Conclusione: un fiume in piena

Avanza come un fiume in piena il progresso biotecnologico: procede inarrestabile il suo percorso, supera gli ostacoli dello scetticismo, dell’incredulità e del pregiudizio.

 

Proprio come l’acqua permette agli organismi di vivere, crescere e riprodursi, anche il progresso delle biotecnologie ha salvato tante vite e tante ne salverà.

Come un fiume in piena a volte provoca dei danni e miete delle vittime. Questo non deve accadere: occorre costruire degli argini, cioè porre dei limiti a livello etico e giuridico.

Come un corso d’acqua di grande portata, se ben sfruttato, il progresso biotecnologico porterà benessere e prosperità.

La sorgente delle biotecnologie è rappresentata dalla domesticazione delle piante e degli animali. E' ancora un ruscello che scende tra le cime dei monti quando l’uomo inizia a praticare la selezione artificiale. Riceve l’acqua da alcuni affluenti come lo sviluppo dell’ottica e la costruzione del microscopio che permette al ruscello di aumentare la sua portata, così Pasteur comprende perché il mosto si trasforma in vino. E’ sempre allo scienziato francese che si deve la scoperta dei primi vaccini. L’acqua del torrente scende con maggiore impeto quando Fleming scopre che una muffa annienta i batteri responsabili di tante malattie. Da allora vengono prodotti a livello industriale gli antibiotici.

Grazie all’apporto di numerosi affluenti come la chimica, la fisica, l’elettronica e la biologia molecolare il progresso biotecnologico assume l’aspetto di un grande fiume: nella seconda metà del Novecento si verifica lo sviluppo dell’ingegneria genetica. Questa invade con la sua forza dirompente numerosi settori produttivi: il settore medico e farmaceutico, quello agro-alimentare (ad esempio con la produzione del Golden Rice), il settore tessile, quello bioenergetico e dello smaltimento e riciclo dei rifiuti.

Un  ulteriore aumento della portata si ottiene con il successo nella clonazione dei mammiferi nel 1996. Da allora il progresso biotecnologico ha visto lo sviluppo della ricerca sull’embriologia e sulle cellule staminali.

Il percorso non è terminato, sempre nuove sfide si prospettano all’orizzonte: la cura contro il cancro, la produzione di tessuti cellulari e organi per il trapianto, la lotta contro la fame nel mondo.

Considerando l’accelerazione effettuata dal progresso biotecnologico nell’ultimo secolo, penso che anche queste sfide potranno presto trasformarsi in successi scientifici.

 

E’ sempre utile ricordare il monito di Dante Alighieri espresso attraverso le parole di Ulisse nel XXVI canto dell’Inferno:

“…fatti non foste a viver come bruti,

    ma per seguir virtute e canoscenza.”.

 

 

Altri link del blog:

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Brevetti simbolo delle biotecnologie

La fama internazionale di Fleming attraverso i francobolli

Mappa concettuale

Perché il terzo gemello

Abbecedario

Ready…go!

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Some Superheroes who acquired their power as a result of a genetic mutation:

La clonazione dei mammiferi

Il termine “clonare” significa creare copie identiche di un organismo. Esistono cloni naturali che si originano spontaneamente in alcuni organismi, mentre i cloni artificiali sono quelli creati dall’uomo.

Inoltre abbiamo già parlato di clonazione di segmenti di DNA per la produzione dell’insulina o del’interferone.

In natura alcuni organismi clonano se stessi: gli organismi unicellulari come i batteri, che si riprodcono per scissione. Esistono anche cloni naturali di alcuni organismi pluricellulari quando si riproducono per via asessuata, come le planarie, alcune meduse, molti vermi e alcune piante come le fragole che producono gli stoloni (fusti orizzontali dai quali originano nuove piante).

 

Gli agricoltori e i giardinieri praticano spesso la clonazione delle piante effettuando le talee, le margotte e le propaggini.

L’ingegneria genetica non ha quindi creato la clonazione artificiale ma la ha resa possibile in organismi che non hanno la capacità di riprodursi per via asessuata, come i vertebrati.

E’ questo il caso della PECORA DOLLY, il primo mammifero ad essere clonato a partire da una cellula adulta (non da cellule embrionali). Gli scienziati del Roslyn Institute di Edimburgo, in Scozia, fecero nascere questo agnello il 5 luglio 1996.

 

 

La metodologia è piuttosto complessa ma cercherò di riassumerla in modo semplice e sintetico:

• Si preleva una cellula da una ghiandola mammaria appartenente ad una pecora adulta di razza Finn Darset (muso bianco);
• Da un’altra pecora (razza Scottisch Blackface) si preleva una cellula uovo e la si depriva del nucleo;
• La cellula uovo priva di nucleo e la cellula mammaria si fondono attraverso la stimolazione di scariche elettriche;
• La cellula uovo ora contiene il nucleo della cellula mammaria e comincia a dividersi per mitosi (come se fosse stata fecondata) formando un embrione;
• L’embrione viene impiantato nell’utero di un’altra pecora (madre surrogata), che porta a termine la gravidanza;
• Nasce Dolly che è geneticamente identica alla pecora donatrice della cellula mammaria da cui è stato ottenuto il nucleo, infatti presenta il muso bianco.

Naturalmente il successo della nascita di questo agnellino clonato giunse dopo innumerevoli tentativi falliti: tentarono 277 fusioni cellulari e da queste 29 embrioni si svilupparono, furono impiantati in 13 madri surrogate e soltanto una portò a termine la gravidanza. Dolly nacque dopo 148 giorni con il peso di 6,6 chilogrammi.

 

Il 14 febbraio 2003 dovettero praticarle l’eutanasia perché soffriva di artrite agli arti posteriori ed era affetta da un tumore polmonare provocato da un virus che infetta le pecore vissute a lungo il luoghi chiusi. Quindi paradossalmente Dolly si ammalò perché fu troppo coccolata e vezzeggiata invece di vivere in un ambiente naturale. A distanza di anni questa è la conclusione alla quale sono pervenuti gli scienziati che hanno studiato le patologie della pecora più famosa del mondo, smentendo così le voci secondo le quali questa fosse debole a causa della clonazione.

 

PERCHE’ CLONARE LE PECORE

 

La clonazione dei mammiferi al Roslyn Institute costituì  una parte di un progetto di ricerca finalizzato alla produzione di medicinali nel latte di animali da allevamento. I ricercatori sono riusciti a trasferire nelle pecore e nelle mucche i geni umani che codificano per la produzione di utili proteine. In questo modo gli animali possono produrre, per esempio, il fattore IX, un agente coagulante del sangue per curare l’emofilia, o la proteina alfa 1-antitripsina, per curare la fibrosi cistica.

Lo sviluppo della tecnologia della clonazione, che a partire dal 1996 è proseguita con numerosi altri mammiferi clonati, ha consentito di mettere a punto nuove tecniche di preparazione dei farmaci e di migliorare costantemente la comprensione dello sviluppo embrionale, delle cellule staminali e della genetica.

Il Golden Rice e il mais con l'insetticida incorporato

Desidero illustrarvi alcuni esempi sorprendenti di piante geneticamente modificate.

GOLDEN RICE

Questo riso è geneticamente modificato per contenere un’alta concentrazione di beta-carotene, che il nostro corpo converte in vitamina A. Il beta-carotene conferisce al riso il colore giallo oro.

 

E’ così possibile arricchire di vitamina A la dieta delle popolazioni che consumano molto riso, ma pochi altri alimenti, quindi carente di vitamine (circa la metà della popolazione mondiale). La carenza di vitamina A provoca una malattia chiamata VAD (vitamin A deficiency) a causa della quale ogni anno si verificano più di un milione di decessi infantili!

I “padri” di questo prodotto sono due scienziati: Ingo Potrykus e del Politecnico Federale di Zurigo e Peter Beyer della facoltà di Biologia di Friburgo. Dopo anni di lavoro, nel gennaio del 2000, i due scienziati pubblicarono i dati del Golden Rice su Science.

 

Il prodotto doveva ancora essere migliorato perché il contenuto di beta-carotene non era molto elevato.

Nel 2005 nei laboratori della Syngenta venne creato il ‘Golden Rice 2’, che produce 20 volte la provitamina A del riso d’oro originario.

La coltivazione di questo prodotto stenta a decollare per motivi legali. Potrykus da anni sostiene un progetto per distribuire gratuitamente il riso d’oro nei paesi in via di sviluppo, per garantire la sussistenza ai piccoli agricoltori. Tuttavia è risultata forte la resistenza di diverse aziende che avevano la proprietà intellettuale sul Golden Rice. Ottenere queste concessioni non è stato sempre facile, ma pare che a partire dal prossimo anno (2014) la coltivazione di questo riso possa essere effettuata liberamente in alcuni paesi, come le Filippine e il Bangladesh.

MAIS BT

Le coltivazioni di mais sono spesso colpite da un insetto temutissimo: la piralide (Ostrinia nubilalis). La larva di questa farfalla causa infatti, nei soli Stati Uniti e Canada, danni per miliardi di dollari ogni anno.

Nel Mais Bt è stato inserito un gene estratto dal Bacillus thuringiensis (per questo detto Bt)  per produrre una proteina tossica per questi insetti, la Cry 1Ab. Questa proteina danneggia l’apparato digerente delle larve della piralide causandone la morte. Non risulta invece tossica per l’uomo e per gli animali da allevamento. La coltivazione di questo mais permette di evitare l’uso degli insetticidi, con un notevole risparmio per gli agricoltori e la diminuzione dell’inquinamento ambientale che l’uso di tali prodotti provoca.

 

L'ingegneria genetica nel settore agroalimentare

Le tecniche del DNA ricombinante utilizzate nel settore farmaceutico diedero il via alle applicazioni in diversi altri ambiti. Ebbero un notevole sviluppo nell’agricoltura per la produzione di piante più redditizie, puntando soprattutto al miglioramento delle seguenti caratteristiche:

• frutti o semi con maggiore apporto nutrizionale;
• aumento della resistenza al freddo o alla siccità;
• aumento della resistenza agli insetti e ai microrganismi (in modo da limitare l’uso di insetticidi e antiparassitari);
• incremento della resistenza ai diserbanti (per limitare il numero di trattamenti necessari ad eliminare le erbe infestanti).

Per inserire nuovi geni nei vegetali sono stati utilizzati due metodi molto diversi tra loro: l’utilizzo dell’Agrobacterium  tumefaciens e il metodo biolistico (biologico-balistico).

 

L’AGROBACTERIUM TUMEFACIENS 

Questo batterio è in grado di infettare le piante in zone in cui presentano ferite o abrasioni. Causa un’escrescenza anomala, paragonabile a quella tumorale presente negli animali. Questa patologia è nota come “galla del colletto”.

 

 

 

L’agrobatterio riesce ad infettare la pianta perché possiede il plasmide Ti (tumor inducing) che penetra nelle cellule vegetali dell’organismo ospite e si integra con il DNA della pianta. Il plasmide contiene diversi geni che, una volta “tradotti” dalla pianta, generano la galla e producono nutrienti (zuccheri) per il batterio, consentendone la crescita.

A partire dal 1983, utilizzando le tecniche del DNA ricombinante, è stato possibile creare delle versioni del plasmide Ti “disarmate”, cioè senza i geni che producono il tumore, ma in cui sono presenti i geni da inserire nella pianta. Sono state così prodotte piante geneticamente modificate o meglio ancora definite TRANSGENICHE per sottolineare il fatto che sono stati inseriti geni provenienti da altri organismi.

 

 

IL METODO BIOLISTICO 

Questo metodo prevede l’introduzione del DNA esogeno direttamente nel genoma delle cellule vegetali, usando come vettori di trasporto delle sfere di metallo inerte, come oro o tungsteno. Queste sfere vengono ricoperte da un filamento di DNA che corrisponde al gene di interesse. Le sfere così preparate vengono letteralmente sparate nelle cellule. La velocità impressa permette loro di oltrepassare la parete cellulare e raggiungere il nucleo.

Mote cellule colpite muoiono, altre subiscono l’ingresso della particella senza essere modificate. Alcune, però, incorporano il DNA esogeno, risultando così transgeniche.

Il mezzo di propulsione utilizzato è una specie di cannoncino, contenente un gas inerte come l’elio. Al suo interno si instaura una elevata pressione che, in seguito al repentino rilascio, imprime un’accelerazione alle sfere di metallo.

 

 

 

 

Cannone biolistico

 

 

Le piante geneticamente modificate sono attualmente coltivate in vaste aree del pianeta. La tabella e l’immagine che seguono illustrano la loro distribuzione mondiale.

 

 

 

 

Per ulteriori informazioni:

https://www.isaaa.org/resources/publications/briefs/44/executivesummary/default.asp
 

I brevetti simbolo delle biotecnologie

Il brevetto per la produzione della penicillina:

http://www.google.com/patents/US2442141

Il brevetto del primo farmaco ottenuto con le tecniche dell'ingegneria genetica (per la produzione dell'insulina umana):

http://www.google.ge/patents/US4082613

Il brevetto del primo vaccino ottenuto con la tecnica del DNA ricombinante (contro l'epatite B):

http://www.google.com/patents/US5019386

L'insulina umana prodotta dai batteri

L’insulina è un ormone proteico prodotto da cellule, chiamate beta, che si trovano  in alcune  parti del pancreas: le isole di Langherans (da cui deriva il nome insulina). Questo ormone è indispensabile per regolare il metabolismo del glucosio dell’intero organismo. Gli individui affetti da diabete non producono questa proteina (o perlomeno non in quantità sufficiente). Quindi l’insulina viene loro somministrata quotidianamente. Occorrono grandi quantità di tale farmaco che, prima della scoperta dell’ingegneria genetica, veniva estratto dal pancreas di suini o bovini. Non essendo identica a quella umana, l'insulina di origine animale provocava nei pazienti numerosi fenomeni di intolleranza o reazioni allergiche, causando seri danni al fegato, alla vista e a volte anche la morte.

L’insulina umana è stata una delle prime proteine ad essere prodotte con la tecnica del DNA ricombinante, inserendo il gene umano in alcuni organismi unicellulari, ESCHERICHIA COLI (batteri Gram negativi), ottenendo così grandi quantità di insulina perfettamente identica a quella prodotta dagli esseri umani. L’introduzione sul mercato di questo farmaco ha sicuramente costituito un notevole miglioramento delle aspettative di vita di tutti i diabetici!

Venne realizzata per la prima volta nel 1977 dagli scienziati statunitensi Herbert Boyer e Stanley Cohen. La sua commercializzazione avvenne a partire dal 1982 con il nome HUMULIN dalla casa farmaceutica 'Eli Lilly and company' in collaborazione con la Genentech fondata dallo stesso Herbert Boyer. Fu il primo brevetto depositato per un farmaco ottenuto con le tecniche dell’ingegneria genetica e approvato dalla  U.S. Food and Drug Administration.

 

 

  

Ecco le tappe della produzione dell’insulina umana che ho sintetizzato in alcuni passaggi fondamentali:

1)   Il frammento del DNA che corrisponde al gene umano dell'insulina viene isolato attraverso diverse tecniche; la più efficace e rapida è quella che prevede la creazione del gene a partire dall’RNA messaggero, che si trova in grande abbondanza nelle cellule beta del pancreas di persone non affette dal diabete. La molecola di RNA messaggero costituisce una copia complementare del DNA che forma il gene dell’insulina. Con l’utilizzo di un enzima detto TRASCRITTASI INVERSA (estratto da alcuni virus), viene creata la copia di DNA complementare all’RNA messaggero. Si ottiene però solo un singolo filamento (mentre il DNA è costituito da una doppia elica o doppio filamento), quindi si inserisce un altro enzima detto DNA-POLIMERASI che crea il filamento complementare del DNA già presente. Alla fine di questa tappa abbiamo ottenuto un frammento isolato di DNA che corrisponde al gene completo dell’insulina umana.

2)    Il vettore usato per inserire il gene nel batterio è un PLASMIDE (piccolo anello di DNA presente nei batteri). Questo plasmide ad anello viene tagliato da un enzima detto ENDONUCLEASI DI RESTRIZIONE e mescolato con il DNA del gene. L’intervento di un altro enzima, il DNA-LIGASI, permette l’unione tra il DNA plasmidico e quello del gene dell’insulina. Il plasmide si ricompone ad anello comprendendo anche il gene nuovo.

3)    Il plasmide  messo a contatto con la cellula di Escherichia coli penetra al suo interno. Il DNA ricombinante diventa parte integrante del DNA del batterio, il quale inizia a riprodursi generando tante cellule identiche, tutte in grado di produrre l’insulina umana.

4)   Il numero dei batteri inseriti in appositi fermentatori aumenta in modo esponenziale, producendo molta insulina che viene estratta, purificata e confezionata.

 

 

 

 

Con questa stessa tecnica vengono prodotte molte altre proteine come l’ormone della crescita (precedentemente estratto dai cadaveri umani), l’interferone (usato nella terapia dell’epatite C), o alcuni vaccini di ultima generazione come quello dell’epatite B.

DNA ricombinante e OGM

La seconda metà del novecento vide un poderoso balzo in avanti nelle biotecnologie, tanto da essere chiamate tecniche di ingegneria genetica, grazie ad alcune scoperte ed intuizioni di scienziati particolarmente illuminati come James Dewey Watson e Francis Harry Compton Crick, che nel 1953 concepirono il modello di DNA a doppia elica. Questo modello permise di spiegare il meccanismo di duplicazione del DNA, ponendo così le basi molecolari dell’ereditarietà.

 

 

 

 

 

 

 

Alla fine degli anni sessanta era ormai chiaro che l’informazione genetica era contenuta nel DNA, codificata con particolari sequenze di nucleotidi. Queste informazioni codificate vengono trasferite all’acido ribonucleico (RNA messaggero o mRNA), quindi decodificate per sintetizzare le proteine (formate da polipeptidi).

 

 

 

Le tecniche dell’ingegneria genetica non sfruttano più le proprietà naturali dei microrganismi, ma intervengono direttamente sui loro geni e  prevedono il trasferimento di geni di una specie, con determinate caratteristiche favorevoli, in organismi di un’altra specie, modificando il patrimonio genetico dell’organismo che riceve i nuovi geni. Si ottengono così ORGANISMI GENETICAMENTE MODIFICATI. Le tecniche per il trasferimento dei geni da una specie all’altra vengono dette TECNICHE DEL DNA RICOMBINANTE.

Queste moderne tecniche vengono spesso utilizzate per indurre alcuni microrganismi come i batteri a produrre delle proteine utili all’uomo. In questo caso viene isolato il gene umano che codifica per la proteina per inserirlo in particolari molecole di DNA che fungono da vettori. Questi vettori, essendo frutto dell’unione di due diversi tipi di DNA, vengono chiamati DNA ricombinante. I vettori penetrano nelle cellule batteriche ed il loro DNA si integra con quello batterico. Le cellule in questo modo diventano esse stesse ricombinanti. Ogni volta che queste cellule si riproducono, ricreano il frammento di DNA che è stato inserito con il vettore (viene quindi clonato innumerevoli volte). Le cellule riprodotte mantengono la capacità di produrre la proteina, che così verrà sintetizzata in grandi quantità.

I vettori usati prevalentemente per l’inserimento del gene nella cellula batterica sono i plasmidi. Si tratta di filamenti di DNA a forma di anello che possiedono due qualità che li rendono particolarmente adatti ad essere usati come trasportatori di geni: sono capaci di replicarsi nella cellula batterica e possono passare facilmente da una cellula all’altra.

 

La fama internazionale di Alexander Fleming attraverso alcuni francobolli

La fama di Fleming crebbe a livello internazionale tanto che in numerosi stati furono prodotti francobolli in suo onore.

 

 Mali, 1975

 

 Hungary, 1981

 

 Andorra, 1994

 

 Mozambique, 2011

 

 Guinea-Bissau, 2001

 

Faroe Islands, 1983



San Marino, 1983

Romania, 1999

Monaco, 2003

Le biotecnologie - parte 2: vaccini e antibiotici

LA NASCITA DELL’INDUSTRIA FARMACEUTICA

Il progresso tecnologico a partire dagli ultimi anni  del Settecento portò a notevoli miglioramenti nelle cure mediche. Infatti EDWARD JENNER, un medico inglese, nel 1796 preparò il primo vaccino contro il temutissimo vaiolo! Egli osservò che le persone alle quali aveva iniettato il siero, estratto da vacche malate di vaiolo, se venivano successivamente infettate dal vaiolo umano guarivano facilmente.

Jenner, però, non comprese appieno i motivi per i quali il siero delle vacche (da cui deriva il nome “vaccino”) producesse immunità sugli esseri umani e non fu in grado di ripetere esperienze simili.

Le sue intuizioni vennero riprese e valorizzate quasi un secolo più tardi dal già citato scienziato francese LOUIS PASTEUR. Egli ebbe il grande merito di scoprire che i microrganismi responsabili di una malattia possono essere uccisi o attenuati nella loro virulenza e iniettati nell’organismo che si vuole vaccinare.

La presenza di questi organismi genera una risposta immunitaria nell’organismo vaccinato, che lo rende preparato ad affrontare l’eventuale infezione con il microrganismo perfettamente vitale.

Pasteur nel 1885 scoprì il vaccino contro l’idrofobia (rabbia) e successivamente vennero prodotti molti altri vaccini costituiti da agenti infettanti denaturati o attenuati.

 

Louis Pasteur

 

 

Calendario delle scoperte dei principali vaccini:

 

 

I primi anni del Novecento videro un considerevole progresso delle biotecnologie sia nel settore alimentare sia in quello medico.  Inizia in quegli anni, infatti, la produzione industriale di lievito e quindi di funghi  microscopici.

Nel 1929 avvenne una delle scoperte più importanti per l’umanità ad opera dello scozzese ALEXANDER FLEMING.

Lo scienziato stava studiando la crescita di alcune colonie batteriche su piastre di coltura (recipienti in vetro utilizzati in laboratorio per far crescere le colonie batteriche).  Accidentalmente una di queste piastre venne contaminata da una muffa blu-verde chiamata Penicillium notatum,  simile a quelle che crescono sulla buccia degli agrumi.

 

Alexander Fleming

Fleming osservò che i batteri non crescevano nelle zone vicino alla muffa, mentre continuavano ad accrescersi nelle altre parti della piastra, quindi intuì che il fungo (Penicillium notatum) producesse qualche sostanza che impediva la crescita dei batteri. Attraverso molti altri esperimenti Fleming isolò la sostanza chimica prodotta dalla muffa, che venne chiamata PENICILLINA dal nome del fungo che la produceva.

Fu la scoperta del primo ANTIBIOTICO, utile per curare infezioni batteriche patogene che a quel tempo provocavano  la morte dei pazienti.

 

 

Soltanto nel 1940 la penicillina venne prodotta a scopi farmaceutici, dopo aver verificato che non danneggiava le cellule umane. In questo modo le biotecnologie classiche divennero parte integrante dell’industria farmaceutica.

La penicillina fu considerato un farmaco miracoloso per le sue qualità terapeutiche e Fleming nel 1944 fu insignito del titolo di Baronetto, mentre nel 1945 divise il premio Nobel per la medicina con i suoi collaboratori Chain e Florely.

 

 

Le biotecnologie - parte 1

Una definizione di biotecnologie molto appropriata è quella formulata dalla Federazione Europea di Biotecnologia nel 1981: “La biotecnologia comprende l’uso integrato di biochimica, microbiologia e ingegneria per l’applicazione industriale delle proprietà e delle capacità di microrganismi, cellule appartenenti a tessuti o loro parti”. In pratica queste tecnologie utilizzano organismi viventi o loro componenti per produrre sostanze di interesse commerciale e industriale.

LA CONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI

Fin dall’antichità l’uomo ha utilizzato le biotecnologie per la trasformazione e conservazione degli alimenti, pur non avendo una precisa conoscenza scientifica, ma procedendo in modo empirico. Ad esempio la vinificazione dell’uva era un fenomeno ben conosciuto fin dai tempi biblici, anche se nessuno ne comprendeva le cause.

Oggi sappiamo che il mosto dell’uva si trasforma in vino grazie ad un processo chiamato FERMENTAZIONE ALCOLICA e che avviene per la presenza di funghi microscopici sulla buccia degli acini d’uva: i saccaromiceti come il lievito di birra. Questi microrganismi trasformano una parte dello zucchero presente nel succo d’uva in alcol (etanolo) ed anidride carbonica.

 

La fermentazione si svolge in due fasi: nella prima il lievito scinde, tramite l’enzima invertasi, gli zuccheri complessi (disaccaridi, come il saccarosio) in molecole di zuccheri semplici (monosaccaridi).

La reazione che caratterizza la prima fase è:

 

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

 

con formazione di glucosio e fruttosio (due isomeri).

Nella seconda fase (che distingue la vera e propria fermentazione) avviene la formazione di etanolo (o alcol etilico) e anidride carbonica a partire dagli zuccheri semplici (ad esempio il glucosio).

La formula generale che sintetizza questa reazione è quella del chimico-fisico francese Joseph Louis Gay-Lussac:

C₆H₁₂O₆ → 2 CH₃CH₂OH + 2 CO₂

 

Grazie alla fermentazione alcolica si producono anche altre bevande come la birra (utilizzando il luppolo) o il saké (con la fermentazione del riso).

Sono sempre questi saccaromiceti che permettono la LIEVITAZIONE DEL PANE e degli altri prodotti da forno. In questo caso il prodotto utile della reazione è l’anidride carbonica, che si sviluppa all’interno dell’impasto rendendolo soffice e morbido, mentre l’alcol evapora completamente durante la cottura.

  

Anche la possibilità di trasformare un alimento velocemente deteriorabile come il latte in qualcosa di facilmente immagazzinabile come il formaggio deve aver costituito una svolta nelle abitudini e possibilità di sopravvivenza delle antiche popolazioni di allevatori.

  

Tutte queste attività di trasformazione, benché molto utilizzate, hanno trovato una solida base scientifica solo con le scoperte di Pasteur nella seconda metà dell’Ottocento.

Infatti nel 1871 LOUIS PASTEUR isola e identifica l’agente responsabile della trasformazione del mosto in vino: un organismo unicellulare, il Saccharomyces cerevisiae, comunemente chiamato LIEVITO. Sono stati  identificati anche altri microrganismi capaci di trasformare il vino in aceto, il latte in yogurt, ecc.

SACCAROMYCES CEREVISIAE: 

La selezione artificiale

Per selezione artificiale si intende la scelta di esemplari animali o vegetali che presentano determinate caratteristiche, per farli riprodurre in modo controllato e ottenere un’accentuazione delle loro peculiarità. In questo modo si ottengono organismi viventi sempre più adatti alle esigenze dell'uomo.  Si possono produrre, ad esempio,  piante con frutti sempre più grandi e colorati o più adatti alla conservazione dei principi nutritivi molto tempo dopo la raccolta; oppure, si possono selezionare bovini ad elevata produttività di latte o di carne, galline che fanno molte uova e così via.

 

La selezione artificiale fu impiegata già in epoche antiche, come dimostrano i dipinti trovati nelle tombe egizie, risalenti a circa 4000 anni fa e raffiguranti incroci controllati fra cani. I metodi di incrocio utilizzati nel mondo antico erano, tuttavia, basati su molteplici incroci effettuati in modo casuale, fino a quando si otteneva un individuo con le caratteristiche desiderate. Le numerose varietà ottenute con incroci controllati, attualmente presenti, sono state ottenute solo dopo il XVI secolo. Inoltre si è potuto procedere a una pianificazione degli incroci grazie all’applicazione e all’utilizzo, sin dai primi anni  del Novecento, delle leggi di Mendel sulla trasmissione dei caratteri ereditari e al successivo sviluppo della genetica.

SELEZIONE DI MASSA: usata prima del Novecento

Nel periodo precedente alle scoperte del monaco austriaco Gregor Johann Mendel, gli allevatori selezionavano da ciascuna generazione gli animali o le piante che mostravano maggiormente le caratteristiche desiderate e li incrociavano tra loro. Questo metodo, conosciuto come selezione di massa, benché abbia prodotto alcuni risultati notevoli, presentava anche numerosi problemi: si trattava di un processo lento e insicuro, che peraltro non garantiva il miglioramento dei caratteri della specie, ma solo di isolati individui. Operando incroci all'interno di piccole mandrie o greggi, nel caso di animali, o di piccole coltivazioni, nel caso di piante, gli allevatori o i coltivatori talvolta perdevano in una generazione quanto avevano guadagnato in molte generazioni precedenti; insieme al miglioramento di un carattere, talvolta si assisteva al peggioramento di altri. Specialmente negli incroci tra organismi vegetali, gli ibridi, riproducendosi a loro volta, spesso non producevano successive generazioni dotate delle caratteristiche di interesse, ma regredivano all'aspetto di uno o dell'altro genitore. Il reincrocio, cioè l'incrocio tra un ibrido e uno degli individui parentali, impiegato comunemente per fissare i caratteri desiderati nella discendenza, produceva spesso organismi scarsamente fertili e vigorosi.

SELEZIONE GENETICA: usata in seguito alle leggi di Mendel

Con l'utilizzo del lavoro di Mendel e lo sviluppo della genetica, la selezione artificiale ha assunto un carattere più scientifico, rigoroso e prevedibile. Gli studi di Mendel dimostrano che i caratteri ereditari sono trasmessi come unità discrete (oggi chiamate geni) e non si mescolano nelle generazioni successive, né vengono eliminati da altri caratteri. In sostanza, le leggi di Mendel insegnano che dall'analisi dei risultati di un incrocio è possibile prevedere quali tipi di discendenza compariranno nella generazione successiva e in quali proporzioni. Sebbene Mendel avesse lavorato su caratteri semplici e qualitativi, i genetisti del XX secolo hanno dimostrato che anche la trasmissione dei caratteri quantitativi può essere spiegata con la combinazione di più fattori mendeliani. Inoltre, con l'introduzione di metodi statistici, i moderni sistemi di incrocio hanno portato a notevoli miglioramenti in una grande varietà di organismi di importanza agricola.

Nonostante tutte queste innovazioni, tuttavia, alcuni metodi di base, come la scelta di genitori con caratteri desiderabili e la selezione di individui particolari dalla discendenza ottenuta, sono rimasti gli stessi dal XVIII secolo a oggi.

LEGGE DELLA DOMINANZA:



LEGGE DELLA SEGREGAZIONE DEGLI IBRIDI:

LEGGE DELL’INDIPENDENZA DEI CARATTERI:

 

LA DOMINANZA INCOMPLETA:

 

 

LA RIVOLUZIONE VERDE

La selezione artificiale di animali e piante compiuta negli ultimi due secoli ha notevolmente migliorato i prodotti agricoli e, di conseguenza, l'approvvigionamento alimentare del pianeta. Soprattutto a partire dalla rivoluzione industriale, sia in Europa sia negli Stati Uniti la riproduzione controllata delle specie animali e vegetali si è effettuata in modo sempre più sistematico e su larga scala a causa della domanda crescente di alimenti e prodotti agricoli da parte della popolazione urbana in espansione. Nel XX secolo, l'incremento della popolazione mondiale ha portato a un'ulteriore crescita della produzione agricola, ottenuta grazie alla cosiddetta 'rivoluzione verde', un progetto internazionale, su grande scala, che nella seconda metà del secolo, tra il 1950 e il 1975 ha portato alla creazione di varietà di colture ad alta produttività (grano, riso, mais), adatte specialmente ai paesi in via di sviluppo con popolazioni in rapido aumento. Le rese del frumento, ad esempio,  passarono da 0,9 tonnellate per ettaro con le varietà tradizionali a 4-4.5 nel 1954 fino a 6 tonnellate per ettaro nel 1964. Spesso, tuttavia, le colture ottenute dalla rivoluzione verde richiedevano per il proprio mantenimento  fertilizzanti chimici e pesticidi molto inquinanti e costosi sistemi di  irrigazione. Più efficienti, in questo senso, sembrano essere le moderne tecniche di ingegneria genetica (delle quali tratterò in seguito), che permettono di trasferire geni, e quindi caratteri, da una varietà o da una specie a un'altra, permettendo, così, di produrre varietà vigorose ad alta produttività.