scienze quinta superiore | Appunti di Scienze e tecnologie applicate

Applicazioni biotecnologie!

1 Biotecnologie in Agricoltura!

OGM = organismi geneticamente modificati, transgenici.!

Un frammento di tessuto viene collocato in un terreno di coltura dove cresce un agglomerato di

cellule: callo. Nel callo si possono introdurre geni esogeni usando vettori plasmidici,

generando dei cloni della pianta che possiedono le nuove caratteristiche.!

•Piante Transgeniche = genoma con geni di altre specie.!

•Piante Cisgeniche = DNA con variazioni.!

•Piante Editing del genoma = modifica di un gene specifico tramite CRISPR/cas9.

Transgeniche si dividono per lo scopo!

1. Migliori caratteri nutrizionali: !

•Golden Rice —> 1 gene inserito: beta.carotene vitamina A x apporto vitamine pop # #

sud est asiatico (2019 Filippine).!

•Maniona OGM —> 3 geni inseriti: beta.carotene, ferro e proteine —> vettore # # #

Agrobacterium tumefaciens.!

•Omega 3 in organismi vegetali —> acidi grassi insaturi con = in 3C.!

2. Facilitare coltivazione - piante bt:!

#—> il bacillus thurigiensis codifica il gene cry che sviluppa la tossina Bt che agisce sulle #

#larve di insetto —> introdotto attraverso i vettori plasmidici del batterio AT nelle piante.!

##Mais bt e Papaya nelle Hawaii.!

#—> Introduzione gene per resistenza contro glifosfato - erbicida. !

3. Vaccini e medicinali - pharming —>piante eucariote apparato simile all’essere umano.!

2 Biotecnologie in Zootecnia!

•Esaltazione o modifica caratteri: Salmoni + grandi, Glofish fluorescente.!

•Enviropig: maiale con gene che può codificare enzima fitasi —> x digerire acido fitico (fosforo

mais) —> riducendone il valore negli escrementi x - inquinamento.!

•Settore Farmaceutico:!

•Galline con geni x proteine x SI umano e lotta tumori. !

•Latte con farmaci o vitamine, sali minerali e ormoni.!

•Pecora transgenica con proteina simile alla seta del ragno.!

Topi knock-out: eliminando o sostituendo DNA x comprendere ruolo di geni. Usati perché

condividono porzione del genoma con gli esseri umani.!

Clonazione: individuo con un patrimonio genetico uguale a quello di partenza - 1966 Pecora

Dolly, scienziato Wilmut - Stambecchi Pirenei.

1. Ovulo non fertilizzato contenente intero macchinario biochimico x sviluppo embrione!

#—> senza nucleo.

2. Cellula unita a una somatica adulta diploide grazie ad impulsi elettrici !

#—> cellula con corredo genetico completo.!

3. Ottenuto embrione di poche cellule viene impiantato nell’utero di una madre

surrogata.

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Applicazioni biotecnologie

1 Biotecnologie in Agricoltura

OGM = organismi geneticamente modificati, transgenici. Un frammento di tessuto viene collocato in un terreno di coltura dove cresce un agglomerato di cellule: callo. Nel callo si possono introdurre geni esogeni usando vettori plasmidici , generando dei cloni della pianta che possiedono le nuove caratteristiche.

Piante Transgeniche = genoma con geni di altre specie.
Piante Cisgeniche = DNA con variazioni.
Piante Editing del genoma = modifica di un gene specifico tramite CRISPR/cas9. Transgeniche si dividono per lo scopo

Migliori caratteri nutrizionali :
- Golden Rice —> 1 gene inserito: beta.carotene vitamina A x apporto vitamine pop sud est asiatico (2019 Filippine).
- Maniona OGM —> 3 geni inseriti: beta.carotene, ferro e proteine —> vettore Agrobacterium tumefaciens.
- Omega 3 in organismi vegetali —> acidi grassi insaturi con = in 3C.
Facilitare coltivazione - piante bt : —> il bacillus thurigiensis codifica il gene cry che sviluppa la tossina Bt che agisce sulle larve di insetto —> introdotto attraverso i vettori plasmidici del batterio AT nelle piante. Mais bt e Papaya nelle Hawaii. —> Introduzione gene per resistenza contro glifosfato - erbicida.
Vaccini e medicinali - pharming —>piante eucariote apparato simile all’essere umano.

2 Biotecnologie in Zootecnia

Esaltazione o modifica caratteri: Salmoni + grandi, Glofish fluorescente.
Enviropig : maiale con gene che può codificare enzima fitasi —> x digerire acido fitico (fosforo mais) —> riducendone il valore negli escrementi x - inquinamento.
Settore Farmaceutico :
- Galline^ con geni x proteine x SI umano e lotta tumori.
- Latte^ con farmaci o vitamine, sali minerali e ormoni.
Pecora transgenica con proteina simile alla seta del ragno. Topi knock-out: eliminando o sostituendo DNA x comprendere ruolo di geni. Usati perché condividono porzione del genoma con gli esseri umani. Clonazione: individuo con un patrimonio genetico uguale a quello di partenza - 1966 Pecora Dolly , scienziato Wilmut - Stambecchi Pirenei. 1. Ovulo non fertilizzato contenente intero macchinario biochimico x sviluppo embrione —> senza nucleo. 2. Cellula unita a una somatica adulta diploide grazie ad impulsi elettrici —> cellula con corredo genetico completo. 3. Ottenuto embrione di poche cellule viene impiantato nell’utero di una madre surrogata.

3 Biotecnologie Ambientali e industriali

Biocombustibili e Biocarburanti Per risolvere problemi di inquinamento, pericolosità e diminuire i costi di produzione. Risorse energetiche biodegradabili. Biocombustibili - trasformazione di biomasse (sostanza organica biodegradabile).

Bioetanolo: Fermentazione di zuccheri a opera di lieviti. Uso di biomasse ricche di zuccheri oppure masse legnose , bisogna separare questi polisaccaridi, poi passare alla fermentazione. Benzina + Bioetanolo 5/10%.
Biodiesel: Transesterificazione di olio vegetale (reazione tra trigliceride e metano in presenza di un catalizzatore alcalino). Uso anche di micro-alghe specifiche contenenti lipidi estraibili. Gasolio + Biodiesel 2-30% in volume.
Biogas: Digestione anaerobica : sostanza organica delle biomasse trasformate in miscela gassosa di metano e CO2. Questa avviene nei digestori, dove le comunità microbiche miste svolgono metabolismi come segue:
- la materia organica viene idrolizzata in monomeri , che fermentano producendo CO2 , H2 e acetato; i batteri Archea per metanogenesi convertono l’acetato in metano, il residuo è fertilizzante. Biorisanamento Utilizzo microrganismi per ripulire zone inquinate. Primo caso naufragio della petroliera Exxon Valdez nelle coste dell’Alaska —> Immersero fertilizzanti che favorirono la riproduzione e lo sviluppo di batteri presenti nelle acque in grado di demolire gli idrocarburi generando acqua e anidride carbonica. Batteri modificati Sono in grado di catturare metalli pesanti come mercurio ripulendo le falde freatiche inquinate. E’ possibile: immobilizzare batteri ingegnerizzati su dei supporti solidi generando biofiltri , oppure se gli si fa diventare fluorescenti al contatto con determinate sostanze diventano biosensori. Ad esempio negli anni 90 in USA vennero usati Acidimicrobium A6 per il risanamento delle falde acquifere del Maine colpite dal versamento del Pfas. Biopile Nell’anodo vengono inseriti batteri anaerobi e del combustibile organico che viene ossidato dai batteri, generando un flusso di elettroni verso il catodo che forma energia. Compost un fertilizzante ottenuto da decomposizione dei rifiuti umidi.
Batteri mesofili T=25-45°C , si ossidano e producono H20, CO2 e calore.
T = 50°C con ambiente saturo di CO2 i batteri termofili terminano fermentazione.
Ultima fase si matura il compost, e vengono demolite le sostanze piu complesse come lignina e cellulosa.

2. Vettori virali ricombinanti si sfrutta la tendenza del virus a trasferire materiale genetico inoculando un virus ricambiato, qui c’è l’antigene generato dal corpo umano come risposta immunitaria. Studiati gli adenovirus, nelle scimmie, con genoma grande e a DNA, in cui si inserisce facilmente l’antigene ed essendo grandi non si possono integrare nel genoma della cellula ospite, poi si inattiva anche la loro fase replicativa per maggiore sicurezza. AIDS, epatite B, Ebola, Covid19 (astrazeneca). 3. mRNA vengono inoculati dei filamenti sintetici di mRNA inducendo la sintesi di proteine antigieniche. La pandemia ha accelerato la sperimentazione, la velocità di degradazione garantisce sicurezza sugli effetti indesiderati. (Pfizer). Terapia genica Tecnica in cui il gene si inserisce all’interno del genoma del paziente, come per l’immunodeficienza ADA SCID, che provoca il funzionamento errato dei linfociti. Si usa un vettore retrovirale, si inserisce una copia del gene sano nelle cellule staminali del midollo osseo del paziente. Cellule poi trapiantate rigenerando il midollo osseo. (San Raffaele Milano - uso anche per tumori, modificando i linfociti T, che riconoscono ed eliminano le cellule tumorali). Cellule staminali 1. Totipotenti —> originare intero organismo 2. Pluripotenti —> “ tutti i tipi di cellule ma non l’organismo intero 3. Multipotenti —> “ tipi specifici di cellule 4. Unipotenti —> “ cellule di un solo tipo Prime due si trovano negli embiorni, le altre due nei soggetti adulti. È difficile se non impossibile recuperare cellule staminali specifiche, quindi si incorre alle pluripotenti negli embrioni che creano problemi etici, in Italia sono vietate. Shinya Yamanaka 2012 vince il premio nobel per prodotto cellule staminali somatiche adulte riprogrammate a livello genetico iPSC. Grazie all’innesco di quattro geni, è riuscito a modificare delle cellule somatiche in pluripotenti, superando i problemi etici e facilitando la replicazione in vitro e la conservazione tramite congelamento. IPCS hanno permesso di sviluppare la medicina rigenerativa che consiste nel trapianto di cellule ottenute tramite questa tecnica per sostituirne altre malate, come nel caso dei tumori nel sangue, difetti della retina o il difetto della corea di Huntington. In futuro si potrebbero curare Parkinson, Alzheimer o ricostruire organi interi da trapiantare.

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