- FOOD BIOCHEMISTRY -

1. -FOOD BIOCHEMISTRY- Department of Food Science University of Naples "Federico II" Alberto Ritieni Parco Gussone, via Università 100 80055 Portici (Na) Italy Tel. +39-081-7755162 Fax +39-081-7754942 e-mail ritialb@unina.it

2. Una definizione di “Biotecnologie” “le biotecnologie possono essere sinteticamente definite come ogni tipo di tecnica che utilizza organismi viventi o partedi essi per fare o modificare prodotti, per migliorare piante e animali oppure per sviluppare microrganismi per usi specifici”

3. Le prime testimonianze di processi biotecnologici risalgono al 6000 a.c. con la produzione di vino e birra seguiti poi dalla produzione di pane, formaggi e derivati del latte. (Biotecnologie di Processo) Venivano anche selezionati cani più abili o suini più grassi oppure piante più resistenti o più produttive. (Biotecnologie Zootecniche) L’uomo ha usato la tecnica del “tentativo/errore” per migliorare la propria vita usando processi di cui non conosceva le leggi. La scoperta del gene e delle tecniche di manipolazione ha aumentato le possibilità di avere nuovi prodotti o applicazioni.

4. Tappe delle Biotecnologie • 1866Mendel e gli esperimenti sui piselli • 1885Pasteur e vaccino anti-rabbia • 1928-29Fleming e la penicillina • 1933Morgan riscopre le leggi di Mendel • 1953Watson e Crick doppia elica • 1959 Comprensione replicazione del DNA • 1960-69Traduzione e sintesi proteica • 1963Sintesi chimica dei peptidi • 1967Cristallografia delle proteine • 1971-73DNA ricombinante • 1975Primo anticorpo monoclonale • 1976Diagnosi molecolare prenatale • 1977Sequenziamento del DNA 1978Espressione di geni umani in batteri (insulina) • 1981Primi animali transgenici (ratti, etc) • 1982-85Prime piante OGM (pomodoro) • 1985Messa a punto della PCR 1987Pianta OGM resistente ad insetti • 1988Progetto Genoma Umano • 1990Prime direttive europee su OGM • 1994Pomodoro OGM a lenta maturazione • 1996 Pecora Dolly clonata in Scozia • 1998Brevetto biotecnologico • 1999 Terapia genica contro il cancro

5. IN QUALI CAMPI SI APPLICANO LE BIOTECNOLOGIE ? • Medicina • Zootecnia • Agricoltura • Industria • Energia e Ambiente • In Agricoltura le piante selvatiche sono poco diffuse; lo stesso mais odierno, Tripsacum, dava in origine solo 10-20 semi per pianta con un guscio duro e somigliava ad un filo d’erba: • Pianta non produttiva • Pianta poco valida per la nutrizione • Oggi il mais porta circa 1000 chicchi a pannocchia e sono molto più digeribili rispetto al passato.

6. I Paesi maggiormente coinvolti nel mondo nell’utilizzo degli OGM sono: USA, Sud America, Canada Dal 1998 al 1999 la superficie è cresciuta del 43,5 % Ettari coltivati nel mondo 39,9 milioni Fra i nuovi paesi in arrivo si trovano: la CINA e l’INDIA Paesi dell’Unione Europea: NOalla sperimentazione SIalla importazione di OGM

7. Come si è arrivati alle Biotecnologie ? • 12000 anni agricoltura convenzionale • Ultimi due secoli si sono usati: • Incroci tra piante sessualmente • compatibili; • Selezione di mutanti Dal 1985 si è aggiunta come strumento la possibilità di integrare pezzi di genoma di altri organismi L’uomo è tale perché i geni che possiede sono differenziati in un certo modo Un suo gene può funzionare in un altro organismo se inserito bene: Es.: insulina per il metabolismo zuccherino espressa nei lieviti

8. Esempio di applicazione: Riso Carnaroli in Italia è sensibile al parassita Pyricularia oryzae L’incrocio con altre specie non fornisce il Carnaroli (genoma diverso organismo diverso riso diverso) come evitare le perdite sino al 100% del raccolto ? La selezione di mutanti del riso resistenti al parassita ha prodotto specie sensibili ad altri patogeni e dunque poco utili per i raccolti. L’inserimento del gene B32 del mais o AFP di Aspergillus risolverebbe il problema creando un Carnaroli resistente al parassita.

9. Per ora i geni inseriti sono promotori che accendono il DNA, ma sono tutti“costitutivi”ovvero il gene sotto controllo è sempre attivato. Negli animali superiori i geni sono“inducibili”ovvero si accendono dopo stimoli es. luce, temperatura etc. Es nel mais Bt il gene 35S induce la produzione di tossina Bt (Bacillus thuringiensis), ma ciò può essere indesiderato perché la tossina Bt si accumula. Obiettivo:esprimere tossina Bt solo quando, dove serve e nelle quantità giuste.

10. Le metodologie utilizzate per ingegnerizzare gli organismi sono: • l’uso dell’Agrobactrium tumefaciens • il bombardamento con particelle d’oro accellerate (metodo balistico). • Esiste un riso Bt capace di esprimere albumina umana, antitrombina III e alfa-1-antitripsina.

11. I rischi delle Biotecnologie • L’agricoltura è di per se una cosa non naturale perché comporta: • Distruzione di foreste; • Modifica dell’ambiente; • Riduzione della biodiversità; • Inquinamento ambientale. • Nessuna tecnologia è esente da rischi e da problemi, la domanda da porsi é: • Il rischio vale la candela ? • Ovvero i benefici ottenuti • superano i rischi ? • Per l’agricoltura convenzionale • la risposta sinora è stata SI. • Le piante transgeniche comunque NON possono essere innocue del tutto.

12. Quali rischi sono possibili: • Effetti tossici sull’uomo; • Danni all’ambiente; • Inutilità per i paesi ricchi; • Gestione commerciale; • Incapacità di risolvere la fame nel • mondo • Gli OGM scatenano allergie: • Il 2-4% dei bambini e l’1-2 degli adulti è allergico a soia, latte, farina, riso, arachidi, crostacei etc • Le legislazioni dei paesi produttori salvaguardano ciò evitando la vendita di prodotti che possono contenere proteine “allergeniche” se l’organismo di partenza è allergenico.

13. Inoltre sono valutati i parametri chimico-fisici delle proteina espressa e gli effetti del gene esogeno sulla produzione degli allergeni della piante ospite. Infine si fanno saggi in vitro e in vivo per accertare che non siano proteine allergeniche prodotte e accumulate. Esempio: una varietà di soia OGM con un gene di noce brasiliana pur essendo nutrizionalemente migliorata la soia OGM produceva reazioni allergiche tipiche dell’albumina. Il prodotto è stato ritirato dal commercio !!!!!!

14. Si può ridurre il potenziale allergenico di una pianta inserendo un gene “antisenso” nella pianta. Ovvero il gene responsabile dell’allergia con le basi capovolte nella sequenza ciò annulla l’attività del gene allergenico. Altro rischio paventato è di creare resistenze indesiderate agli antibiotici es kanamicina, neomicina etc. Gli antibiotici servono per “trovare” tra le tante cellule quelle trasformate, diventate resistenti agli antibiotici, mentre le non-OGM sono sensibili e periscono. Il rischio è il passaggio di tale resistenza ai nostri batteri intestinali.

15. Ciò è altamente improbabile; nel nostro intestino ci sono miliardi di batteri che mutano continuamente per cui le resistenze agli antibiotici sono sempre presenti, ma manca la spinta selettiva ovvero non ingeriamo gli antibiotici usati per selezionare gli OGM. Nel nostro DNA NON ci sono geni di vacca oppure di mele eppure ingeriamo tutti i giorni carne e frutta. Il 50% degli antibiotici è usato in zootecnia e con carni crude e/o insaccati convogliamo molti batteri resistenti agli antibiotici e selezionati dagli animali. Oggi si tende ad usare terreni selettivi contenenti zuccheri e non antibiotici.

16. Un quesito è se possono le piante OGM involontariamente trasmettere per riproduzione sessuata ad altre piante il loro gene acquisito ? • Usare piante maschio sterili; • Non consentire coltivazioni non-OGM • vicino ad OGM; • Attraverso i semi è possibile trasmettere caratteri OGM, ma i semi di piante non coltivate non possono competere con piante selezionate naturalmente. SI SI SI SI può evitare facendo: -Integrare il gene nel DNA del cloroplasto (molte piante trasmettono i cloroplasti per via materna per cui il polline non è OGM);

17. Gli OGM non riducono la biodiversità. A ridurla è stato l’uomo per aspetti commerciali; le specie più produttive sono favorite per il mercato e oggi ci sono solo 3-4 specie di mele rispetto alle 200 varietà di un secolo fa. Le biotecnologie restituiscono terreno alle foreste aumentando la biodiversità naturale.

18. L’agricoltura biologica elimina i fertilizzanti e i prodotti chimici, ma non può eliminare i problemi legati a virus, funghi etc. Le biotecnologienon possono risolvere tutti i problemi; la soluzione è in una sinergia delle due. L’inserimento dei geni per ora avviene in siti casuali del genoma con il timore di attivare o inattivare altri importanti geni della pianta. Si potrebbe inserire il gene per esempio nei portainnesti delle piante (mele, uva etc) rendendoli abili a crescere in zone aride e tc e non nella parte vegetativa della pianta dove si ha il raccolto.