Le biotecnologie sono una scienza nuova che comprende l’ingegneria genetica e che si basa sull’utilizzo del DNA ricombinante. Grazie agli enzimi di restrizione, delle vere e proprie “forbici molecolari”, si può tagliare un frammento di DNA e ricucirlo da un'altra parte. Ciò è possibile poiché questi enzimi creano frammenti di DNA dalle estremità coesive, cioè in grado di incollarsi fra loro in maniera perfetta. In questo modo è possibile incorporare un gene all’interno di un vettore, spesso un plasmide, che può essere inserito dentro un’altra cellula, anche di un’altra specie. Questa sarà quindi in grado di esprimere il gene esogeno, ovvero estraneo.
Ovviamente non è tutto così semplice come sembra: per esempio un gene eucariota che ha degli introni cioè regioni che non codificano, inserito in un procariota, non sintetizzerà la proteina corretta. Per risolvere questo problema si utilizza l’enzima trascrittasi inversa, in grado di creare una stringa di DNA complementare (cDNA) all’mRNA maturo, che ha già perso gli introni. Il cDNA viene poi inserito nel vettore, il quale sarà espresso nel procariota.
Lo scopo delle biotecnologie è quella di utilizzare le cellule come delle “fabbriche”, in grado di compiere il lavoro per cui sono state riprogrammate, e di sfruttarne alcune caratteriste peculiari. Le applicazioni possono essere utilizzate in diversi campi:
- Medico - sintesi di farmaci, vaccini e antitumorali (l’insulina umana è stata la prima molecola prodotta da un batterio ricombinante), fecondazione artificiale, diagnosi, terapie geniche.
- Ambientale/agronomico - trattamento delle acque reflue (bioremediation), piante resistenti a condizioni avverse (parassiti, decomposizione, pesticidi, freddo, siccità).
- Industriale - produzione di biocarburanti (bioetanolo, biodiesel), di vitamine e di enzimi, utilizzati in settori come la cosmesi, il tessile e l’alimentare.
Gli organismi più utilizzati sono il batterio Escherichia coli, che vive nell’intestino umano, e il lievito Saccharomyces cerevisiae, il comune lievito del pane, i quali sono facilmente manipolabili, grazie alle conoscenze di tipo biochimico, biomolecolare e genetico finora acquisite. Inoltre questi organismi si replicano velocemente e hanno basse necessità nutrizionali. Ciò li rende perfetti per la crescita nei bioreattori, dispositivi utilizzati come contenitori dell’organismo ricombinante.
Gli studi biotecnologici hanno permesso di ottenere tecnologie molto importanti e utilizzate in modo diffuso nei laboratori di tutto il mondo.
La tecnica chiamata PCR, ad esempio, è in grado di sintetizzare in breve tempo moltissime copie di un gene o di un suo frammento a partire anche da una sola molecola. Questa metodica è sfruttata anche dalla polizia scientifica per il test del DNA, una prova dal valore legale in sede di processo. Inoltre è oggi possibile sequenziare un genoma, ovvero “leggere” il DNA di ciascun individuo. Questa tecnica può avere riscontri preventivi importanti nella diagnosi precoce e nello studio della predisposizione ad alcune malattie.
Il traguardo non più lontano è quello di creare un genoma completamente sintetico, da inserire in un organismo al posto dell’originale. Così facendo la cellula farà soltanto ciò che è scritto in questo nuovo DNA, essendo esso il suo “libretto di istruzioni”. In un recente esperimento il professor Craig Venter, uno scienziato americano di fama mondiale, è riuscito a inserire un genoma completamente artificiale in un batterio svuotato del suo DNA. Questa nuova cellula è il primo passo verso la creazione di nuove forme di vita capaci di svolgere i ruoli che l’uomo può sfruttare per il benessere suo e dell’ambiente, come la produzione di farmaci o la degradazione delle sostanze inquinanti.