OGM: Cosa sono, sono sicuri? PDF

Cosa sono gli OGM? Sono tossici per l’uomo? Possiamo acquistare OGM al supermercato? Possiamo acquistare OGM in farmacia? Esistono fragole OGM? OGM: organismo geneticamente modificato Articolo 2.2: «un organismo, diverso da un essere umano, il cui materiale genetico è stato modificato in modo...

Cosa sono gli OGM? Sono tossici per l’uomo? Possiamo acquistare OGM al supermercato? Possiamo acquistare OGM in farmacia? Esistono fragole OGM? OGM: organismo geneticamente modificato Articolo 2.2: «un organismo, diverso da un essere umano, il cui materiale genetico è stato modificato in modo diverso da quanto avviene in natura con l'accoppiamento e/o la ricombinazione genetica naturale» Direttiva 2001/18/CE sul rilascio degli OGM nell'ambiente. Normativa …Aspetti controversi… …Aspetti controversi… COSA INTENDIAMO PER NATURALE? 1. Senza l’intervento dell’uomo ? COSA INTENDIAMO PER NATURALE? PAESAGGIO AGRICOLO SENZA L’INTERVENTO DELL’UOMO COSA INTENDIAMO PER NATURALE? Esisterebbero senza l’intervento dell’uomo? Pomodoro La storia del pomodoro… nuove tecniche di conservazione Il primo a sdoganarlo tra i cuochi napoletani fu Vincenzo alla fine del 1700. Buccia spessa.  COSA INTENDIAMO PER NATURALE? Esisterebbero senza l’intervento dell’uomo? Il mais la terza specie più coltivata al mondo, dopo riso e grano: l’esempio più famoso e più interessante di successo della selezione artificiale di specie vegetali ad opera dell’uomo La Teosinte, da cui deriva il mais, risale al 7000 a.C. Il mais risulta una delle piante più antiche che sono state addomesticate. Anguria «Ghirlanda di fiori e farfalle» Giovanni Stanchi, 1645-1672. Anguria «Ghirlanda di fiori e farfalle» Giovanni Stanchi, 1645-1672. Frutta e verdura sulla nostra tavola… ? Frutta e verdura si sono trasformati per la nostra tavola 7000 anni fa NUOVA GUINEA CINA Frutta e verdura si sono trasformati sulla nostra tavola X secolo in Persia ed Asia Minore 4000 a.C. in Cina Cosa è successo? Selezione e coltivazione delle piante con caratteristiche migliori. DOMESTICAZIONE  PROCESSO DI DOMESTICAZIONE La domesticazione delle piante è la selezione operata dall'uomo su un certo numero di specie vegetali giudicate più utili rispetto alla massa delle piante selvatiche, quando è iniziata l'agricoltura. Raccolta preferenziale di esemplari che presentavano caratteristiche vantaggiose (semi più grandi e spighe ancora intere nei cereali, ad esempio) Scelta del momento della mietitura o raccolta (germinazione più rapida e contemporanea). DOMESTICAZIONE DEGLI ANIMALI Dar rose ai porci | Bruegel Il Vecchio, 1559 DOMESTICAZIONE DEGLI ANIMALI DOMESTICAZIONE DEGLI ANIMALI  Definizione di OGM Reg. 2001/18 CE Organismo Geneticamente Modificato (OGM): un organismo, diverso da un essere umano, il cui materiale genetico è stato modificato in modo diverso da quanto avviene in natura con l’accoppiamento e/o la ricombinazione genetica naturale Mutanti?  CAMPO GAMMA Mutanti? IL GRANO CRESO tra le cinque varietà più coltivate al mondo Dal grano Senatore Cappelli Creso è considerato un fiore all’occhiello della ricerca italiana e globalmente è stato utilizzato nei programmi di miglioramento genetico (Usa, Canada, Australia, Argentina e Cina) È stato ottenuto da genetisti del Comitato Nazionale per l’Energia Nucleare, oggi ENEA (Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente). Ottenuto un mutante nano (Cpb 144: gli irraggiamenti avevano inibito uno dei geni responsabili della crescita) che è stato incrociato con una varietà messicana, ha dato origine al grano Creso.  IL CRESO È UN OGM? L’Unione Europea ha escluso l’irraggiamento dalla definizione di OGM. In senso stretto parliamo di organismo geneticamente modificato quando l'uomo interviene direttamente sul genoma, aggiungendo o togliendo dei geni, ad esempio per renderlo immune a un pesticida. SONO PERICOLI PER LA SALUTE? No, gli spaghetti del supermercato non sono radioattivi. Solo nella capostipite sono state indotte mutazioni attraverso irraggiamento, la linea di discendenza si è poi sviluppata come quella di qualunque altra varietà. Molte ricerche sono state finanziate dalla FAO (l’Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura) alla ricerca di soluzioni innovative per contrastare la fame nel mondo e a più riprese le organizzazioni internazionali hanno dichiarato innocui gli alimenti trattati con irraggiamento. No correlata invece alla selezione di grani C’E’ UNA CORRELAZIONE CON L'AUMENTO DI CELIACHIA E moderni altamente INTOLLERANZE? NO proteici e con indici di glutine molto alti STAR RUBY POMPELMO ROSA SENZA SEMI  Definizione di OGM Reg. 2001/18 CE Organismo Geneticamente Modificato (OGM): un organismo, diverso da un essere umano, il cui materiale genetico è stato modificato in modo diverso da quanto avviene in natura con l’accoppiamento e/o la ricombinazione genetica naturale Non solo piante Non solo piante fig. 15: i due metodi odierni (anche se molto più utilizzato il secondo) di produrre insulina. Il primo a sinistra tramite modificazione enzimatica dell’insulina di maiale, e la seconda tramite la tecnologia del DNA ricombinante in sistemi batterici. Fonte: http://www.torinoscienza.it/dossier/apri ?obj_id=8203 FARMACI BIOTECNOLOGICI Interferone Fattori della coagulazione …  ….materiale genetico è stato modificato…. Come si ottengono OGM?  DNA RICOMBINANTE In natura esistono barriere di specie che non consentono lo scambio di materiale genetico tra organismi appartenenti a specie diverse Genetica tradizionale consente di ottenere varietà diverse solamente attraverso incroci intraspecifici  DNA RICOMBINANTE La tecnica del DNA ricombinante consente di trasferire geni da un organismo ad un altro sfruttando la caratteristica universalità del codice genetico Codice genetico è universale: le triplette possono essere interpretate correttamente da qualunque cellula. Miglioramento genetico tradizionale vs biotecnologico DONATORE RICEVENTE METODI DI TRASFORMAZIONE DELLE CELLULE VEGETALI A seconda della distanza genetica tra l’organismo donatore del carattere di interesse e l’organismo ricevente. Ingegneria genetica Propagazione in vitro delle piante La propagazione in vitro delle piante permette di ottenere in tempi e in spazi ristretti un gran numero di individui uguali a quelli di partenza. L’embriogenesi somatica, che rigenera embrioni a partire da qualsiasi tipo di cellula dei tessuti di una pianta, si basa sulla capacità dei vegetali di ricostruire l’intero organismo a partire da cellule somatiche. La micropropagazione permette di ottenere individui uguali alla pianta di partenza: coltivati in brodo di coltura, i frammenti di organi di pianta posti in adatte condizioni di temperatura e umidità in presenza di alcuni ormoni vegetali formano un callo, ammasso di cellule indifferenziate. CALLO GERMINATIVO Il callo germinativo è ottenuto da espianti di tessuto vegetale. Rigenerare l’intera pianta se messo in condizioni ambientali adeguate (micropropagazione). Callo germinativo Essere trattato geneticamente e poi rigenerato (micropropagazione di piante transgeniche). Essere modificato con altri sistemi (fusione di cellule, mutazione) e poi rigenerato (micropropagazione di piante modificate). Essere messo in un fermentatore e produrre metaboliti utili all’uomo (farmaci, essenze, pigmenti). METODI DI TRASFORMAZIONE DELLE CELLULE VEGETALI Agrobacterium tumefaciens Trasferimento mediato dal glicole polietilenico Microiniezione Elettroporazione dei protoplasti Biolistico Rigenerazione delle piante a partire dai protoplasti Le cellule fogliari presentano presentano una parete cellulare rigida. cellulasi Come si fa a CELLULA coltivare/rigenerare i protoplasto protoplasti? citoplasma vacuolo Diffusione dalle cellule nutrici di GF che filtro consentono lo sviluppo Cellule di microcolonie (per nutrici replicazione protoplastica). Parete nucleo cellulare Dalle microcolonie, trasferite su idoneo, terreno si sviluppano germogli (4 settimane).  Metodi di trasferimento genico diretti in protoplasti. L’uso dei protoplasti è indispensabile poiché i pori della parete cellulare sono troppo piccoli per permettere con facilità il passaggio di molecole di DNA. Glicole polietilenico è un La rigenerazione di denso polimero organico che piante a partire dai viene utilizzato come vettore protoplasti è risultata chimico per il trasporto di problematica nei cereali. DNA. Mais e frumento Il DNA può essere veicolato reagiscono scarsamente: all’interno del protoplasto piante sterili. attraverso elettroporazione.  Microiniezione Consente di iniettare direttamente nelle cellule vegetali materiale genetico estraneo attraverso un microscopio ottico e un micromanipolatore che consente di demoltiplicare i movimenti della mano. Efficienza media Applicazione limitata a singole cellule. Richiede grande abilità dello sperimentatore Il sistema per microiniezione (AIS or Automated Injection System) è costituito da un microscopio invertito con un’illuminazione ad epifluorescenza. I capillari per la microiniezione sono collegati ad un sistema iniettore che applica una pressione nota e stabilita al liquido presente nel microcapillare. Sistema collegato ad un computer.  Gene gun = Cannone genico METODO BIOLISTICO Biolistica = biologia + balistica Biolistica = biologia + balistica Rivestimento del DNA di piccole particelle di metallo Micoproiettili di oro- (1-2m). Micoproiettili di oro- tungsteno Accelerazione elevata dei tungsteno piccoli proiettili che possono penetrare nella parete delle cellule vegetali. Le microlesioni della membrana si richiudono rapidamente.  Gene gun = Cannone genico Biolistica = biologia + balistica Cannone a particelle di= DNA Biolistica biologia + balistica Micoproiettili di oro- Esistono differenti tipi di cannoni a particelle. tungsteno Micoproiettili di oro- tungsteno VANTAGGI E SVANTAGGI Sistema semplice ed economico. Realizzabile sia in tessuti che in piante. Inefficiente nel garantire la integrazione stabile del costrutto. Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens è un batterio Gram- negativo, non-sporigeno e mobile. Agrobacterium è uno dei più utilizzati sistemi di espressione di proteine esogene nella pianta. Agrobacterium selvaggio infetta naturalmente le piante dicotiledoni ed è responsabile della formazione di tumori: “galle del colletto”. rium tumefaciens Agrobacterium re genetico naturale tumefaciens La cellula vegetale ospite T-DNA esprime i geni (Transfer-DNA) batterici che inducono una 10-30 kb massiccia crescita cellulare. Il plasmide Ti è responsabile della Patogenicità Plasmide Ti (Tumor-inducing) 200 e le 800 kb Patogenicità di Agrobacterium t. In condizioni naturali le cellule mobili di A. tumefaciens sono attratte da linee di ferita per chemotassi. I ceppi contenenti il plasmide Ti rispondono agli stimoli chemiotattici in maniera più energica perché riconoscono i composti fenolici liberati dalle ferite della pianta come acetosyringone (10-7 M). Questa capacità è data dal plasmide Ti che presenta un gene codificante per uno specifico recettore chemiotattico che si va ad inserire nella membrana batterica ed è in grado di riconoscere le ferite. Acetosyringone gioca un ruolo determinante anche nel processo di infezione poiché ad alte concentrazioni (10-5 to 10-4 M) attiva anche i geni di virulenza (Vir genes) sul plasmide Ti.  MECCANISMO ONCOGENETICO Agrobacterium ha l’abilità di trasferire un particolare frammento di DNA (T-DNA), del plasmide Ti, nel nucleo delle cellule che infetta. Regioni terminali (25 bp) = Lb a Rb Opine = biosintesi aminoacidi Il T-DNA si integra stabilmente nel Auxine e Citochinine = oncogeni genoma della cellula e viene trascritto in proteine oncogene T-DNA responsabili poi della formazione delle galle tumorali. Il processo di trasferimento del T-DNA è mediato da un’azione di cooperazione tra le proteine Geni Vir = coinvolti nella percezione, infezione e prodotte dal gene in gene VIR integrazione del T-DNA del plasmide.  DESTINO DEI GENI SUL PLASMIDE Ti Nella pianta Oncogeni Auxine e citochine T-DNA Sono escrete dalle cellule delle galle e 2 tipi di geni sono utilizzate dall’Agrobacterium Sintesi opine come fonte di C e N. Nella Agrobacterium Regioni terminali (25 bp) = Lb a Rb GENI sul plasmide Ti extra T-DNA Opine = biosintesi aminoacidi catabolismo opine Auxine e Citochinine = oncogeni trasferimento del T-DNA T-DNA trasferimento per coniugazione del plasmide Geni Vir = coinvolti nella percezione, infezione e integrazione del T-DNA Prodotti di espressione dei geni presenti sul T-DNA Gli ormoni oncogeni (auxine e citochine) prodotti dalle piante infettate piante regolano l’equilibrio di crescita cellulare, guidano la formazione delle galle del colletto e creano un ambiente ricco di nutrienti per i batteri. Le opine sono l’unico derivato aminoacidico, differenti dai normali prodotti della pianta e le agricinopine sono gli unici derivati da zuccheri fosforilati. Questi composti possono essere utilizzati dal batterio come fonte di carbonio ed energia perché sono assenti nella pianta normale. Inoltre essi forniscono all’Agrobacterium una risorsa di cibo che altri batteri non sono in grado di utilizzare.  Agrobacterium in ingegneria genetica Si esprime solo nella pianta e non ha alcuna T-DNA funzione durante il processo di trasferimento. GENE Agrobacterium tumefacien E’ fiancheggiato da dei “bordes” di 25 bp ripetitive, che hanno un’azione di segnale per Infezione in natura Agrobacterium ESOGENO tumefaciensil complesso sistema di trasferimento genico. Trasformazione genetica delle piante La capacità di infettare la cellula vegetale, di trasferire i integrarlo nel genoma nucleare è legata all’espressione d Qualunque gene esogeno trai T-DNA Mentre Rb e Lb sono essenziali T-DNAper il trasferimento del essere borders può T- trasferito ed DNA, paradossalmente il T-DNA stesso non lo espresso è all’interno della pianta. LB DNA estraneo RB Siti di integrazione  Colonizzazione batterica dei dischi fogliari. Processo di trasferimento del T-DNA di Agrobacterium nella pianta di tabacco: colture in vitro. Germoglio Terreno idoneo per lo sviluppo di calli germinativi: Le piante GM Micro-macroelementi, vitamine, saccaraosio e NAA (acido Cellule somatiche totipotenti nafatlene acetico) - BAP (Benzilaminopurina). Trasferimento in nuovo terreno ogni 7-15gg. Totipotenza Trasformazione cellula somatica Rigenerazione in vitro Callogenesi Caulogenesi Rizogenesi Colture in vitro: processo di crescita delle piante di tabacco trasformate. I germogli sono trasferiti in terreno di radicazione. Le pianticole con radici sono trasferite in serra. LE NUOVE FRONTIERE Genome editing Tecniche di Evoluzione Assistita (TEA)  Perché modificare geneticamente le piante? Biotecnologie verdi Le biotecnologie verdi sono definite come l’applicazione di piante e/o di altri organisimi fotosintetici con l’obiettivo di migliorare la produzione (quali-quantitiva) agricola, per generare prodotti utili a scopi industriali (detergenti, carta, biocombustibili, tessile …)  PIANTE GENETICAMENTE Le applicazioni biotecnologiche hanno permesso l’espressione nelle piante di nuovi tratti genici. MODIFICATE PRIMA GENERAZIONE SECONDA GENERAZIONE INPUT TRAITS OUTPUT TRAITS Prodotto della selezione dell’uomo operata con nuove tecnologie 1. NUTRIENTI e NUTRACEUTICI RESISTENZA AGLI STRESS ABIOTICI: 2. FIBRE E POLIMERI freddo, caldo, salinità, siccità, erbicidi. 3. ENZIMI 4. MOLECOLE FARMACEUTICHE RESISTENZA AGLI STRESS BIOTICI: virus, batteri, funghi, nematodi, insetti. TERZA GENERAZIONE: BIOREATTORI PRIMA GENERAZIONE di PIANTE GENETICAMENTE POMODORO FLAVR-SAVR MAIS BT SOIA RESISTENTE AGLI ERBICIDI Pomodoro Flavr savr Problema che si poneva di risolvere: Rallentamento del processo di maturazione. Il pomodoro flavr savr è stato storicamente il primo OGM ad essere commercializzato ed autorizzato per il consumo umano. Maturazione caratterizzata da: -Incremento della Poligalatturonasi (PG), un enzima che degrada la pectina, determina l’ammorbidimento dei frutti (minore vita commerciale, danneggiamenti da muffe). -Trasformazione cellulosa in zuccheri 1994: FDA concluse la valutazione del Flavr Savr dichiarandone la sostanziale equivalenza. Le ricerche furono portate avanti dalla Calgene PMI californiana. Raccolta del Pomodoro tradizionale Refrigerazione Etilene Trattamento di etilene, che dà il colore rosso del pomodoro maturo, ma non la serie completa di sapori del pomodoro naturale. Pomodoro flavr-savr Il rammollimento dei pomodori è causato da un enzima, la poligalatturonidasi che degrada le pectine costituenti la parete cellulare. Gene antisenso della PG che i processi di deperimento poiché codifica per un mRNA complementare all’mRNA della PG. Cromosoma 10 Complessi Rna-Rna (gene suppression) Sostanziale equivalenza. Imprevisti del Pomodoro flavr savr Varietà iniziale di Pomodoro: poco produttiva e di qualità non eccellente Mancanza di supporto dei processi agricoli (agricoltori scoraggiati) - Il pomodoro maturo durava più a lungo ma restava comunque fragile come un pomodoro maturo tradizionale e le attrezzature studiate ed evolute per la raccolta ed il trattamento di un pomodoro raccolto verde dovevano essere adattate alle nuove varietà. - Necessità di investimenti e il conseguente rialzo di costo del prodotto al punto vendita che andava troppo fuori mercato. - All’inizio le vendite furono importanti ma poi i vantaggi per il consumatore non superarono la diffidenza verso il «nuovo» Il pomodoro Calgene fu acquistata dalla Monsanto (1996) che investì Flavr Savr fu posto sulle competenze tecnologiche detenute da Calgene nel fuori commercio cotone e nei semi oleosi. già nel 1997.  La FDA ha dichiarato che non era necessaria un'etichettatura speciale per questi pomodori modificati perché hanno le caratteristiche essenziali dei pomodori non modificati. In particolare, non c'erano prove di rischi per la salute e il contenuto nutrizionale è rimasto invariato. https://alchetron.com/Flavr-Savr Riduzione dello spreco Piante tolleranti agli erbicidi L’impiego di erbicidi è considerato insostituibile in agricoltura moderna. Garantisce ad ogni pianta il giusto spazio vitale e l’assenza di competizione da parte delle infestanti si mettono le basi per una produzione di Qualità in Quantità. COSTO INQUINAMENTO ERBICIDI POSSIBILI DANNI ANCHE ALLA COLTURA PRIMARIA Perchè si utilizzano gli erbicidi in agricoltura? Un erbicida deve avere le seguenti proprietà: Avere un’attività inibitoria o letale per le piante Essere facilmente utilizzata dalla pianta Essere a basso costo Non essere nociva per gli organismi non-target COLTURE TRADIZIONALI RICHIEDONO DIVERSI TRATTAMENTI CON ERBICIDI  Piante tolleranti agli erbicidi Soia Roundup Ready sul mercato dal 1996 Roundup è il nome dell’erbicida commercializzato da Monsanto. La prima coltura resistente al Roundup (glifosato) Lolium perenne, infestante fu la soia, poi seguirono cotone, mais, colza. Glifosato: UN ERBICIDA RISCOPERTO 1950: il glifosato fu scoperto Henry Martin. Non pubblicato. 1970: fu poi riscoperto nell'ambito di una ricerca sugli addolcitori d'acqua condotta dalla Monsanto. L'uso del glifosato in agricoltura è stato approvato per la prima volta negli anni 70. Cadde in disuso per molti anni per via della bassa selettività. 2000: Il suo uso ha conosciuto un grande impulso per via dell'associazione con colture di cultivar transgeniche in cui era stata indotta la resistenza al glifosato. Questo, in associazione con la bassa tossicità per l'uomo, ha determinato il grande successo commerciale del prodotto e ne ha fatto l'erbicida dall'impiego più diffuso al mondo. Glifosato e glufosinato Sono erbicidi molto attivi, con un favorevole profilo tossicologico, basso impatto ambientale ma per nulla selettivi. È letale per tutti i tipi di piante Inattiva l’enzima EPSP sintasi 5-enolpiruvil shikimato-3- È assorbito attraverso le foglie e i tessuti giovani del fusto e fosfato sintasi trasportato in tutta la pianta Non è assorbito dalle radici Il glifosato inibisce la sintesi Viene degradato nel terreno degli amminoacidi aromatici Può essere usato in pre- (essenziali per la pianta). emergenza o come essiccante se applicato poco prima del raccolto  Piante tolleranti agli erbicidi Soia Roundup Ready sul mercato dal 1996 SOIA RESISTENTE AL GLIFOSATO Il glifosato inibisce l’enzima EPSPS essenziale per la sintesi degli aminoacidi aromatici nelle piante. COME E’ STATA OTTENUTA? Introduzione di un gene EPSPS mutato (funziona anche in presenza di glifosato) 1. Estrazione del gene CP4 EPSPS da un ceppo selvaggio di Agrobacterium insensibile all’azione del glifosate. 2. Gene è stato trasferito nelle piante di soia mediante METODO BIOLISTICO Meccanismo di azione del glifosato Il glifosato inibisce l’enzima EPSPS essenziale per la sintesi degli aminoacidi aromatici nelle piante.  La soia Roundup Ready Sicurezza? La soia Roundup Ready contiene la EPSPS è presente nelle piante proteina (EPSPS) in maggiori quantità superiori, nei batteri, nei funghi rispetto alla pianta di soia non GM ma non negli animali, i quali si riforniscono di aminoacidi Tutte le altre caratteristiche nutrizionali e aromatici con l’alimento. potenziale allergenico risultano inalterate. BASSA TOSSICITA’ Soia Roundup READY Piante tolleranti agli Una coltura commercialmente resistente all’erbicida consente di erbicidi e sostenibilità utilizzare l’erbicida nella fase di germinazione in modo mirato e a Risparmio e maggiore resa costi ridotti per il minore impiego Risparmio idrico (piante più efficienti) dello stesso. VANTAGGI Tale erbicida riduce la necessità di un maggior numero di trattamenti spray con erbicidi che distruggono solo una o poche specie di infestanti. MAGGIORE PRODUZIONE Risparmio di migliaia di tonnellate di erbicidi (soprattutto in pre- emergenza, i più pericolosi per l’ambiente) Coltivazioni in Riduzione della quantità di carburanti utilizzati per l’applicazione dei America N/S trattamenti diserbanti GM plants resistant to a chemical herbicide Crop Year approved Soybean 1996 Canola 1996 Cotton 1997 Maize 1998 Sugarbeet* 1999 Alfalfa** 2005 https://www.nature.com/news/widely-used-herbicide- linked-to-cancer-1.17181  Il glifosato non è sinonimo di OGM!!!! Uso di glifosato nel mondo e in Italia ITALIA Il Decreto ministeriale 9 agosto 2016 del ministero della Salute (http://www.trovanorme.salute.gov.it/norme/renderNormsanPdf?anno=2016&codLeg=55619&parte=1%20&serie=null ) sui prodotti fitosanitari contenenti la sostanza attiva glifosato. Limiti di utilizzo in particolari aree: suoli molto sabbiosi, aree vulnerabili, nelle zone di rispetto e aree frequentate dalla popolazione, quali (parchi, giardini, campi sportivi e aree ricreative, cortili e aree verdi all’interno di plessi scolastici, aree gioco per bambini e aree adiacenti alle strutture sanitarie) L’uso in pre-raccolta teso solo a ottimizzare il raccolto o la trebbiatura.  Organismo internazionale IARC (International Agency for Research on Cancer) Marzo 2015 La difficile comprensione pubblica delle definizioni di rischio cancerogeno da parte dello IARC viene sfruttata sia da chi è favorevole sia da chi è contrario all'utilizzo della sostanza, dando vita alla controversia pubblica sul glifosato. Attenzione: il rischio è correlato all’esposizione Tutte le sostanze in quantità elevate possono causare la morte di un individuo: 8,3 litri di acqua 500 grammi di alcool 225 grammi di sale 30 grammi di ibuprofene 15 grammi di caffeina 13,8 grammi di arsenico 11,2 grammi di aspirina 3,7 grammi di nicotina Valutazione del rischio  2015 Novembre 2015 - EFSA pubblica un articolo sulla valutazione dei rischi del glifosate, concludendo che sia improbabile che il glifosate possa essere genotossico o cancerogeno per l’uomo. La stessa posizione viene presa dall’ ECHA (Agenzia Europea delle sostanze chimiche) Maggio 2016 - WHO (World Health Organization) e FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) concludono che «è improbabile che il glifosato sia cancerogeno per l’uomo come conseguenza dell’assunzione tramite dieta»  Valutazione dell’EFSA (2015) https://www.efsa.europa.eu/it/topics/topic/glyphosate  Forme vegetative del Bacillus thuringiensis Stress biotici TECNOLOGIA BT: PIANTE RESISTENTI AGLI INSETTI  Il problema: la piralide Ostrinia nubilans, Lepidottero Durante la stagione estiva esistono due o tre generazioni di piralide. Le larve della piralide svernano nel fusto, nelle spighe, e negli stocchi del mais. In primavera fuoriescono si accoppiano e depongono le uova sulla pagina inferiore delle foglie del mais. Dalle uova schiuse escono delle larve che scavano dei tunnel nel fusto di cui si nutrono. Durante una singola stagione gli agricoltori devono combattere due o tre generazioni di piralide. -Durante la crescita delle piante -Dopo la raccolta Impiego di insetticidi per il controllo della piralide: -m a n c a n z a di specificità -Inquinamento -costi diretti e indiretti  Perdite Qualitative Quantitative I fori della piralide costituiscono la via di accesso preferenziale per alcuni funghi parassiti. Fusarium e Gibberella sono produttori di micotossine. Fori e rosure sull’apparato fogliare, sull’infiorescenza maschile, gallerie nello stocco, del tutolo e della pannocchia. Produzione minore e minore qualità. Piante resistenti agli insetti stress biotici MAIS BT Bacillus thuringiensis Il Bacillus thuringiensis è un batterio che si sviluppa spontaneamente nel terreno. Produrre una PROTEINA “CRY” che è in grado di agire sull’apparato digerente della piralide impedendole l’assunzione di alimento. Infatti le “CRY PROTEINS”, che sono attivate a tossine da specifici enzimi che si trovano nell’apparato digerente di questi insetti, aderiscono alle membrane delle cellule intestinali causandone la rottura. La piradide muore in 72 ore.  Bacillus thuringiensis (Bt) produce delle inclusioni cristalline durante la sporulazione. Le “Cry toxins” sono sintetizzate come protossine durante la sporulazione. Una volta ingerite dalle larve della piralide le “crystal proteins” sono solubilizzate dall’ambiente alcalino. Le proteinasi prodotte dall’intestino degli insetti determinano il rilascio del frammento tossico attivo. Le tossine si legano ad uno specifico recettore delle cellule bersaglio intestinali. Questo legame causa la formazione di pori che determina la lisi osmotica delle cellule intestinali della piralide. Bacillus thuringiensis e agricoltura biologica Bt subsp. kurstaki BATTERIO SPORIGENO Bt subsp. israelensis Bt subsp. Berliner Insetticida “biologico” più ampiamente utilizzato da circa 50 anni Preparati grezzi della proteina BT sono usati da oltre 30 anni Vantaggi nell’uso del Bacillus thuringiensis nell’agricoltura biologica (1011 1) Pericoli trascurabili per l’uomo spore per metro quadrato) 2) Il batterio può essere usato fino al momento del raccolto 3) Non ci sono periodi di attesa dal momento della applicazione al momento di rientro sul campo La protossina è inattiva a pH 4) I differenti ceppi sono classe-specifici, questo significa acido, si attiva a pH basico che gli insetti “utili” e insetti non-target non sono colpiti 5) Gli insetti che hanno ingerito il batterio, e quindi destinati a morire o già morti, non sono considerati pericolosi per gli uccelli o altri animali 6) Non sono conosciuti effetti tossici del batterio sulle piante su cui è applicato; il batterio non è considerato pericoloso per l’ambiente  STRATEGIA: Il MAIS BT Inserire il gene per la proteina Bt in piante di mais in modo che la pianta sia costantemente protetta dall’attacco degli insetti Mais Maisgard stress biotici Isolamento del gene Inserimento del codificante la proteina crystal gene nei tessuti dal Bacillus thuringiensis. vegetali di piante di mais. biolistico La proteina Bt è Selezione e moltiplicazione presente in tutti i delle cellule che hanno tessuti di cui la piralide acquisito stabilmente il si nutre gene sino alla rigenerazione della pianta. DOPPIA RESISTENZA: stress biotici e abiotici Mais Maximizer E’ in grado di proteggersi dalla piralide. Gene Bt: che permette al mais di sintetizzare la proteina CRY letale per la piralide. Gene BAR: che permette la tolleranza al glufosinate (secondo marcatore), la pianta diventa più tollerante agli ibridi normali al diserbante. DOPPIA RESISTENZA FATTORI ANTINUTRIZIONALI ESTRINSECI: MICOTOSSINE Mais Bt è meno suscettibile all'attacco fungino Le lesioni del tessuto vegetale ad opera di insetti sono i punti iniziali per la penetrazione fungina Papaya delle Hawaii RISCHIO di infezione del virus PRSV (Papaya RingSpot Virus) Farmaci antivirali con costo proibitivo Epidemia 1992 The widely cultivated ‘Sunset’ papaya was transformed with a gene derived from a Hawaiian strain to produce the transgenic papaya ‘SunUp’, which is completely resistant to PRSV in Hawaii Seconda generazione di piante GM golden rice Nuova varietà di Golden Rice: Ottimizzata per l’espressione dei carotenoidi (gene dal mais) 70 grammi di riso dovrebbero essere sufficienti a coprire il 50% del fabbisogno giornaliero di vitamina A. La varietà di riso è già stata autorizzata negli Stati Uniti, Canada e Australia NUOVI OGM ARCTIC APPLE DArctic® APPLES  Polyphenol oxidase (PPO) è responsabile dell'imbrunimento enzimatico delle mele. Le mele prive di attività PPO potrebbero essere un'idea per prevenire il processo di browing Riduzione dell'attività di PPO mediante l'espressione di un costrutto di RNA che innesca la formazione di RNA a doppio filamento (dsRNA) e induce l'interferenza dell'RNA, sopprimendo l'espressione di PPO. Strategia > silenziamento genico post-trascrizionale del transgene Il transgene soppressore PPO è stato espresso ubiquitariamente sotto il controllo del promotore 35S (CaMV 35S). The Arctic® apple is a product of Agrobacterium-mediated transformation and is therefore classed as a GMO, produced in Canada in 2017 AMFLORA POTATO  Starch composition of potatoes Le patate contengono due forme di amido: amilopectina = 80% amilosio = 20% ▪ L'amilopectina è responsabile delle utili proprietà industriali dell'amido (adesivi, tessuti, carta, ecc.) ▪ L'amilosio forma un gel che rende l'amido di patate meno stabile e più difficile da utilizzare per scopi industriali.  Amflora potatoes Le patate Amflora sono state geneticamente modificate per produrre solo amilopectina inibendo l'enzima che produce amilosio. Le patate Amflora possiedono una copia antisenso del gene responsabile della produzione di amilosio. Questo gene antisenso sintetizza una sequenza di mRNA complementare che si lega alla normale sequenza di mRNA. Di conseguenza, il gene responsabile della produzione di amilosio non viene tradotto e la patata produce solo amilopectina. Amflora potatoes Amflora was developed by silencing the expression of the starch synthase protein (GBSS), using antisense strategy to eliminate the expression of amylose. A gene conferring kanamycin resistance (nptII) was used as a selectable marker. Patata AMFLORA: per la produzione di carta Nel 2005 l’EFSA ha fornito una opinione positiva: la patata Amflora è tanto sicura quanto una patata convenzionale Nel 2009 in Europa ci sono state 285 prove in campo aperto di patate transgeniche (non solo Amflora) principalmente in Germania, Olanda e Gran Bretagna Mentre si attendeva l’approvazione gli scienziati del Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology sono riusciti a silenziare il gene dell’amilosio della patata, con GENE-EDITING (CRISPR-CAS 9). Non è tecnologia del DNA ricombinante (per un po’ di anni non è stato considerato un OGM).  Medical The International molecular Society for Plant farming Molecular Farming Medical molecular farming is defined as the the production of proteins or other metabolites valuable to medicine in plants traditionally used in an agricultural setting (Kamenarova et al., 2005). Eukaryotic organisms such as higher plants are producers of a variety of small compounds (referred to as secondary metabolites) that are beneficial as food, flavours, fragrances, fine chemicals and pharmaceuticals The first written document about the use Le piante come valido of medicinal plants (1550 BC) human serum albumin sistema si espressione WHO: 11% of the current 252 drugs considered essential for humans are exclusively http://societyformolecularfarming.org derived from flowering plants  Medical molecolar farming Le piante sono state prese in considerazione come via genetica alternativa per la produzione di molecole di interesse farmaceutico. L’uso di piante a scopi Un grosso limite nella Le piante medicinali risale a produzione di molecole rappresentan migliaia di anni fa. biofarmaceutiche con metodi o un metodo tradizionali è il costo. economico di Sono organismi produzione, Ciclo eucarioti. di breve stoccaggio. Una modificazione genetica si mantiene nel tempo. Più sicure rispetto alle corrispondenti molecole di E’ possibile indirizzare derivazione l’espressione della animale. proteina di interesse  L’innovazione scientifica per la nutrizione: vaccini edibili VACCINI EDIBILI sono piante transgeniche/xenogeniche che esprimono nei loro tessuti edibili parti di microrganismi (antigeni) in grado di indurre una risposta immunitaria specifica (mucosale) nell’animale dopo somministrazione orale. Edible vaccines are plant made pharmaceuticals. http://www.agorascienza.it/application/files/4714/9822/3756/TEAG_C_Pia nte_bioreattori_medicine_ROSSI.pdf The rationale was that key immunogenic proteins of major pathogens could be synthesized in plant tissues and then fed as edible subunit vaccines to humans or commercially important animals. Many plants have been identified and studied for the edible vaccine which was transformed to express antigen for many diseases POTATO ADVANTAGE DISADVNTAGE Several experiments have used EASILY TRANSFORMED NEED COOKING WHICH vegetable potato, but potatoes EASILY PROPAGATED DENATURE ANTIGEN may not be the ideal choice for STORED FOR LONG PERIODS edible vaccines since frying or WITGOUT REFRIGERATION boiling will degrade certain antigenic proteins. Rice/maize Rice and maize are cereals that are staples in many ADVANTAGE DISADVNTAGE countries. COMMONLY USED IN GROWS SLOWLY The main reason why rice and maize are attractive as BABY FOOD REQUIRES GLASSHOUSE candidate edible vaccines is because they can be stored HIGH EXPRESSION OF CONDITIONS without refrigeration for a very long period of time. ANTIGEN But the disadvantage with cereals is that they take relatively long periods of time and require perfect conditions to grow Many plants have been identified and studied for the edible vaccine which was transformed to express antigen for many diseases ADVANTAGE DISADVNTAGE TOMATO GROW QUICKLY. SPOILS RAPIDLY Tomato is another plant that is widely used and is a popular CULTIVATED choice for use as an edible vaccine. It grows relatively quickly BROADLY. and tastes good, thus having a broader range of consumers. HIGH CONTENT The major disadvantage with tomato is that it spoils rapidly VITAMIN-A MAY after ripening BOOST IMMUNE RESPONSE. ADVANTAGE DISADVNTAGE DO NOT NEED COOKING TREES TAKE 2-3 TO MATURE (PROTEIN NOT DESTROYED) YEARS. INEXPENSIVE SPOILS RAPIDLY GROWN WIDELY IN DEVELOPING COUNTRIES Patents Vaccini edibili per la salute intestinale del suinetto EdiVa  Tobacco seeds don’t contain nicotine and can be integrated in livestock feeding as protein source. Tobacco seeds inclusion in piglet diet was able to cover nutritional requirements of Weaned piglets without affecting growing, feed efficiency and metabolic parameters. Invenzioni MISCELA DI SEMI DI TABACCO Vaccini edibili INGEGNERIZZATI COME VACCINO ORALE CONTRO INFEZIONI DA Escherichia coli per contrastare le infezioni di N.102021000006461 Escherichia coli del suinetto RAZIONALE: proteine immunogene chiave dei principali patogeni possono essere sintetizzate nei tessuti vegetali e poi somministrati con l’alimento all’uomo o agli animali come vaccini orali a subunità. Data di concessione 05/04/2023: 20 anni EdiVa Svezzamento: momento critico Benessere Salute animale, Produzione e animale uomo, ambiente redditività 70% dell’uso di antibiotici EdiVa PRINCIPALI PATOTIPI DI Escherichia coli NEL SUINO: ETEC-VTEC Geni di interesse (fattori di virulenza) Fattori di virulenza - antigeni -F18 (VTEC-ETEC) -F4 (ETEC) -SUBUNITA’ B VTe2 EdiVa Invenzioni 1) SEMI DI TABACCO GOAL: Espressione degli antigeni vaccinali nei semi di tabacco. Data di concessione 05/04/2023: 20 anni EdiVa  PROMOTORE PER L’ESPRESSIONE SEME-SPECIFICA Trasferimento dei geni nel genoma vegetale Trasferimento del gene nel genoma vegetale Agrobacterium tumefaciens binary vector system Agrobacterium tumefaciens UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO DIPARTIMENTO DI MEDICINA VETERINARIA  Somministrazione Immunità mucosale Sicurezza Economico Facile Stoccaggio Stabilità Messa a punto una strategia vaccinale per via orale efficace nella prevenzione delle forme enterotossiemiche di Escherichia coli (ETEC-VTEC) del suino attraverso l’impiego di semi di tabacco esprimenti antigeni vaccinali. BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE IN ITALIA (nr: 102021000006461) del 18/03/2021 dal titolo “MISCELA DI SEMI DI TABACCO INGEGNERIZZATI COME VACCINO ORALE CONTRO INFEZIONI DA Escherichia coli DEL SUINETTO. Domanda numero: 812021000065669 Data di presentazione: 28/04/2021 Autori del contributo inventivo: Luciana Rossi, Serena Reggi, Antonella Baldi, Tale invenzione è promossa, secondo normativa vigente, e pubblicata sulla piattaforma Knowledge share (https://www.knowledge-share.eu/) del MISE tutti i brevetti in portafoglio UNIMI. https://www.knowledge-share.eu/brevetto/vaccini-edibili-farina-di-semi-contro-le-patologie-da-escherichia-coli/  NON TUTTO IL TABACCO VA IN FUMO GLI OGM POSSONO CONTRIBUIRE A MIGLIORARE LA SISTENIBILITA’ DELLE PRODUZIONI  Medicago's homegrown, plant-based COVID-19 vaccine approved by Health Canada COVIFENZ®, Health Canada has approved a SARS-CoV-2 vaccine developed by Medicago, a biopharmaceutical company headquartered in Quebec City, shown here. (Turgut Yeter/CBC) https://www.cbc.ca/news/health/medicago-s-homegrown-plant-based-covid-19- vaccine-approved-by-health-canada-1.6362745 COME GLI OGM POSSONO CONTRIBUIRE ALLA SOSTENIBILITA’ DELLE PRODUZIONI ANIMALI? Luciana Rossi Sostenibilità delle produzioni agricole Ruolo OGM 141 premi Nobel hanno firmato una lettera aperta chiedendo a Greenpeace e ai suoi sostenitori di abbandonare la loro campagna contro gli Ogm, e contro il riso Golden in particolare. NON SEMPRE VANNO IN DIREZIONI DIVERSE SUPERFICIE MONDIALE ATTUALMENTE COLTIVATA: 1,5 MILIARDI DI ETTARI * ha (000) % Terra emersa 13.442.285 28.98 Acque interne 432.733 0.93 Terra 13.009.115 28.05 Terreni agricoli 4.931.862 10.63 Terreni arabili e colture permanenti 1.553.689 3.35 Colture permanenti 142.511 0.31 Superficie arabile 1.411.117 3.04 Prati e pascoli 3.378.173 7.28 Foreste 3.937.326 8.49 Altre aree 4.142.467 8.93 * secondo la FAO, detta superficie non è superabile, anzi la stessa FAO stima che annualmente vengono perduti da 5 a 7 milioni di ettari per il degrado del terreno Il processo va visto storicamente: si può continuare nello stesso modo? Terra senza innovazione Terra con innovazione 1961 5 kg/pers/year 2003 15 kg/pers/year Creativity World Forum, Dec 1st, Stuttgart  Che cosa è la resa? LA RESA è la valutazione più comunemente adottata per esprimere la produzione vegetale ( e anche animale). Rapporto tra la quantità globale del prodotto utile e la superficie sulla quale è stato ottenuto. Rappresenta il prodotto medio (numero, q etc…) dell’unità di superficie. In alcuni casi l'unità di misura della resa può essere data dal numero di fiori, di steli, di foglie, di unità foraggere, ecc. Scarsità di acqua -OGGI: oltre 1 miliardo di persone nel mondo hanno oggi scarsità d’acqua -2025: 3 miliardi di persone avranno scarsità d’acqua -2020: necessità di 43% di acqua in più (competizione tra agricoltura e usi civili)  Consumo idrico del mais Il consumo idrico del mais è di circa 300 LITRI di acqua per kg di sostanza secca. Per una produzione totale di 20t a ettaro, l’acqua è 6000m 3 a ettaro. In Italia, solo con l’irrigazione si può soddisfare questo consumo. I danni da stress idrico si verificano in particolare alla fioritura. In questo periodo le perdite sono il 50%. Il periodo + importante è quello da 2 settimane prima della fioritura a circa a 2 mesi dopo.  Ottimizzazione processi fotosintetici (C4) La pianta ideale Elevata biomassa Tollerante a stress biotici (parassiti, batteri, virus etc) e abiotici (caldo/freddo etc.) Fissatrice di azoto Radici ben sviluppate Ridotta concentrazione di antimetaboliti, fattori antinutrizionali e biofortificata Caratteristiche nutrizionali migliorate Nuove specie  PIANTE GENETICAMENTE MODIFICATE Il gene CBF conferisce al colza la tolleranza alla carenza di acqua WT GM Piante di 10 settimane: 7 con irrigazione, 1 senza, 2 con successiva irrigazione Tolleranza allo stress salino in pomodoro inoculato con Azotobacter chrooccocum Piante cresciute con stress salino (0-50-100 uM NaCl) Colture biotech nel mondo Colture biotech nel mondo Superficie agricola coltivata con varietà GM Per specie Superficie agricola coltivata per i diversi miglioramenti genetici. GMO_WORLDWIDE confronto tra biotech e tradizionale Maize occupied 59.7 million hectares globally, which was 32% of the global maize production in 2017 Cotton was planted to 24.1 million hectares in 2017, which indicates a decrease by 8% from 2016. Canola increased by 19% from 8.6 million hectares in 2016 to 10.2 million hectares in 2016 In 2017, farmers in the USA and Canada planted biotech alfalfa. Approximately 1.14 million hectares of herbicide tolerant alfalfa and 80,000 hectares of low lignin alfalfa were planted in the US , while Canada planted 3,000 hectares low lignin alfalfa. Low lignin alfalfa was first commercialized in 2016, and offers 15 to 20% increase in yield. Biotech crops were also planted in different countries: sugar beet, squash, papaya, eggplant, potato, and apple.