# Organismi geneticamente modificati

Per organismi geneticamente modificati si intendono le tecniche che comportano l'introduzione diretta in un organismo di materiale ereditabile preparato al suo esterno, tra cui la microiniezione, la macroiniezione e il microincapsulamento;
Sono esclusi dalla definizione gli organismi ottenuti per mutagenesi o fusione cellulare di cellule vegetali di organismi che possono scambiare materiale genetico anche con metodi di riproduzione tradizionali, a condizione che non comportino l'impiego di molecole di acido nucleico ricombinante.

### Miglioramento genetico tradizionale ed ingegneria genetica

La modificazione del genoma è stata operata per secoli, prima dell'avvento dell'ingegneria genetica, tramite diverse tecniche. Una delle tecniche di modifica del DNA che sta alla base della selezione (sia naturale che operata dall'uomo) è la mutazione casuale, un fenomeno che è presente in tutti gli esseri viventi, anche se a una frequenza molto bassa. Tale frequenza può essere aumentata dall'esposizione a radiazioni o a agenti chimici mutageni.
Le mutazioni hanno portato nel tempo ad evidenti modifiche geniche - non solo attraverso mutazioni puntiformi (ossia riferite a brevissimi tratti di cromosoma o a singoli nucleotidi), ma anche attraverso delezioni e traslocazioni di intere regioni cromosomiche - che nei secoli hanno permesso all'uomo di costituire e selezionare molte varietà agrarie e popolazioni animali oggi utilizzate nel comparto agro-alimentare.
Un esempio storico di mutazioni indotte dall'uomo ai fini del miglioramento genetico è rappresentato dalla varietà di frumento "Creso", ottenuto per irradiazione dall'ENEA. Esso è stato negli anni ottanta una delle varietà di punta per la produzione di pasta (circa 1 spaghetto su 4) ed è oggi uno dei genitori delle attuali varietà commerciali.
Un'altra tecnica di miglioramento genetico molto diffusa è l'incrocio, non solo tra individui della stessa specie, ma tra specie per le quali è possibile riscontrare una compatibilità riproduttiva o per le quali è comunque possibile rimuoverne le barriere. In tal modo si sono prodotti il mulo o il bardotto, ma anche gli ibridi oggi utilizzati per le produzioni animali e vegetali. Il vantaggio di tale tecnica è la possibilità, una volta identificata fenotipicamente una caratteristica di interesse in una specie (ad esempio la resistenza ad una malattia), di trasferirla in un'altra attraverso incroci mirati.
La differenza sostanziale tra le tecniche di bardotto tradizionale e l'ingegneria genetica (alla base dello sviluppo degli OGM) sta nella predittività dei risultati. Nel caso della mutazione o dell'incrocio viene effettuata una selezione fenotipica, in base a caratteristiche visibili, all'interno di popolazioni molto grandi (alcune decine di migliaia nelle piante e alcune centinaia negli animali), mentre l'ingegneria genetica "progetta" la modifica da effettuare e poi seleziona genotipicamente, ovvero in base alle caratteristiche genetiche, gli individui che presentano le caratteristiche desiderate.

## Storia

Il primo OGM moderno fu ottenuto nel 1973 da Protocollo di Cartagena (Stanford University School of Medicine) e Herbert Boyer (University of California, San Francisco). I due ricercatori, grazie all'uso combinato delle nuove tecniche di biologia molecolare che si stavano sviluppando in diversi laboratori, come l'uso dell'enzima ligasi (1967), degli enzimi di restrizione e della trasformazione batterica (1970-72), riuscirono per primi a clonare un gene di rana all'interno del batterio Escherichia coli, dimostrando che era possibile trasferire materiale genetico da un organismo ad un altro tramite l'utilizzo di vettori plasmidici in grado di autoreplicarsi, abbattendo di fatto le barriere specie-specifiche.
Questi risultati ebbero un tale impatto da indurre la comunità scientifica ad autoimporre nel 1974 una moratoria internazionale sull'uso della tecnica del DNA ricombinante per valutare la nuova tecnologia ed i suoi possibili rischi. Quello stesso anno fu la Conferenza di Asilomar, tenutasi a Pacific Grove (California) a concludere che gli esperimenti sul DNA ricombinante potessero procedere a patto che rispettassero severe linee guida, poi redatte dai National Institutes of Health (NIH) ed accettate dalla comunità scientifica. Queste linee guida, pubblicate per la prima volta nel 1976 e successivamente aggiornate, sono tuttora seguite dai laboratori che effettuano esperimenti di trasformazione genica.
Dal 1976 ad oggi gli OGM sono passati dallo stato di mera possibilità tecnologica ad una realtà. Si sono dovuti attendere infatti solo due anni da Asilomar per avere il primo prodotto ad uso commerciale derivato da un OGM. La Genentech, fondata da Herbert Boyer, è riuscita infatti a produrre attraverso E. coli importanti proteine umane ricombinanti: la somatostatina (1977) e l'insulina (1978), il farmaco biotecnologico più noto, che è stato commercializzato a partire dal 1981. La commercializzazione dell'insulina ha segnato un cambiamento epocale per l'industria del farmaco, aprendo il settore biotecnologico (precedentemente confinato nei laboratori di ricerca) all'industrializzazione, e rivoluzionando il processo di drug discovery e lo sviluppo di nuove terapie non invasive.
Poco dopo lo sviluppo dell'insulina ricombinante, nel 1983 si ebbe negli Stati Uniti la prima battaglia sul rilascio nell'ambiente di organismi geneticamente modificati. Al centro del dibattito la sperimentazione dei cosiddetti batteri ice-minus, una variante di Pseudomonas syringae incapace di produrre la proteina di superficie che facilita la formazione dei cristalli di ghiaccio. I ricercatori della Advanced Genetic Sciencies\Advanced Genetic Sciencies e della University of California, Berkeley svilupparono questa variante allo scopo di introdurla nel terreno per proteggere le piante dal gelo. La richiesta di effettuare esperimenti in campo aperto con questo OGM scatenò una forte contestazione da parte degli ambientalisti. Solo dopo una battaglia legale durata tre anni, nel 1986 i batteri ice-minus furono i primi OGM ad uscire dai laboratori ed essere introdotti nell'ambiente. Pochi anni dopo si scoprì che questa variante esisteva anche in natura e l'azienda detentrice del brevetto, visto il contesto non favorevole agli OGM, decise di proseguire gli esperimenti solo sulla variante naturale. Gli ice-minus ricombinanti non vennero mai commercializzati.
Dopo più di 30 anni dalla Conferenza di Asilomar, all'alba del XXI secolo si conoscono molte delle potenzialità e dei limiti di questa tecnologia e, in molti casi, si dispone dei protocolli di gestione necessari a consentirne una applicazione in sicurezza. In particolare il Protocollo di Cartagena, ratificato nel 2000, si pone come strumento internazionale per la protezione della biodiversità dai possibili rischi derivanti dalla diffusione dei prodotti delle nuove tecnologie.
Ad oggi la tecnica del DNA ricombinante è stata utilizzata non solo per la produzione di nuovi farmaci, ma anche di enzimi per ridurre l'impatto ambientale dell'industria, piante e animali con caratteristiche migliorative in termini di resistenza alla malattie o di performance produttive e ambientali, ma anche organismi quali l'oncotopo, usato nella ricerca sul cancro\cancro, che hanno portato con sé importanti quesiti etici oltre ad aver aperto la strada a dispute per l'uso a fini sperimentali o commerciali delle innovazioni scientifiche. La possibilità di brevettare gli OGM ha acceso un forte dibattito sulla proprietà intellettuale delle risorse genetiche del pianeta e sulla liceità di una ricerca e di un'industria che non si ponga anche dei limiti etici o che non sappia mettersi in ascolto delle domande presenti nell'opinione pubblica creando consenso attorno alle proprie iniziative di ricerca e business.

## Produzione di OGM

Le tecniche per ottenere gli OGM sono relativamente recenti. Oggi sono presenti sul mercato unicamente OGM che presentano modifiche circoscritte a caratteri di natura mendeliana, ovvero caratteri facilmente controllabili tramite l'inserimento di uno o pochi geni che servono a fornire direttamente una data caratteristica (es. resistenza a una malattia). L'esponenziale aumento di informazioni rese disponibili nell'ultimo decennio dalla genomica consente però di mettere a punto organismi che presentino modifiche genetiche molto complesse su caratteri quantitativi (es. resistenza agli stress, produzione).
Gli OGM vengono ottenuti attraverso l'uso di tecniche di ingegneria genetica che permettono di inserire, all'interno del genoma di un organismo, frammenti di DNA provenienti anche da altri organismi. Il DNA così ottenuto è definito DNA ricombinante. I frammenti di DNA da inserire vengono estratti dal genoma di origine attraverso l'uso di enzimi di restrizione, che funzionano come vere e proprie forbici molecolari, e inseriti in un vettore ricevente grazie ad un altro enzima: la DNA ligasi. I vettori possono essere sia piccole molecole circolari di DNA, i plasmidi che possono accogliere frammenti fino a circa 15.000 paia di basi, sia alcune strutture derivate da virus, in grado di contenere quantità maggiori di materiale genetico (fino a circa 70.000). Esistono inoltre vettori che rappresentano dei veri e propri cromosomi artificiali ad esempio in lievito (noti come YAC, dall'inglese Yeast Artificial Chromosomes) o in batteri (BAC, Bacterial Artificial Chromosomes) che permettono l'inserimento di oltre 300.000 paia di basi - cioè oltre lo 0,01% del genoma di un mammifero.

## Classi di OGM
### Procarioti

Per inserire nuovi frammenti di DNA negli organismi si usano dei "vettori". I vettori sono generalmente piccole molecole circolari di DNA, i plasmidi, o strutture derivate da virus in grado di immagazzinare materiale genetico.
Sono tre i processi attraverso cui è possibile modificare il genoma batterico.
* La trasformazione batterica è un processo, osservabile in natura, attraverso il quale alcuni procarioti (detti competenti) sono in grado di ricevere del DNA esterno in grado di produrre nuove caratteristiche di fenotipo. Questo fenomeno fu scoperto nel 1928 da Frederick Griffith ma venne confermato solo nel 1944. La biologia molecolare si è servita dei batteri competenti per studiarne i meccanismi. Oggi sono state sviluppate alcune tecniche, per quanto molto empiriche, in grado di rendere competenti anche batteri che non lo sono naturalmente. È stato dimostrato, infatti, che l'ingresso di DNA è ampiamente facilitato dalla presenza di certi cationi, come Ca$^{2+}$, o dall'applicazione di una corrente elettrica (tecnica detta della elettroporazione). I vettori utilizzati nelle trasformazioni sono essenzialmente plasmidi: in seguito all'ingresso, i plasmidi non si integrano nel genoma, ma rimangono autonomi (in uno stato detto episomale).
* Nella coniugazione batterica, il DNA è trasferito da un batterio all'altro attraverso un pilum (concettualmente un tubo che può collegare per breve tempo i due batteri). Un plasmide può essere così trasferito da un organismo all'altro. La coniugazione, molto frequente in natura, è poco sfruttata come tecnica di modificazione genetica.
* La trasduzione è infine l'inserimento di materiale genetico nel batterio attraverso un virus batteriofago.
Per inserire il segmento di DNA che codifichi il gene voluto, è necessario conoscere la funzione dei geni su cui si sta operando. Nei batteri, è relativamente semplice identificare la funzione di un gene specifico: i ricercatori a tale scopo sono soliti realizzare dei ceppi batterici cosiddetti knock out. In questi ceppi viene eliminato il DNA relativo al gene d'interesse: osservando le conseguenze sulla vita del batterio, è possibile identificare la funzione del gene stesso.
L'uso di knock out è molto diffuso, non solo per i procarioti. È possibile realizzare knock out in numerosi organismi modello. Il gene responsabile della fibrosi cistica, ad esempio, è stato individuato in topi knock-out: una volta individuato il presunto gene della fibrosi cistica (chiamato CFTR) nell'uomo, i ricercatori hanno individuato l'omologo nel genoma del topo, ne hanno fatto un knock out verificando poi che senza tale gene il topo presentava tutti i sintomi clinici della malattia.

### Piante transgeniche

La principale tecnica di modificazione genetica per le piante è legata alla capacità naturale del batterio Agrobacterium tumefaciens di infettare piante e causare una crescita paragonabile a quella tumorale presente negli animali, tale patologia è nota come "galla del colletto". A. tumefaciens è in grado di infettare la pianta trasferendo un plasmide che è in grado di integrarsi nel genoma dell'ospite. Il plasmide contiene diversi geni che, una volta "letti" dalla pianta, generano la galla e producono nutrienti per il batterio consentendone la crescita. Diversi scienziati, a partire dalla seconda metà degli anni sessanta, hanno contribuito a comprendere il meccanismo e le condizioni attraverso cui tale plasmide viene trasferito ed integrato nel genoma della pianta: tra questi Jeff Schell, Marc Van Montagu, Georges Morel, Mary-Dell Chilton e Jacques Tempé. Grazie a tali scoperte, a partire dal 1983 è stato possibile trasformare le conoscenze biologiche acquisite, in tecniche biotecnologiche e quindi sviluppare versioni del plasmide "disarmate", ovvero senza i geni che davano origine alla malattia, in cui erano invece presenti geni di interesse, permettendo così di produrre le prime piante transgeniche, oggi molto utilizzate per fini di ricerca o agro-alimentari.
Un altro processo largamente utilizzato per produrre piante OGM è il metodo biolistico (anche detto gene gun o particle gun), che permette di "sparare" microproiettili ricoperti di DNA all'interno delle cellule vegetali. Tale metodo è stato utilizzato, ad esempio, per la produzione del più comune cereale OGM, il Mon810.
Le tecniche biolistiche sono spesso utilizzate per piante monocotiledoni, mentre A.tumefaciens ed altri agrobatteri sono utilizzati per modificare dicotiledoni, anche se recentemente sono stati messi a punto ceppi di questo batterio in grado di trasformare anche le monocotiledoni.
Queste tecniche sono in generale complementari e non sostitutive di quelle, più empiriche, già sviluppate all'interno del millenario processo di "umanizzazione" delle piante di interesse agro-alimentare che oggi si trovano sulle nostre tavole: il loro patrimonio genetico ha infatti subito nel corso del tempo modifiche genetiche rilevanti con tecniche convenzionali (oppure, si potrebbe dire, biotecnologie classiche), che hanno dato origine alla stessa agricoltura: selezione artificiale o, più recentemente, l'induzione di mutazioni per mezzo di raggi X o raggi gamma.

### Animali

Diverse tecniche sono utilizzate per la produzione di animali transgenici. Il primo esperimento di successo di transgenesi animale fu ottenuto utilizzando un retrovirus. Questa tecnica si ispira a un fenomeno che avviene in natura: durante le infezioni virali, l'RNA dei retrovirus entra nella cellula dell'animale infetto, viene modificato in DNA e integrato nel genoma dell'ospite. Questa proprietà fa del retrovirus un buon vettore per materiale genetico, anche se questa tecnica presenta alcune limitazioni. Altri esperimenti hanno usato cellule staminali embrionali o germinali, ma il trasferimento nucleare (la tecnica utilizzata per la produzione della pecora Dolly) associato alla manipolazione in vitro di colture cellulari è attualmente la tecnica più in uso.
Gli scopi principali della transgenesi animale sono i seguenti:
* Produzione di biomedicine. Sebbene la produzione di biomolecole da parte di batteri o lieviti sia più economica, queste tecniche presentano alcuni limiti dovuti alle differenze metaboliche delle cellule batteriche rispetto a quelle animali. Per questo motivo si è sviluppato un grande interesse per lo sfruttamento di tecniche di transgenesi per far produrre agli animali grandi quantità di molecole utilizzabili in terapia e prevenzione, quali farmaci, anticorpi o vaccini. La produzione di biomolecole può avvenire attraverso diversi liquidi biologici, di cui quello di più facile sfruttamento sarebbe il latte, che viene prodotto in grandissime quantità. Tra le biomolecole prodotte da animali transgenici già ad uno stadio avanzato di sviluppo (alcune già in fase di approvazione per la vendita negli Stati Uniti) ci sono anticorpi policlonali e lattoferrina prodotti da bovini, fattore antitrombina III prodotto da capre e calcitonina prodotta da coniglie. Alcuni effetti non desiderati sono tuttavia stati riscontrati a volte negli animali impiegati a questi scopi, come per esempio inferiori produzioni di latte o inferiore durata della lattazione e infertilità.
* Modelli per la ricerca su malattie umane. Molte malattie hanno un'origine genetica, o hanno nel genoma fattori predisponenti. Lo studio di alcune malattie può essere estremamente facilitato usando modelli animali sperimentali che riproducano alcuni tratti del genoma umano che sono alla base di alcune patologie. L'uso di animali da laboratorio (specialmente topi e ratti) geneticamente modificati è già diffuso per lo studio di una serie di malattie, principalmente il cancro.
* Xenotrapianti. Uno dei settori di ricerca delle biotecnologie riguarda lo studio di animali che possano essere donatori di organi per xenotrapianti. Gli xenotrapianti sono trapianti di organi da una specie non umana all'uomo, e potrebbero essere una nuova frontiera, considerando che la disponibilità di organi per gli allotrapianti (da uomo a uomo) è sempre inferiore alle richieste. Il suino è considerato la specie più adatta a questo scopo, perché presenta delle somiglianze dal punto di vista anatomico. Il maggiore ostacolo è tuttavia quello immunologico, cioè che l'organismo ricevente rigetti il trapianto producendo anticorpi contro l'organo trapiantato. In questo senso gli approcci transgenici puntano a inibire le reazioni ancticorpali responsabili del rigetto. Altri studi hanno invece puntato sul trapianto di cellule o tessuti transgenici, che potrebbero offrire interessanti possibilità per la cura di diverse malattie, ad esempio il morbo di Parkinson.
* Miglioramento delle produzioni animali. Tra le ricerche sulla transgenesi animale, alcune hanno il fine di aumentare la redditività dell'allevamento puntando sulla modificazione genetica volta a migliorare la qualità di alcune produzioni (ad esempio latte, lana), ad aumentare la produzione di carne, la prolificità o la resistenza alle malattie. Un esperimento del 2003 ha dimostrato che è possibile modificare geneticamente le vacche in modo che producano un latte a più alto contenuto in caseina, una proteina importante nel processo di produzione del formaggio. Altri ricercatori hanno studiato, nel topo, la possibilità di produrre un latte a ridotto contenuto in lattosio, che potrebbe essere assunto anche da soggetti intolleranti.

## Normativa sugli OGM

In molti Paesi del mondo esiste un quadro di riferimento normativo che regola il settore OGM, per garantire la biosicurezza, ossia un utilizzo in rispetto dei necessari livelli di sicurezza ambientale, della salute umana e di quella animale. I principi legislativi di riferimento a livello internazionale in tema di biosicurezza sono contenuti all'interno del Protocollo di Cartagena.
In Europa il contesto normativo sugli OGM, basato sul principio di precauzione, è oggi costituito dai seguenti testi:
* Direttiva 2001/18/CE, che, sostituendo la 90/220/CEE, riscrive le regole base per l'autorizzazione al rilascio nell'ambiente di un nuovo OGM;
* Regolamenti 1829 e 1830/2003/CE, che regolano l'autorizzazione e l'etichettatura/tracciabilità degli alimenti e dei mangimi (food & feed) costituiti o derivati da OGM;
* Raccomandazione 556/2003, che indica le linee guida sulla coesistenza tra colture OGM e convenzionali, cui le norme nazionali e regionali dovrebbero allinearsi.
L'Italia ha recepito la direttiva 2001/18/CE attraverso il decreto legislativo 224/2003.

## Il Dibattito sugli OGM

L'introduzione di organismi geneticamente modificati (in particolare nel settore agroalimentare) ha creato spesso forti attriti all'interno dell'opinione pubblica di molti Paesi. Esiste oggi un intenso dibattito in proposito all'interno della comunità internazionale.
Tra i temi più dibattuti vi sono la legittimità di brevettare organismi viventi e le implicazioni etiche legate all'uso di animali ingegnerizzati per fini sperimentali (ad esempio l'oncotopo), o all'uso di cellule embrionali umane a fini di ricerca (trasformazione, clonazione, chimerizzazione).
I punti maggiormente controversi in relazione all'uso degli OGM in ambito agroalimentare riguardano i potenziali rischi per l'ambiente o per la salute umana e animale, la possibilità di coesistenza tra colture OGM e non-OGM e l'impatto economico-sociale della loro introduzione in aree rurali, soprattutto in Paesi in via di sviluppo. Da parte dei fautori dell'introduzione degli OGM insistono sul vantaggio della sicurezza alimentare. Ad esempio il mais Bt, secondo queste asserzioni, evita la contaminazione da fumonisina