L'evoluzione della biotecnologia: dalla produzione di proteine ai vaccini ricombinanti

Produzione di proteine ricombinanti

Le cellule e gli organismi manipolati mediante le tecniche del DNA ricombinante vengono usati per sintetizzare specifiche proteine, particolarmente utili in campo medico. Per ottenere una certa proteina, il gene che la codifica viene inserito in un batterio, in un lievito o in un altro tipo di cellula facilmente coltivabile e viene fatto moltiplicare in colture cellulari. La proliferazione della cellula modificata crea molte copie del gene e quindi elevate quantità del prodotto corrispondente. Facendo crescere in coltura batteri, lieviti o cellule di mammifero ricombinanti è possibile produrre grandi quantità di una determinata molecola. In tale tipo di procedimento gli organismi utilizzati più spesso sono i batteri. Questo perché l’inserimento di geni estranei nei batteri risulta piuttosto facile grazie all’uso di fagi e plasmidi e perché la coltura batterica è semplice da allestire, cresce rapidamente ed è poco costosa, con una buona resa nella produzione della proteina che si vuole ottenere.

Importanza dei batteri OGM

Tra gli OGM di interesse medico, rivestono una notevole importanza i batteri che producono l’insulina umana, un ormone che viene somministrato ai pazienti diabetici. L’insulina prodotta dal batterio Escherichia coli è un ormone di natura proteica prodotto normalmente dal pancreas; nei pazienti affetti da diabete mellito di tipo insulino-dipendente, un processo patologico ha distrutto le cellule produttrici di insulina e la sopravvivenza è affidata alla somministrazione di insulina esterna.

Evoluzione dell'insulina ricombinante

Fino a qualche tempo fa si utilizzava insulina bovina, che però causava svariati effetti collaterali nei pazienti. Nel 1982 è stata introdotta per la prima volta nel mercato l’insulina umana ricombinante, cioè prodotta da batteri OGM in cui era stato inserito il gene che codifica per l’insulina. Quella prodotta dal batterio ricombinante è identica a quella secreta dalle cellule del pancreas umano, può essere somministrata senza pericolo per un periodo molto lungo e non scatena alcuna reazione immunitaria nei pazienti diabetici.

Produzione di altre proteine mediche

Altre importanti proteine utili in ambito medico, prodotte dal batterio E. coli, sono l’interleuchina-2, l’ormone della crescita umano (HGH) e il fattore di crescita epidermico (EGF). Quando la produzione di un farmaco o di una proteina risulta troppo complessa per un batterio ricombinante, si utilizzano i lieviti o le cellule animali, che, per quanto più difficili da coltivare e manipolare, presentano possibilità di sintesi più sofisticate. Il lievito Saccharomyces cerevisiae, usato per preparare il pane e la birra, è un organismo eucariote che cresce piuttosto bene in coltura e che viene utilizzato per produrre alcuni tipi di interferoni e il vaccino per l’epatite B. L’eritropoietina umana (EPO), un ormone che stimola la formazione di globuli rossi nel sangue e, i fattori della coagulazione VIII e IX, sono proteine che vengono somministrate agli emofilici che ne sono carenti, entrambi sono prodotti coltivando cellule ricombinanti di mammifero.

La tabella sottostante riporta alcune delle principali proteine prodotte con l’ingegneria genetica.

Vaccini ricombinanti e loro vantaggi

I vaccini tradizionali presentano spesso controindicazioni dovute all’inoculazione di microrganismi patogeni (o parti di essi) uccisi o attenuati, poiché spesso possono avere effetti collaterali. Negli ultimi anni molti vaccini tradizionali sono stati sostituiti con vaccini ricombinanti. Il primo vaccino ottenuto con la tecnologia del DNA ricombinante è stato quello per l’epatite B, prodotto e immesso sul mercato nel 1986.

Per creare un vaccino ricombinante si inserisce un gene dell’agente patogeno che codifica per una specifica proteina antigenica in un batterio innocuo, in modo che produca la proteina corrispondente. Questo vaccino non presenta i rischi comunemente associati con l’uso di microrganismi patogeni vivi attenuati e dà pochissimi effetti collaterali, oltre a essere più facile da produrre rispetto ai vaccini tradizionali.

Rischi eliminati dall'ingegneria genetica

L’ingegneria genetica permette di eliminare alcuni rischi legati alla produzione dei farmaci:

L’ormone della crescita per trattare il nanismo veniva un tempo estratto dall’ipofisi dei cadaveri umani e poteva trasmettere encefalopatie virali;

I fattori coagulanti, prodotti da sangue umano, sono stati responsabili di numerosi contagi del virus HIV e di epatiti virali;

I vaccini attenuati potevano tornare virulenti e scatenare effetti collaterali gravi.

Oggi gli OGM permettono la fabbricazione di farmaci esenti da qualsiasi tipo di contaminazione.