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UNA
TECNOLOGIA SEMPLICE
PER PROBLEMI
COMPLESSI
di Paolo dalla Zonca
Tutte
le biotecnologie di cui si parla oggi anche con grande tuonare di polemiche
si fondano su una tecnologia abbastanza semplice, quella del DNA ricombinante.
Dal 1953, quando Watson e Crick definirono la struttura a doppia elica
del Dna (doppia elica, cioè come una scala a pioli che si avvolge
intorno al proprio asse longitudinale), l'ingegneria genetica è
diventata una realtà.
Le tecniche del Dna ricombinante,
o biologia molecolare, si avvalgono della semplicità e prevedibilità
del codice genetico. Il Dna è infatti una sequenza di quattro basi,
adenina
(A), timina (T), citosina (C), guanina
(G), legate
tra di loro con un legame chimico ad alta energia tra residui di fosfato
e zuccheri. L'adenina si accoppia, tra un filamento di Dna e l'altro, solo
con la timina, la citosina solo con la guanina. Lungo ogni singolo filamento,
però, l'ordine può essere qualunque, e il vero e proprio
codice genetico è quello delle triplette (ATG,
GCA,
TTC,
eccetera) ognuna delle quali è l'informazione in codice per ognuno
dei venti aminoacidi che sono poi gli elementi che formano le proteine,
l'unico prodotto dei geni che nel loro complesso formano il genoma. Altre
triplette sono i segnali di avvio della replicazione del Dna o di stop
della stessa.
La tecnologia del Dna ricombinante,
una volta noto il codice genetico, ha ricevuto una spinta inarrestabile
con la scoperta degli enzimi di restrizione, piccole proteine presenti
nei batteri, in numero enorme, ognuna delle quali taglia il Dna in corrispondenza
di una sequenza estremamente specifica, cioè, ogni enzima di restrizione
taglia il Dna solo in corrispondenza di quella, e quella solo, sequenza,
in genere un piccolo tratto di 4-6 basi. Oggi gli enzimi di restrizione
in commercio sono centinaia, così come sono ormai disponibili per
i ricercatori e i biotecnologi tutti quegli enzimi che ricuciono il Dna
tagliato (ligasi), o che promuovono la crescita del Dna in provetta a partire
da un filamento stampo (Dna polimerasi). Altri enzimi che servono a favorire
l'arrotolamento, lo srotolamento o la riparazione del Dna sono disponibili
sul mercato in diverse versioni e permettono di fare con il Dna qualunque
giochetto.
Le tecniche di microbiologia, cioè
la coltura in laboratorio di batteri, e quelle di coltura di cellule superiori,
dai lieviti alle cellule umane passando per quelle vegetali, e le conoscenze
ormai molto avanzate della biologia cellulare permettono di manipolare
gli organismi per scopi ben precisi: queste sono le biotecnologie, con
le applicazioni agroalimentari e quelle biomediche, come la clonazione
e la terapia genica.
Biotecnologie agroalimentari
Sono quelle che oggi fanno più
discutere, come nel caso delle piante agrarie transgeniche. Transgenico
significa che un gene di un organismo A viene trasferito, con le tecniche
di biologia molecolare, in un organismo B, che diventa quindi l'Organismo
Geneticamente Modificato, OGM. Dal punto di vista tecnico fare un OGM è
ormai relativamente semplice e poco costoso: quella che continua a costare
molto è la ricerca di base, quella che negli ultimi 50 anni si è
sviluppata a partire dalla scoperta della struttura del Dna e del codice
genetico.
Il Dna transgenico, modificato in
provetta, viene messo in cellule vegetali in coltura, per esempio soia,
mais, pomodori, patate, colza eccetera, per mezzo di vettori batterici.
Le cellule modificate, coltivate come tessuto vegetale indifferenziato,
possono essere fatte differenziare nelle pianticelle della pianta desiderata,
che si sviluppa secondo natura, solo che produrrà, oltre alle sue
solite, anche la proteina codificata dal transgene, quello che noi abbiamo
inserito nel genoma della nostra pianta.
Questo viene fatto per conferire
alla pianta la resistenza ad alcuni erbicidi, o per mettergli dentro sostanze
tossiche per certi insetti novici, o la resistenza, ad esempio, al gelo.
Una modificazione genetica che sta suscitando grandi polemiche è
quella che rende i semi della pianta transegica sterili, obbligando così
il coltivatore a ricomprare ogni anno sementi nuove, non certo un vantaggio
per i contadini del terzo mondo.
Clonazione
Il termine è entrato nell'uso
comune riferendolo alla clonazione animale, cioè alla produzione
di un organismo intero a partire dal materiale genetico di una cellula
del corpo, invece che con il sistema naturale, l'accoppiamento delle cellule
germinali maschili e femminili, gli spermatozoi e le cellule-uovo. Nel
caso della storica pecora Dolly, il materiale genetico di partenza era
quello di una cellula della pelle della mammella. Il nucleo di questa cellula,
che contiene i cromosomi, i corpuscoli che contengono il Dna dell'animale,
venne trasferito in una cellula uovo di un'altra pecora, alla quale era
stato tolto il suo nucleo. L'ovulo così modificato venne impiantato,
come per una inseminazione artificiale, nell'utero di un'altra pecora,
che partorì poi la nostra Dolly, di aspetto identico alla pecora
che aveva donato la cellula di mammella.
Alcuni problemi della tecnologia
di Dolly sono stati recentemente superati, tra cui quello che vedeva Dolly
"nata vecchia": ogni volta che una cellula si divide, i suoi cromosomi,
che sono di Dna, più tantissime proteine che lo tengono impacchettato
strettamente, si liberano da queste proteine per permettere al Dna di distendersi
e replicarsi, per poi essere di nuovo impacchettato strettamente in un
cromosoma figlio. Il cromosoma figlio, però, ad ogni passaggio è
sempre più corto, e man mano che le generazioni cellulari si succedono,
il cromosoma è sempre meno in grado di distendersi, uno dei meccanismi
alla base dell'invecchiamento cellulare, e quindi della morte. La scoperta
delle funzioni, e la scoperta della possibilità di manipolare l'attività
dell'enzima telomerasi, la proteina responsabile dell'impacchettamento
del cromosoma, ha permesso di riportare agli stadi embrionali i cromosomi
animali, cosa che ha aperto la strada alla dedifferenziazione delle cellule
somatiche.
Mi spiego: una cellula di un qualunque
tessuto del corpo, pelle, muscoli, cervello, fegato, eccetera è
una cellula differenziata, cioè, dal punto di vista genetico, è
una cellula destinata a produrre solo quelle proteine che servono per la
sua funzione specializzata, oltre che quelle per il normale mantenimento
della vita cellulare. Oggi è possibile riportare la struttura dei
cromosomi di una cellula differenziata a quella delle cellule dei primi
stadi dell'embrione, quando queste cellule sono totipotenti, cioè
in grado di fare di tutto. In natura, ma oggi anche in laboratorio, precisi
segnali ambientali e biologici indirizzano le cellule totipotenti verso
la loro differenziazione.
Così, da un punto di vista
biotecnologico, sarà probabilmente possibile, in futuro, prelevare
dalla nostra pelle una cellula, dedifferenziarla, e coltivarla in modo
che si sviluppi nel tessuto che ci serve per curarci, mettiamo il caso,
la pelle se dobbiamo aggiustarci un'ustione, o un rene se ci serve per
un trapianto. Questo significa che sarà abolita, per esempio nei
trapianti, la necessità di sottoporci a terapie immunodepressive
che servono oggi per evitare il rigetto, la risposta immunologica del nostro
organismo al tessuto di un estraneo. A tutt'oggi, è stata sperimentata
la coltivazione in laboratorio di tessuti e organi per cartilagini, per
vescica e uretere, per le ghiandole salivari, per vasi sanguigni e cuore,
pelle, capezzoli, fegato, cellule nervose, ossa e pancreas. Alcune di queste
tecniche sono ancora sperimentali, ma per le ossa ci sono già stati
i primi esperimenti clinici su pazienti, anche in Italia, mentre per la
pelle la tecnica è già molto avanzata e in uso in tutto il
mondo.
Terapia
genica
È l'applicazione, in campo
animale e umano, delle tecniche di produzione di organismi transgenici.
In pratica troverebbe applicazione nelle malattie genetiche, come il cancro,
e in certe malattie in cui un singolo gene smette di produrre, o produce
male, una proteina particolare. Si tratta in pratica di inserire nell'organo
malato delle cellule "corrette" con una copia funzionante del gene che
non funziona più, o di inserire direttamente il gene funzionante
nelle cellule malate.
La tecnica è molto difficile,
e inizialmente ha destato grandi preoccupazioni per via della scarsa ricettività
delle cellule animali al Dna in arrivo da fuori della cellula. Il sistema
più efficiente, in natura, per inserire del Dna nei cromosomi delle
cellule animali o umane è quello dei virus. I primi esperimenti
hanno usato allora dei vettori virali, cioè del Dna di virus patogeni
noti, modificati perché perdessero i geni che appunto li rendevano
patogeni. La tecnica restava però rischiosa perché le componenti
che permettono al virus di entrare nella cellula, riprodurvicisi ed uscire
dalla cellula, sono le stesse che si porta dietro il virus patogeno "naturale",
così se per esempio noi si usava il virus dell'influenza per portare
nella cellula il transgene, e si incappava in un virus normale dell'influenza,
questi potevano probabilmente ricombinarsi, producendo magari un virus
modificato casualmente ma sempre patogeno, col rischio anzi che diventasse
più pericoloso.
Oggi la ricerca di base per la terapia
genica si orienta proprio a rendere sicuri i vettori virali. Le applicazioni
future, si pensa tra dieci o vent'anni, sono verso certe malattie del sistema
immunitario, contro le emofilie, l'ipercolesterolemia ereditaria, la fibrosi
cistica, le malattie dell'emoglobina dei globuli rossi, le talassemie o
gli enfisemi polmonari ereditari.
Queste sono tutte malattie genetiche
ereditarie che dipendono dal cattivo funzionamento di un solo gene. Ma
ci sono anche delle malattie acquisite, non necessariamente ereditarie,
nel mirino della ricerca in terapia genica. Si tratta dei tumori, tra cui
certi del fegato, del cervello, del pancreas, della mammella o dei reni.
Ci sono poi malattie neurologiche, come il Morbo di Parkinson, quello di
Alzheimer, o lesioni del midollo spinale, malattie cardiovascolari, come
restinosi o arteriosclerosi, e potrebbe esserci qualche possibilità
per certe malattie infettive, come l'Aids o l'epatite B.
Il potenziale delle biotecnologie
è quindi molto elevato in termini di possibilità di migliorare
la qualità della vita del genere umano. Quale sia l'impatto dell'applicazione
e della diffusione di tutte queste tecniche dipende però dalla natura
umana, dalle scelte etiche ma soprattutto economiche e politiche.
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