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Biotechnologie

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La biotecnologia (dal greco βίος, bìos = “vita” , τέχνη (téchne), “arte” nel senso di “perizia”, “saper fare”, “saper operare”, e λόγος, lògos = “studio”) è il ramo della biologia applicata riguardante «…l’utilizzo di esseri viventi al fine di ottenere beni o servizi utili al soddisfacimento dei bisogni della società». Ma anche l’applicazione e lo studio di qualunque tecnologia sviluppata o sviluppabile dall’uomo al campo della biologia.

Tra le definizioni disponibili, la più completa è indubbiamente quella stessa dalla Convenzione Diversità Biologica:

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La biotecnologia è l’applicazione tecnologica che si serve dei sistemi biologici, degli organismi viventi o di derivati di questi per produrre o modificare prodotti o processi per un fine specifico.

Nel linguaggio corrente, si utilizza più frequentemente il termine al plurale (biotecnologie), ad indicare la pluralità di tecnologie sviluppate e i relativi ambiti di applicazione.

 

Descrizione

Le biotecnologie rappresentano un metodo in più a disposizione dell’agricoltura: poiché esse rendono possibile l’inserimento nelle piante di specifici geni, anche provenienti da specie assai diverse, la cui funzione è nota per trasmettere le informazioni nelle generazioni successive. Il miglioramento genetico quindi non è altro che un sistema per ottimizzare la selezione naturale e accrescere il rendimento e la resistenza alle malattie. le biotecnologie non sono un’invenzione prettamente legata ai nostri tempi, bensì hanno origine ed impiego da molti secoli per la fermentazione del vino e della birra o per la lievitazione.

Numerose sono anche le applicazioni nel campo del biorisanamento (trattamento, riciclo e bonifica di rifiuti attraverso microrganismi attivi).

Vi sono applicazioni che, pur non servendosi di microrganismi, sono classificate come biotecnologiche. Le biotecnologie sono infatti ampiamente utilizzate nello sviluppo di nuove terapie mediche o innovativi strumenti diagnostici. Le tecniche di DNA e RNA microarray utilizzate in genetica ed i radiotraccianti utilizzati in medicina sono ottimi esempi.

Le biotecnologie nell’ingegneria genetica vede l’utilizzo di organismi geneticamente modificati. Microrganismi come Escherichia coli o alcuni batteri possono essere utilizzati per la sintesi di sostanze come insulina o antibiotici. Anche cellule di mammifero geneticamente modificate sono ampiamente utilizzate nella biosintesi di farmaci. Promettenti nuove applicazioni sono legate alla biosintesi di farmaci attraverso organismi vegetali.

Applicazioni al centro di ampio dibattito sono quelle atte alla produzione di animali e piante transgeniche (come il mais BT) noti a tutti come OGM.

Le biotecnologie hanno sostituito le società informatiche nel portafoglio dei titoli tecnologici quotati in borsa (NASDAQ). Delle 1300 aziende biotecnologiche che operano negli USA solo 35 (il 3 %) sono in attivo; le altre sono in perdita. Nonostante ciò i prezzi delle azioni sono in crescita, come ai tempi della bolla speculativa della Net Economy, dove i corsi azionari crebbero per tutti gli anni novanta per sgonfiarsi e tornare ai prezzi del decennio precedente.

Lo strumento principale di cui si avvalgono le biotecnologie, è l’ingegneria genetica. ovvero Manipolare il DNA per costruire nuova informazione genetica. Il DNA, la molecola di cui sono costituiti i singoli geni e gli interi genomi, può essere oggi rimodellato nei laboratori di ingegneria genetica. Attraverso manipolazioni ormai di uso comune si possono costruire nuovi geni e addirittura interi organismi fino a oggi inesistenti. Le tecniche d’ingegneria genetica consistono essenzialmente nell’isolamento del gene, nella sua identificazione e nella sua riproduzione in copie identiche (clonazione). Inoltre è possibile inserire nuovi geni nei genomi o eliminarli, creando così nuovi organismi detti transgenici. L’ingegneria genetica consente anche di fare diagnosi prenatali su embrioni e di rivelare eventuali malattie genetiche.

Principali ambiti d’impiego:

Settori biotecnologici

Le applicazioni biotecnologiche sono numerose. La seguente classificazione, molto generica, riporta alcuni settori come definiti nel gergo internazionale.

  • Blue biotechnology o “biotecnologie marine”.
    È il settore delle biotecnologie che si occupa di applicare le metodiche della biologia molecolare agli organismi marini e di acqua dolce. Riguarda l’utilizzo delle risorse marine allo scopo di: migliorare le conoscenze in ambito produttivo ed ecologico, potenziando la produzione di alimenti derivati e la loro salubrità; proporre nuove soluzioni per il controllo della proliferazione di organismi acquatici dannosi per l’uomo e l’ambiente; ricercare nuove molecole con potenzialità farmaceutiche.
  • Grey biotechnology o “biotecnologie ambientali”.
    È il settore delle biotecnologie che si occupa di tutte le applicazioni direttamente correlate all’ambiente. Queste possono essere suddivise in due gruppi: salvaguardia della biodiversità e protezione dai contaminanti. Il primo gruppo comprende le applicazioni della biologia molecolare alle analisi di genetica di quelle popolazioni e specie animali che fanno parte dell’ecosistema; per quanto riguarda il secondo gruppo, fa parte delle biotecnologie ambientali l’utilizzo di microorganismi e piante in grado di isolare e rimuovere dall’ambiente le sostanze ritenute inquinanti come per esempio metalli pesanti e idrocarburi. Un valore aggiunto di questa capacità di riutilizzo è la possibilità di recuperare e sfruttare le sostanze estratte dall’ambiente direttamente o attraverso sottoprodotti e scarti dei microorganismi e delle piante.
  • Green biotechnology o “biotecnologie agroalimentari”.
    È il settore delle biotecnologie che si occupa dei processi agricoli. L’applicazione più conosciuta è sicuramente il mais Bt, una pianta di mais modificata geneticamente in modo da produrre una tossina batterica, proveniente da Bacillus thuringiensis (da cui il nome Bt), tossica per gli insetti. In commercio esistono differenti varietà di coltivazioni in grado di resistere ad erbicidi o con maggiore resistenza alle malattie. Le applicazioni delle biotecnologie agroalimentari non si fermano alla semplice introduzione di proteine in un organismo vegetale, esistono modifiche che intervengono su intere vie metaboliche in modo da incentivare la produzione di metaboliti secondari (vedi golden rice o pomodori ricchi di antociani). Negli ultimi decenni sono state sviluppate delle vere e proprie produzioni di farmaci ricombinanti o vaccini in piante, soprattutto nei casi di farmaci orfani, in modo da facilitare la purificazione dei farmaci conseguentemente riducendo i costi di produzione. La patata Amflora, prodotta dalla multinazionale BASF, è invece un esempio di patata OGM utilizzata per produrre carta, quindi non per scopi alimentari. L’utilizzo in campo delle biotecnologie agroalimentari, se correttamente contestualizzata alle esigenze della società e del mondo agricolo, è importante per raggiungere incrementi di produttività soprattutto nelle aree dove gli eventi climatici avversi si verificano con intensità maggiore. La stabilizzazione delle produzioni attenuerebbe lo stress sulle scorte e la fluttuazione dei prezzi delle commodities, riducendo automaticamente la possibilità che gli individui più vulnerabili passino dalla condizione di povertà alla condizione di fame o sottonutrizione
  • Red biotechnology o “biotecnologie mediche, farmaceutiche e veterinarie”. È il settore delle biotecnologie che si occupa dei processi biomedici e farmaceutici. La nascita dei primi farmaci biotecnologici risale alla produzione di antibiotici con microrganismi, quali le penicilline prodotte da funghi del genere Penicillium e le cefalosporine prodotte da Cephalosporium acremonium. Negli anni ottanta, con l’introduzione della tecnologia ricombinate è stata possibile la produzione di insulina, su scala industriale, in un batterio chiamato Escherichia coli. Attualmente vengono prodotte un gran numero di proteine ricombinanti ad uso medico quali: fattori sanguigni (fattore VIII e fattore IX), ormoni (insulina ed ormone della crescita), fattori di crescita (Eritropoietina e HGFs), citochine (interferoni e interleuchine), vaccini e anticorpi monoclonali.
  • White biotechnology o “biotecnologie industriali”.
    È il settore delle biotecnologie che si occupa dei processi di interesse industriale. Le principali applicazioni in questo settore prevedono l’utilizzo di enzimi, cioè proteine deputate ad accelerare un data reazione chimica. Enzimi come emicellulasi, xilanasi, lipasi ed ossidasi sono utilizzati per migliorare la resistenza della rete del glutine nei processi di panificazione. Nella produzione di latte per bambini le proteasi sono utilizzate da più di 50 anni nella produzione di latte vaccino per neonati, dato che agiscono scindendo le proteine presenti nel latte, rendendo il latte più digeribile e diminuendo i problemi di allergie. Sempre nel settore lattiero-caseario, l’enzima beta galattosidasi è utilizzato per idrolizzare il lattosio e rendere il latte ad alta digeribilità. Nel settore dei succhi di frutta, gli enzimi pectinasi sono impiegati per scindere la pectina, un polisaccaride presente nella frutta, requisito fondamentale per ottenere succhi di frutta limpidi e stabili. L’enzima laccasi, appartenente alla famiglia delle ossidasi contenente rame, trovano impiego in differenti campi: candeggio dei jeans attraverso l’ossidazione del colore indaco, l’ossidazione di composti fenolici nella produzione di etanolo, chiarificazione di vino, birra e succhi di frutta. Nell’industria della carta l’utilizzo delle cellulasi, enzimi in grado di degradare la cellulosa, permette notevoli risparmi ambientali rispetto al tradizionale procedimento chimico.
  • Orange biotechnology o “biotecnologie educativo”. E la diffusione delle biotecnologie e formazione in questo settore. Esso fornisce informazioni e formazione interdisciplinare su argomenti di biotecnologie (ad esempio lo sviluppo di strategie educative per presentare temi biotecnologici come produzione di proteine ricombinati) per la società comprese le persone con esigenze particolari, come problemi di udito e / o visivo. Ha lo scopo di incoraggiare, individuare e attrarre le persone con vacazione scientifica e / o elevate capacità / giftedness per le biotecnologie.
  • Bioinformatica, come settore correlato alle biotecnologie. Si tratta di un settore interdisciplinare che utilizza un approccio informatico per risolvere problematiche di tipo biologico. Gioca un ruolo determinante nelle applicazioni di genomica funzionale, genomica strutturale e proteomica. Ha un ruolo fondamentale anche nello sviluppo di nuovi farmaci (drug discovery).

Corsi di laurea

Corsi di laurea e di laurea magistrale in Biotecnologie sono stati attivati presso molte università italiane e hanno l’obiettivo generale di assicurare allo studente un’adeguata padronanza di contenuti e metodi scientifici generali delle Biotecnologie. La maggior parte dei corsi di laurea prevede un percorso di tre anni e si conclude con un periodo di tirocinio e tesi, sperimentale o compilativa. Un corso di laurea di questo tipo, mira a far acquisire allo studente le competenze conoscitive, tecniche e comportamentali rilevanti per una moderna metodologia di studio e di ricerca, finalizzata all’utilizzo di funzioni e sistemi biologici per la produzione di beni e di servizi.

Oltre alle materie scientifiche di base (Matematica, Fisica, Chimica) la quasi totalità dei corsi di laurea in Biotecnologie prevede corsi in Chimica organica, Biologia molecolare, Genetica, Biochimica, Microbiologia, Citologia, Tecnologie del DNA ricombinante e materie specifiche che variano a seconda dell’indirizzo (i più comuni: Biomedico, Farmaceutico, Industriale, Ambientale, Veterinario, Agrario ed Alimentare). I corsi di laurea in Biotecnologie oltre a trattare problematiche propriamente biotecnologiche comprendono corsi dedicati alla conoscenza dei problemi economici ed etici, relativi al trattamento di prodotti biotecnologici.

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