biotecnologie per il settore del vivente

biotecnologie per il settore del vivente

biotecnologìe per il settóre del vivènte. – Settore molto vasto della ricerca, che prevede l’utilizzo di organismi viventi o di loro componenti subcellulari al fine di ottenere risultati trasferibili a settori applicativi molto diversificati, quali, tra gli altri, i settori biomedico, farmaceutico, agro-alimentare, industriale e ambientale. In molti casi, le biotecnologie innovative sono basate sull’uso di molecole di DNA ricombinante (definito ingegneria genetica) e su procedimenti di fusione cellulare e di trasferimento genico. In base a queste considerazioni introduttive, l’ingegneria genetica va considerata un settore molto importante delle biotecnologie, che trae continui vantaggi dalle ricerche condotte nei campi della biologia molecolare e cellulare, della genetica molecolare, della biochimica, dell’ingegneria elettronica, dell’informatica. Le biotecnologie hanno tratto notevole impulso da risultati di fondamentale rilievo tra cui: la conclusione del progetto Genoma umano (v. genoma umano, sequenziamento del), i progressi nel settore della bioinformatica e lo sviluppo di piattaforme miniaturizzate per analisi sempre più accurate delle interazioni biomolecolari (biosensori, microarray, tecnologie Lab-on-a-chip).

Genomica proteomica e genomica funzionale, bioinformatica. – Il progetto Genoma umano ha fornito informazioni fondamentali per lo sviluppo di settori di ricerca innovativi. Esso era associato ad altri progetti di sequenziamento di genomi, quello del topo (concluso nel 2003), del nematode Caenorhabditis elegans (Caenorhabditis elegans sequencing Consortium, lavori completati nel 1998) e quello del moscerino della frutta Drosophila melanogaster (concluso nel 2000). La genomica (v. e ) utilizza i dati emersi dai diversi progetti di sequenziamento per raggiungere numerosi e rilevanti obiettivi, tra i quali eseguire comparazioni tra i genomi sequenziali e ordinare sequenze di geni espressi costruendo veri e propri atlanti di espressione genica. Un obiettivo delle ricerche è quello di correlare i dati di sequenziamento del DNA con le ricerche su struttura e funzione delle proteine. La (v.) ha come fine quello dello studio delle proteine e delle interazioni tra esse in una visione il più possibile ‘globale’. Le ricerche di genomica e quelle di proteomica hanno una sintesi obbligata nel settore della genomica funzionale, che include una serie di metodiche destinate a individuare le caratteristiche biochimiche, cellulari e/o fisiologiche di tutti i prodotti genici identificati. L’analisi del DNA e dell’espressione genica, utilizzando le conoscenze provenienti dal sequenziamento del genoma umano, ha comportato lo sviluppo di tecnologie innovative, come, per es., la tecnologia dei microarray (v. ) per lo studio del trascrittoma (descrizione dell’insieme dei geni trascritti nei diversi tipi cellulari, nelle diverse fasi differenziative e nelle diverse fasi funzionali di tessuti omogenei) e del proteoma, la metodica SAGE (Serial analysis of gene expression), l’immunoprecipitazione della cromatina (ChIP), le implementazioni dell’ormai nota tecnologia PCR (Polymerase chain reaction), numerose metodologie avanzate per lo studio delle proteine (spettrometria di massa MALDI-TOF o Matrix assisted laser desorption/ionization-time of flight, microsequenziamento di proteine e peptidi), le tecnologie e i protocolli sperimentali basati su biosensori e su piattaforme Lab-on-a-chip utilizzabili per la miniaturizzazione di metodiche complesse di laboratorio.

Animali transgenici come modello di patologie molecolari. – Settore di grande rilievo, ha riscontrato continui progressi a partire dal caso forse più eclatante: l’onco-topo. Questi topi transgenici, i primi dei quali furono prodotti alla fine del 20° sec., contengono oncogeni attivati (per es., neu, myc, Ha-ras) sotto il controllo di promotori forti e producono diverse forme di neoplasie. Numerosi modelli animali sono stati sviluppati per altre patologie. In alcuni casi, è stato necessario eliminare interi set di geni, generando topi knockout che avessero un’importante perdita di funzioni biologiche a causa della mancata produzione di una determinata proteina (loss-of-function) e per questo in grado di riprodurre alcuni tipi di patologie umane. Sono stati così creati un modello di malattia di Gaucher, di sindrome di Lesch-Nyhan, di β-talassemia, di fibrosi cistica, di sindrome dell’X-fragile, di una particolare cardiomiopatia mitocondriale. Inoltre, la tecnica dell’inattivazione genica è stata ampiamente utilizzata per la generazione di modelli transgenici murini che sviluppano tumore a causa dell’inattivazione di geni oncosoppressori, come TP53 e RB1. In altri casi, il modello di patologie prevede l’acquisizione o il potenziamento di espressione genica (gain-of-function). È questo il caso di un topo transgenico in cui si ha la sovraespressione della proteina precursore amiloide, causando una forma del morbo di Alzheimer. L’inserimento nel genoma di un transgene può essere utilizzato per sviluppare modelli animali di patologie causate da alleli dominanti negativi, come è stato dimostrato per una malattia da invecchiamento precoce, la sindrome di Werner. In molti casi, incroci tra topi con un ben determinato fenotipo hanno dato precise indicazioni terapeutiche: per es., incrociando topi SAD (modello per l’anemia falciforme) con topi che producevano ectopicamente l’emoglobina fetale umana (HbF) anche in età adulta, gli ibridi ottenuti hanno permesso di dimostrare che l’elevata produzione di HbF comportava un notevole miglioramento di tutti i parametri ematologici, della morfologia degli eritrociti e della sopravvivenza media dei topi.

Terapia genica. – Questa branca della ricerca è seguita con molto interesse, tanto che i progressi nel sequenziamento del genoma umano e nella diagnostica molecolare hanno portato a oltre 4000 i difetti genetici conosciuti; di questi, più di 200 sono difetti enzimatici potenzialmente trattabili attraverso interventi di terapia genica (v.). Oltre alla β-talassemia, le patologie trattabili attraverso terapia genica sono l’immunodeficienza ADA (deficit di adenosindeaminasi), la fibrosi cistica, l’enfisema ereditario, l’ipercolesterolemia familiare, l’emofilia, l’anemia falciforme, varie malattie neoplastiche (melanoma, tumori cerebrali, carcinomi del polmone, del rene, della mammella, del colon, neuroblastoma), l’AIDS, malattie cardiovascolari, epatite, osteoporosi, malattia di Alzheimer.

Terapie cellulari basate sulle cellule staminali: v. .

Bioreattori: v. pharming.

Biotecnologie nel settore agroalimentare: v. .