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settembre/ottobre 2000

 
 


 

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. 
 

Nuovi obbiettivi biotecnologici
È un nuovo studio in campo di biologia molecolare, si chiama "Progetto Proteoma" ed è nato nello European Molecular Biology Laboratory (Embl) di Heidelberg in Germania.
In tutto ciò c'è lo zampino di un italiano, Giulio Superti Furga che, approdato in quel di Germania quando aveva trent'anni, a trentasette si è ritrovato a condurre un gruppo di giovani specializzati in nuove tecnologie, come biologi molecolari, ingegneri, bioinformatici, fisici, biochimici, matematici, insomma professionisti del futuro di diverse nazionalità.
Con loro ha fondato una piccola azienda biotecnologica che lavora sullo sviluppo di progetti specifici, aiutato dai finanziamenti dell'Embl.
In questi anni - ricalcando l'impronta del progetto genoma, ideato negli anni '90 dal premio nobel per la medicina il professor Renato Dulbecco, il cui scopo, da poco raggiunto, era quello di arrivare a conoscere ogni singolo gene presente nel codice genetico (DNA) - il suo gruppo di lavoro si sta cimentando in un'altra grossa ed importante impresa, quella di identificare tutte le proteine presenti in una cellula.
Le proteine, che non sono altro che i prodotti dei geni, formano dei complessi molecolari in grado di far funzionare la nostra cellula e di permetterle di interagire con altre strutture cellulari. Conoscendo le molecole proteiche e la loro attività si potranno creare farmaci mirati per intervenire sulle cellule alterate responsabili di alcune malattie come i tumori, il diabete, la distrofia, l'infarto.
I risultati dello studio hanno rapito l'attenzione dei più importanti centri di ricerca mondiale nonché quella di riviste leader in campo scientifico quali "Nature" che vi ha dedicato dieci pagine in un suo numero. Questi promettenti studi portati avanti con molta professionalità ed altrettanto entusiasmo da giovani manager biotecnologici con un occhio alla Borsa ed uno al microscopio ci fanno ben sperare per il futuro.
Fernanda Cinque
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