Gli OGM


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Fonte:wikipedia.org

Un organismo geneticamente modificato (OGM) è un essere vivente che possiede un patrimonio genetico modificato, non tramite tecniche di miglioramento genetico classico (mutazione, incrocio e selezione), ma bensì tramite tecniche di ingegneria genetica che consentono l'aggiunta, l'eliminazione o la modifica di elementi genici. Tali modificazioni vengono poi ereditate dalla progenie.

La Direttiva 2001/18/CE dell'Unione Europea sul rilascio degli OGM nell'ambiente, definisce così un OGM: "un organismo, diverso da un essere umano, il cui materiale genetico è stato modificato in modo diverso da quanto avviene in natura con l'accoppiamento e/o la ricombinazione genetica naturale".

Gli OGM vengono spesso indicati anche come organismi transgenici: l'associazione tra i due termini è sostanzialmente corretta, sebbene la transgenesi si ha nel caso di inserimento di geni esogeni all'interno di un dato organismo, mentre risultano essere OGM anche quegli organismi la cui modifica non prevede l'inserimento di materiale genetico esterno (e.g. inserire un gene di banano in banano con le tecniche del DNA ricombinante è ugualmente un OGM, oppure l'eliminare, tramite tecniche di biologia molecolare, un frammento di DNA in un organismo). Va comunque ricordato che qualunque opera di selezione, sia "naturale" che guidata dall'uomo, porta in ultima analisi alla modificazione genetica (i figli non sono mai identici ai genitori). Una delle tecniche di modifica del DNA che sta alla base della selezione (naturale e non) è ad esempio "la mutazione" (casuale o favorita dall'esposizione a radiazioni o a agenti mutageni chimici). Tale tecnica, sebbene per la Direttiva 2001/18/CE (articolo 3) non porti alla creazione di un OGM, ha portato oggi ad evidenti modifiche geniche (non solo mutazioni puntiformi, ma anche delelezioni e traslocazioni di intere regioni cromosomiche) che hanno permesso la costituzione di molte delle cultivar attualmente presenti sul mercato, in particolare nelle specie arboree, ma anche nei cereali. Ad esempio il grano Creso, ottenuto per irradiazione dall'ENEA, ha rappresentato per diversi anni una delle varietà di punta per la produzione di pasta (per un periodo circa 1 spaghetto su 4) ed è ora divenuto uno dei genitori delle attuali varietà in commercio. La differenza sostanziale tra la mutazione e l'ingegneria genetica (o tecnica del DNA ricombinante) sta nella predittività dei risultati. Nel caso della mutazione viene infatti effettuata una selezione fenotipica, in base a caratteristiche visibili, all'interno di una popolazione di piante molto grande (alcune decine di migliaia o più), mentre l'ingegneria genetica "progetta" la modifica da effettuare e poi seleziona genotipicamente, in base alle caratteristiche genetiche, gli individui che presentano le caratteristiche desiderate tra poche centinaia di piante.

Storia

Il primo OGM fu ottenuto nel 1973 da Stanley Cohen e Herbert Boyer. A brevissima distanza (nel 1974), la comunità scientifica si autoimpose una moratoria internazionale sull'uso della tecnica del DNA ricombinante. Questo ha permesso di valutare lo stato della nuova tecnologia ed i possibili rischi, attraverso un approccio precauzionale. La conferenza che ha raccolto i risultati ottenuti, che si tenne ad Asilomar in California, concluse che gli esperimenti sul DNA ricombinante potessero procedere a patto che rispettassero severe linee guida, poi redatte dal National Institute of Health (NIH) ed accettate dalla comunità scientifica. Queste linee guida sono tuttora la base che ispira tutte le ricerche di laboratorio che riguardano esperimenti di trasformazione genica. Tale severità normativa è stata inoltre applicata alle normative che presiedono all'uso commerciale ed al rilascio ambientali di tali organismi nell'ottica di consentire l'utilizzo solo di varietà e animali che siano stati riconosciuti sicuri per l'ambiente e per il consumo umano e animale. Va riconosciuto che a oltre 30 anni dalla Conferenza di Asilomar la tecnica del DNA ricombinante ha mostrato più benefici che rischi. Ad oggi infatti non è noto alcun rischio specifico legato ad essa, e le norme precauzionali adottate servono a prevenire l'insorgere di rischi che potrebbero incorrere anche in organismi ottenuti tramite tecniche classiche di miglioramento.

I primi animali transgenici ad essere creati furono topi, ad opera di Rudolf Jaenisch nel 1974. Jaenish riuscì a portare a termine la procedura di inserimento di un gene esterno all'interno di embrioni di topo; gli animali, al termine dello sviluppo uterino, portavano quel gene in tutti i loro tessuti biologici. In seguito Jaenish dimostro l'effettiva efficacia del processo di transgenesi: i topi non solo avevano integrato il DNA esterno, ma erano in grado di tramandare questo carattere alla progenie.

Produzione di OGM

Le tecniche per ottenere gli OGM sono molto recenti e con ampi margini di affinamento. Il problema maggiore è la complessità degli esseri viventi e del loro codice genetico, che obbliga attualmente a modifiche circoscritte ai caratteri genetici finora conosciuti. I primi OGM sono stati batteri modificati per produrre sostanze come l'insulina e altri farmaci, e sono oggi normalmente utilizzati. Anche l'utilizzo in attività di ricerca di animali geneticamente modificati è oggi ampiamente diffuso. Dalla seconda metà degli anni '90 si sono diffuse anche le piante transgeniche, sulle quali si sono concentrati molti investimenti vista l'utilità derivante dalla resistenza ai parassiti o ai diserbanti e dalla maggiore produttività. Sull'uso delle piante transgeniche e sugli eventuiali rischi legati al loro utilizzo, tuttora non dimostrati, si è focalizzata l'attenzione dell'opinione pubblica, contribuendo a rendere il termine OGM un semplice sinonimo di "pianta transgenica" o "cibo transgenico".

La modificazione genetica si serve più in generale delle tecniche di ingegneria genetica, che permettono di unire all'interno del genoma di un unico organismo frammenti di DNA provenienti da organismi differenti. Il DNA così ottenuto è definito spesso DNA ricombinante. Il taglio di questi frammenti dal genoma originale è portato a termine con enzimi di restrizione, mentre l'unione tra diversi frammenti è resa possibile da un'altro enzima, come la DNA ligasi. Un organismo prodotto con processi di questo genere è pienamente definibile come transgenico.

Per introdurre nuovi pezzi di DNA negli organismi "ospiti" si usano sistemi biologici chiamati "vettori". Sono considerati vettori sia piccole molecole circolari di DNA, i plasmidi, sia alcune strutture derivate da virus, in grado di contenere quantità maggiori di materiale genetico. Allo stato dell'arte, gli organismi transgenici possono essere prodotti inserendo nella cellula bersaglio vettori contenenti frammenti di DNA relativamente ridotti. Ad esempio, di fronte al genoma di mammiferi, che può contenere anche tre miliardi di paia di basi (come in Homo sapiens), risulta già complesso inserire molecole esterne di DNA superiori a 20000 paia di basi (nel caso dei vettori virali) in modo che la modificazione sia stabile.

Esistono tuttavia tecniche più complesse, che si servono di vettori più elaborati come ad esempio di i cromosomi artificiali di lievito (noti come YAC, dall'inglese Yeast Artificial Chromosomes) o di batteri (BAC, Bacterial Artificial Chromosomes che permettono l'ingresso di oltre 300000 paia di basi - oltre lo 0,01% del genoma. Teoricamente la transgenesi successiva di differenti frammenti di DNA può portare quantità di materiale genetico ben maggiori di questo 0,01%. Questa operazione, che comunque è abbastanza frequente, risulta comunque onerosa in termini di costi e tempo necessario.

Applicazioni

Gli OGM sono oggi utilizzati nell'ambito dell'agricoltura, dell'alimentazione, della salute, dell'industria e della ricerca. Mentre le piante transgeniche sono impiegate su vaste superfici al di fuori dell'Europa, molte delle applicazioni presentate dai media negli altri ambiti restano delle potenzialità del campo della ricerca che suscitano un interesse commerciale o pratico ancora da mettere in opera.

Alimentazione

Alimentazione umana (piante transgeniche come soia, mais e cotone sono utilizzate per la produzione di ingredienti per l'industria alimentare; la chimosina, estratta normalmente dallo stomaco dei vitelli, può essere prodotta dal batterio E. coli ed essere utilizzata nella fabbricazione del formaggio);
alimentazione animale (soia e mais transgenici sono i principali ingredienti utilizzati nelle diete animali in Europa);
restano ancora di dominio della ricerca e del laboratorio i miglioramenti della qualità nutrizionali di alcuni alimenti (pomodoro a maturazione rallentata, riso dorato codificante per il beta-carotene).

Agricoltura

miglioramento delle pratiche agronomiche: piante che producono in caso di stress idrico una proteina fluorescente, mais e soia tolleranti un erbicida totale;
al fine d'evitare perdite di resa e di limitare l'impiego di prodotti fitosanitari: mais, soia, cotone che producono une tossina insetticida ottenuta da un gene di Bacillus thuringiensis
possono essere introdotti anche nel terreno, evitando così l'utilizzo di pesticidi o di altre sostanze chimiche sulle piante.

Industria e ricerca

miglioramento delle qualità industriali delle materie prime (pioppo avente un tasso di lignite inferiore per facilitare il processo di fabbricazione della pasta da carta);
ottimizzazione delle tecniche della ricerca genetica (protocolli di definizione dell'espressione dei geni);
i biorimedi e la fitodepurazione (batteri che degradano idrocarburi, piante capaci di stoccare metalli pesanti) restano dei progetti allo stato di ricerca.

Salute

La biomedicina, con la produzione di sostanze medicinali come l'insulina, il vaccino contro l'epatite B o il vaccino contro la rabbia
la terapia genica, che ha l'obiettivo di guarire malattie genetiche o alleviarne la sintomatologia nei portatori
gli alimenti funzionali che hanno l'obiettivo di di rispondere a specifiche caratteristiche nutrizionali e/o farmacologiche di particolari categorie di consumatori/pazienti. La maggior parte di questi OGM sono ancora in fase sperimentale.

Tipi di OGM

Procarioti

Per introdurre nuovi pezzi di DNA negli organismi "ospiti" si usano sistemi biologici chiamati "vettori". Sono considerati vettori sia piccole molecole circolari di DNA, i plasmidi, sia alcune strutture derivate da virus, in grado di contenere quantità maggiori di materiale genetico.

Sono tre i processi attraverso cui è possibile modificare la composizione del genoma batterico.

La trasformazione batterica è un processo naturale, attraverso il quale alcuni procarioti (detti competenti) sono in grado di ricevere del DNA esterno in grado di produrre nuove caratteristiche di fenotipo. Questo fenomeno fu scoperto nel 1928 da Frederick Griffith ma venne confermato solo nel 1944. La biologia molecolare si è servita dei batteri naturalmente competenti per comprendere a fondo il problema. Oggi sono state sviluppate alcune tecniche, per quanto molto empiriche, in grado di rendere competenti anche batteri che non lo sono naturalmente. È stato dimostrato, infatti, che l'ingresso di DNA è ampiamente facilitato dalla presenza di certi cationi, come Ca2+, o dall'applicazione di una corrente elettrica (tecnica detta della elettroporazione). I vettori utilizzati nelle trasformazioni sono essenzialmente plasmidi: in seguito all'ingresso, i plasmidi non si integrano nel genoma, ma rimangono autonomi (in uno stato detto episomale).
Nella coniugazione batterica, il DNA è trasferito da un batterio all'altro attraverso un pilum (concettualmente un tubo che può collegare per breve tempo i due batteri). Un plasmide può essere così traferito da un organismo all'altro. La coniugazione, molto frequente in natura, è poco sfruttata come tecnica di modificazione genetica.
La trasduzione è infine l'inserimento di materiale genetico nel batterio attraverso un batteriofago.
È possibile valutare in modo agevole la funzione di un gene nei batteri: i ricercatori a tale scopo sono soliti realizzare dei ceppi batterici knock out. Questi organismi presentano un cancellamento del DNA relativo al gene d'interesse: osservando le conseguenze sulla vita del batterio, è possibile identificare la funzione del gene stesso.

L'uso di knock out è molto diffuso, non solo per i procarioti. È possibile realizzare knock out, infatti, con numerosi organismi modello. Il gene responsabile della fibrosi cistica, ad esempio, è stato individuato in topi knock out: una volta individuato il presunto gene della fibrosi cistica (chiamato CFTR), i ricercatori hanno individuato l'omologo nel genoma murino, ne hanno fatto un knock out, cancellandolo completamente, quindi hanno individuato nel topo così ottenuto tutti i sintomi clinici della malattia.


Animali

Come batteri e piante, gli animali possono essere geneticamente modificati in modo del tutto naturale attraverso le infezioni virali. La modificazione genetica, in ogni caso, avviene solo se il virus penetra nella cellula bersaglio (senza risposta del sistema immunitario) ed il suo genoma penetra fino al nucleo di essa.

In alcuni casi, tali proprietà dei virus possono essere sfruttate dai ricercatori per progettare vettori (appunto di origine virale) in grado di modificare in modo controllato il genoma delle cellule animali. In terapia, questa proprietà ha aperto la strada alla gene therapy), che consentirebbe di sostituire frammenti di genoma mutato nei pazienti, agendo proprio sulle cellule adulte che hanno subito mutazioni. Le mutazioni prodotte dalla gene therapy sono dunque totalmente a carico della linea somatica e non di quella germinale.

Nella ricerca c'è invece un forte interesse a realizzare linee stabili di animali transgenici, in modo da ottenere modelli animali utili per lo studio di patologie umane. Gli animali utilizzati per la costruzione di modelli in vivo di malattie umane sono numerosissimi, ma i topi rimangono i più frequenti. Per ottenere una linea stabile di modificazione genetica (quindi, per definizione, un animale transgenico vero e proprio), occorre che la modifica sia a carico della linea germinale. Esistono diverse tecniche di transgenesi animale che permettono di ottenere linee stabilmente modificate, per quanto il problema generale di questi approcci sia la bassa efficienza ed il numero elevato di animali da utilizzare.

Piante

La principale tecnica di modificazione genetica di piante è legata all'attitudine naturale del batterio Agrobacterium tumefaciens di infettare piante e causare una crescita paragonabile a quella tumorale presente negli animali, tale patologia è nota come "galla del colletto". A. tumefaciens è in grado di infettare la pianta trasferendo un plasmide che che è in grado di integrarsi nel genoma dell'ospite. Il plasmide contiene diversi geni che, una volta "letti" dalla pianta, generano la galla e producono nutrienti per il batterio consentendone la crescita. Diversi scienziati, a partire dalla seconda metà degli anni '60, hanno contribuito a comprendere il meccanismo e le condizioni attraverso cui tale plasmide viene trasferito ed integrato nel genoma della pianta: tra questi Jeff Schell, Marc Van Montagu, Georges Morel, Mary-Dell Chilton e Jacques Tempé. Grazie a tali scoperte, a partire dal 1983 è stato possibile trasfromare le conoscenze biologiche acquisite, in tecniche biotecnologiche e quindi sviluppare versioni del plasmide "disarmate", ovvero senza i geni che davano origine alla malattia, in cui erano invece presenti geni di interesse, permettendo così di produrre le prime piante transgeniche, oggi molto utilizzate per fini di ricerca o agricoli.

Un altro processo largamente utilizzato per produrre piante OGM è il metodo biolistico (anche detto gene gun, particle gun), che permette di "sparare" microproiettili ricoperti di DNA all'interno delle cellule vegetali. Tale metodo è stato utilizzato, ad esempio, per la produzione del più comune cereale OGM, il Mon810.

Le tecniche biolistiche sono spesso utilizzate per piante monocotiledoni, mentre A.tumefaciens ed altri agrobatteri sono utilizzati per modificare dicotiledoni, sebbene nuove linee di questo batterio sono state recentemente usate anche per modificare i monocotiledoni.

Queste tecniche si aggiungono a quelle, più empiriche, già sviluppate all'interno del millenario processo di "umanizzazione" delle piante di interesse agro-alimentare che oggi si trovano sulle nostre tavole: il loro patrimonio genetico ha infatti subito nel corso del tempo modifiche genetiche rilevanti con tecniche convenzionali (oppure, si potrebbe dire, biotecnologie classiche), che hanno dato origine alla stessa agricoltura: selezione artificiale o, più recentemente, l'induzione di mutazioni per mezzo di raggi X o raggi gamma.

Normativa sugli OGM

In Europa il contesto normativo sugli OGM, basato sul principio di precauzione, è oggi costituito dai seguenti testi:

-Direttiva 2001/18/CE, che, sostituendo la 90/220/CEE, riscrive le regole base per l'approvazione di un nuovo OGM;
-Regolamenti 1829 e 1830/2003/CE, che regolano l'autorizzazione e l'etichettatura/tracciabilità degli alimenti e dei mangimi (food & feed) costituiti o derivati da OGM;
-Raccomandazione 556/2003, che indica le linee guida sulla coesistenza tra colture OGM e convenzionali, cui le norme nazionali e regionali dovrebbero allinearsi.

Approfondimenti

Fonte ed approfondimenti :wikipedia.org

Notizie sugli ogm:molecularlab.it

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