agricoltura, la zootecnica e lo sfruttamento delle attività fermentative dei microrganismi. I campi di azione principali sono:
    • Bibite e cibi fermentati
    • Biotecnologie tradizionali nell'agricoltura
  • 3. Bibite e cibi fermentati
    • Fin dalla preistoria gli uomini preparavano bevande e cibi fermentati : i Sumeri e i Babilonesi producevano vino e birra sin dal 6000 a.C. e gli Egizi pane lievitato sin dal 4000 a.C. In realtà gli antichi non si resero conto minimamente dei processi che avvenivano nella creazione della pregiata bevanda e che intervenivano degli organismi viventi. Solo col microscopio di Leeuvenhoek (1632-1723) si riesce a osservare i microrganismi che permettono la produzione di birra e pane lievitato.
  • 4. Biotecnologie tradizionali nell’agricoltura
    • Anche nell' agricoltura le popolazioni antiche, dopo essere diventate sedentarie, riuscirono ad incrementare la produzione dei campi selezionando i semi delle piante con le caratteristiche migliori e a selezionare le specie di animali domestici più adatte alle loro esigenze. Solo nel 1860 G. Mendel , pur non conoscendo il meccanismo con cui si trasmettevano i caratteri, determinò attraverso esperimenti sull'ibridazione delle piante, le leggi che ne regolano la trasmissione da una generazione all'altra, gettando le basi della genetica.
  • 5. Le biotecnologie innovative
    • Lo sviluppo delle biotecnologie innovative è molto veloce... Infatti, in solo 1-2 secoli si è arrivati ad un livello di conoscenza molto elevato rispetto a quello che è stato ottenuto in precedenza, in più di 7000 anni. I campi di azione principali sono:
    La scoperta dei microrganismi: nascita delle biotecnologie innovative La scoperta degli antibiotici Nascita dell'ingegneria genetica
  • 6. La scoperta dei microrganismi
    • Pasteur tra il 1857 e il 1876 comprende la produzione della birra e i microrganismi che la permettono. Per questo viene considerato il padre della biotecnologia . Inoltre, individua i batteri responsabili della fermentazione del latte e del burro, i microbi responsabili delle alterazioni della birra e del vino. Pasteur crea un vaccino per la rabbia, selezionando dei mutanti del virus della rabbia che hanno perso la virulenza rispetto all'uomo. Questa è una tecnica che anticipa la biotecnologia moderna basata sull'ingegneria genetica. Nel 1878 vengono scoperti i componenti delle cellule di lievito e vengono chiamati "enzimi".
  • 7. La scoperta degli antibiotici
    • Fleming, con la scoperta della Penicillina, da inizio ad un nuovo tipo di medicinali: gli antibiotici. In seguito ne vennero scoperti molti altri tipi. La possibilità di produrre tutti questi antibiotici su scala industriale è legata alla selezione di specie capaci di produrre sostanze in quantità maggiori rispetto alla specie trovata in natura
  • 8. Ingegneria genetica
    • Griffith è il padre dell’ingegneria genetica. Si deve a lui la scoperta che i batteri, attraverso un processo definito trasformazione batterica , possono acquisire materiale ereditario esterno, derivante da altri batteri. Egli non sapeva che il materiale ereditario era costituito da DNA che sarà scoperto nel 1944.Nel 1953 Watson e Crick scoprono il modo di duplicarsi del DNA. L’avvento dell’ingegneria genetica segna una linea di demarcazione fra biotecnologie tradizionali e biotecnologie innovative , caratterizzate dal cambiamento mirato di attività di organismi ottenute modificandone il patrimonio genetico. Questo porta alle innumerevoli scoperte recenti: le piante transgeniche, gli animali modificati, la clonazione (prima con la pecora Dolly e poi in seguito persino con una mucca, e negli ultimi tempi anche quella umana), la mappatura del genoma umano. Queste nuove applicazioni hanno portato a problemi etici, a problemi riguardanti la biodiversità e l'uso dei cibi transgenici.
  • 9. Le piante transgeniche
    • Uno dei problemi che l'umanità si trova a dover risolvere è quello della scarsità delle risorse alimentari : il numero di persone cresce continuamente mentre in molte popolazioni il fabbisogno alimentare non è tuttora soddisfatto. Il problema non è di semplice soluzione e gli esperti di politica agroalimentare di tutto il mondo stanno valutando le possibili soluzioni, comprese quelle che derivano dalla ricerca nel settore delle biotecnologie. Forse grazie a queste nuove opportunità si riuscirà - almeno in parte - a risolvere qualche aspetto del dramma della malnutrizione e della fame nel mondo: con l'ingegneria genetica, infatti, si possono indurre piante e animali a produrre di più o a resistere alle malattie e nello stesso tempo gli agricoltori possono ridurre l'uso di fertilizzanti e pesticidi, con tanto di guadagnato per l'ambiente. L'ingegneria genetica nel campo dell'agricoltura ha come scopo il trasferimento di geni tra specie vegetali non incrociabili, al fine di creare piante resistenti a condizioni ambientali sfavorevoli.
  • 10.
    • Da molte centinaia di anni le piante coltivate vengono modificate al fine di renderle sempre più adatte alle esigenze dell'uomo. I primi agricoltori miglioravano le colture semplicemente selezionando i semi delle piante che avevano i caratteri desiderati; in seguito gli agronomi hanno sviluppato degli schemi rigorosi di incroci fra piante al fine di introdurre e di mantenere determinati caratteri nelle linee incrociate. Tuttavia i metodi classici di incrocio delle piante sono lenti e incerti.
  • 11.
    • L'introduzione di un gene desiderato o di un gruppo di geni tramite i metodi convenzionali richiede un incrocio sessuale tra due linee, seguito da ripetuti reincroci fra gli ibridi e uno dei genitori finchè non si ottenga una pianta con le caratteristiche volute. Tale processo, inoltre è limitato alle piante che possono ibridarsi sessualmente e in esso, inevitabilmente, verranno trasferiti altri geni assieme a quello desiderato. Nella maggioranza dei casi, i cambiamenti introdotti in queste colture consistono nella resistenza a parassiti, a malattie o a particolari erbicidi, ma, per quello che riguarda le piante di importanza agro-alimentare, sono in corso ricerche che riguardano praticamente a tutti i caratteri di importanza economica: proprietà nutritive, resa superiore, tempo di maturazione dei frutti, durata dei fiori recisi o dei vegetali e così via.
  • 12. Animali Transgenici
    • Utilizzando le stesse tecniche di manipolazione di geni che vengono impiegate per i vegetali , si è scoperto che era possibile intervenire anche sul DNA di organismi più complessi, cominciando dai batteri fino ai mammiferi superiori. Trasferendo geni estranei di qualunque provenienza (microbica,vegetale,animale) nella cellula uovo fecondata di un animale, sono stati prodotti animali transgenici, dotati cioè di caratteri nuovi che mai avrebbero potuto acquisire con tecniche naturali. Per produrre animali transgenici e cioè poter inserire un gene "nuovo" in un animale, in modo da farlo esprimere anche ai suoi discendanti, è necessario inserirlo quando l'individuo è costituito da poche cellule o addirittura dall‘ovulo appena fecondato (zigote).
  • 13.
    • Gli animali transgenici sono utilizzati per il miglioramento di diversi settori; in ambito bio-medico per produrre nel loro latte farmaci salvavita per l'uomo , sono inoltre indispensabili alla conoscenza di malattie gravissime e quasi sempre mortali che colpiscono l'uomo. Il primo animale transgenico è stato un maiale creato nel 1992, per sintetizzare nel latte la proteina umana C. Dopo Genie, così si chiamava la prima scrofa, si è cominciato a pensare di produrre animali donatori per andare incontro alla domanda sempre crescente di organi: circa il 15% in più ogni anno.
  • 14.
    • L'interesse degli animali transgenici è indirizzato, inoltre, a produrre linee genetiche controllate di animali che producano alimenti migliori e in maggiori quantità. Ad esempio sono stati prodotti suini transgenici che crescono più rapidamente, utilizzando meglio l'alimento e producendo una carne con meno grasso. Le ricerche più avanzate in questo settore riguardano inoltre, il trasferimento di geni che facciano aumentare negli animali l'ormone della crescita, alcune proteine del latte e le cellule del sistema immunitario dell'organismo creando così animali maggiormente resistenti alle infezioni allo scopo di ridurre l'impiego di antibiotici negli allevamenti Tuttavia la complessità degli animali rende la manipolazione genetica molto più difficile, e quindi più costosa di quella relativa ai vegetali.
  • 15.
    • Il mondo è sempre più diviso tra coloro che sono favorevoli ai prodotti geneticamente modificati e coloro che li temono. Più del 50% dei cibi che si trovano nei supermercati statunitensi contiene ingredienti geneticamente modificati. Pro OGM I difensori ritengono che coltivare piante modificate geneticamente sia utile per l'ambiente e che sia perfettamente sicuro. E pensano che l'ingegneria genetica - che può indurre le piante a crescere in suoli inospitali o a produrre cibi più nutrienti - diventerà presto uno strumento essenziale per combattere la fame in un mondo sempre più popoloso. Contro OGM Gli scettici affermano che gli OGM sarebbero pericolosi per l'ambiente e per la salute e i rischi che ne deriverebbero sono semplicemente inaccettabili. Accogliendo questo punto di vista, molti paesi europei stanno imponendo restrizioni sulla coltivazione e sull'importazione di prodotti e ne chiedono l'etichettatura.
    Gli OGM sono sicuri?
  • 16. Xenotrapianti
    • Il campo che attira maggiormente l'attenzione scienziati è certamente quello degli xenotrapianti, che letteralmente significa "trapianti fra specie diverse" . A tale scopo i maiali sono considerati i migliori candidati, visto che , geneticamente, sono molto simili a noi. L'obiettivo è di creare dei porcellini transgenici dotati di organi interni praticamente umani, in grado cioè di ingannare il sistema immunitario e impedire il processo di rigetto. La pratica degli xenotrapianti comporta anche alcuni rischi . La paura dei ricercatori è che le malattie simili all' encefalopatia spongiforme (morbo della “mucca pazza”)bovina possano saltare le barriere tra specie e trasmettersi dai maiali all'uomo. Esiste la probabilità che virus dormienti,e innocui per l'animale, vengano trasferiti dal donatore al ricevente umano, e che nel giro di mesi o anni riprendano la loro attività, infettando non solo il ricevente dell'organo, ma l'intera popolazione. Il tutto è aggravato dal fatto che un paziente che ha appena subito un trapianto è un individuo con il sistema immunitario quasi azzerato:condizione che facilita l'insorgere di infezioni. Inoltre i maiali, insieme agli uccelli, costituiscono il serbatoio naturale che il virus dell'influenza utilizza per mutare (trasformarsi), e per questo sono tenuti sotto controllo dai ricercatori che temono il ritorno di una pandemia (epidemia a diffusione mondiale) violenta come la Spagnola del 1918.
  • 17. Clonazione Gli organismi unicellulari si dividono in due o più cellule figlie identiche , mentre negli organismi superiori la riproduzione è sessuale e prevede l'unione dei gameti in una sola cellula (zigote) che formerà il nuovo individuo. Con le nuove tecniche si è trovato il modo di ottenere delle serie di individui adulti, cloni, evitando la fase della riproduzione. Unicellulare
  • 18.
    • Nella moderna genetica la clonazione è quindi la tecnica di produzione di copie geneticamente identiche di organismi viventi tramite manipolazione genetica. Con questo significato il termine è divenuto di uso comune a partire dagli anni novanta quando clonarono con successo una pecora, chiamata Dolly. Come già indicato, clonare in laboratorio un organismo significa creare ex-novo un essere vivente che possiede le stesse identiche informazioni genetiche dell'organismo di partenza. Quindi le moderne tecniche di clonazione prevedono il prelevamento e trasferimento del nucleo di una cellula somatica (cioè del corpo)dell'organismo da clonare in una nuova cellula uovo della stessa specie dell'organismo da replicare. Poiché il nucleo contiene tutte le informazioni genetiche necessarie per realizzare una forma di vita, l'uovo ricevente si svilupperà in un organismo geneticamente identico al donatore del nucleo.
  • 19. Schema della clonazione
  • 20.
    • Un' area delle biotecnologie in rapido sviluppo è quella che utilizza i microrganismi per degradare le sostanze inquinanti presenti nell'ambiente e nel suolo. Nei terreni contaminati spesso vivono microrganismi in grado di attaccare le sostanze chimiche che sono tossiche per gran parte degli altri organismi viventi. Le biotecnologie incrementano le popolazioni di questi microrganismi scelti appositamente per la loro capacità di rendere innocue le sostanze tossiche. Inoltre in molti paesi i batteri sono usati per estrarre minerali come il ferro lo zinco e l'uranio da giacimenti scarsamente accessibili.
    Campo ambientale
  • 21.
    • Un esempio valido sono i metodi per degradare il petrolio dai mari. Infatti si sta lavorando per creare ceppi batterici in grado di facilitare la degradazione di numerose sostanze tossiche e/o inquinanti. L'utilizzo delle biotecnologie per il recupero ambientale (che va sotto il nome bioremediation ) rappresenta sicuramente una delle più affascinanti applicazioni delle recenti scoperte nel campo della genetica molecolare. La Bioremediation consiste nell'isolare i microbi che possono degradare un inquinante particolare e fornire l'ambiente migliore per far agire efficacemente tali batteri, e così eliminare quell'inquinante. Il principio fondamentale è l'uso dei microbi per convertire gli inquinanti in qualcosa di innocuo.