Le biotecnologie sono tecnologie che utilizzano organismi viventi, cellule o loro componenti molecolari per ottenere prodotti e processi utili alla salute, all'agricoltura e all'ambiente, sfruttando le conoscenze acquisite dalla biologia molecolare a partire dagli anni Settanta del Novecento.
La svolta avvenne nel 1973, quando Cohen e Boyer riuscirono a inserire un gene di rana in un batterio, dimostrando che il DNA di specie diverse poteva essere ricombinato e fatto funzionare in una cellula ospite. Da quel momento la genetica smise di essere solo una scienza descrittiva e divenne una disciplina capace di intervenire direttamente sull'informazione ereditaria. Le biotecnologie moderne si distinguono da quelle tradizionali, come la fermentazione del vino o del pane, proprio perché manipolano il DNA in modo mirato e prevedibile. Questo cambiamento ha reso possibile produrre farmaci, diagnosticare malattie e modificare colture in tempi rapidissimi rispetto al passato.
Gli strumenti molecolari fondamentali
Il primo strumento indispensabile sono gli enzimi di restrizione, proteine batteriche che riconoscono brevi sequenze specifiche del DNA, dette siti di restrizione, e tagliano la doppia elica in punti precisi. Molti di questi enzimi producono estremità sfalsate, dette estremità coesive, che possono appaiarsi spontaneamente con altri frammenti tagliati dallo stesso enzima. Una volta avvicinati, i frammenti vengono uniti dalla DNA ligasi, che salda i legami fosfodiesterici ricostituendo una molecola continua. Per moltiplicare il DNA così ottenuto si usano i vettori, in genere plasmidi batterici o virus modificati, capaci di replicarsi all'interno di una cellula ospite. La tecnica della PCR, ideata da Kary Mullis nel 1983, permette inoltre di amplificare in vitro miliardi di copie di una sequenza partendo da pochissimo materiale, grazie a cicli ripetuti di denaturazione, appaiamento dei primer ed estensione operata dalla Taq polimerasi.
Un esempio chiarisce come questi strumenti collaborino tra loro: per produrre l'insulina umana ricombinante si isola il gene dell'insulina dal genoma umano usando enzimi di restrizione, lo si inserisce in un plasmide di Escherichia coli grazie alla ligasi, e si lascia che il batterio, moltiplicandosi, sintetizzi grandi quantità di ormone purificabile poi per uso terapeutico.
Applicazioni e questioni bioetiche
In campo medico le biotecnologie consentono la produzione di farmaci biologici, come ormoni e anticorpi monoclonali, e la realizzazione di test diagnostici molto sensibili basati su PCR e sequenziamento. La terapia genica mira invece a correggere mutazioni responsabili di malattie ereditarie, introducendo nelle cellule del paziente una versione funzionante del gene difettoso tramite vettori virali o, più recentemente, tramite il sistema CRISPR-Cas9. In agricoltura si ottengono organismi geneticamente modificati, o OGM, resistenti a parassiti, erbicidi o stress ambientali, con l'obiettivo di aumentare le rese e ridurre l'uso di pesticidi. Le biotecnologie ambientali, infine, sfruttano microrganismi selezionati per il biorisanamento dei suoli inquinati e per la produzione di biocarburanti da biomasse rinnovabili. Tutte queste applicazioni sollevano questioni bioetiche rilevanti, riguardanti la sicurezza degli OGM, la brevettabilità del vivente, la tutela della biodiversità e i limiti dell'intervento genetico sull'uomo, soprattutto a livello della linea germinale.
Ricorda
- Gli enzimi di restrizione, la ligasi, i vettori e la PCR sono i quattro pilastri tecnici che rendono possibile manipolare e amplificare il DNA in laboratorio.
- Le applicazioni delle biotecnologie spaziano dalla medicina all'agricoltura, fino al risanamento ambientale, ma richiedono sempre una valutazione etica e normativa attenta.
- CRISPR-Cas9 rappresenta oggi lo strumento più preciso per modificare il genoma, ma il suo uso sulle cellule germinali umane è vietato nella maggior parte degli ordinamenti.
- Piccolo esercizio sul quaderno: disegna lo schema dei passaggi che portano dall'isolamento di un gene umano alla sua espressione in un batterio, indicando per ciascuna tappa quale enzima o strumento molecolare viene utilizzato e perché.