Rimanendo nell'ambito della prevenzione ed eventualmente cura delle malattie, la bioingegneria sta assumendo un ruolo sempre più di primo piano, come è dimostrato dai continui studi effettuati sull'argomento e dagli ingenti finanziamenti dei governi di tutto il mondo. Vi è la consapevolezza, infatti, dell'enorme potenziale do questo settore in crescita e come esso possa risolvere numerose problematiche dell'uomo.
Le "red biotechnology", cioè le biotecnologie in ambito medico, hanno già una notevole importanza, dalla penicillina di Alexander Fleming del 1928 fino ad arrivare ai moderni studi sui vaccini contro le malattie neurodegenerative. Grazie anche al continuo progresso delle tecniche ingegneristico-informatiche, abbinate alle brillanti ricerche compiute per tutto il mondo, vi è stato un effettivo riscontro sul campo, con numerose malattie debellate o comunque un'efficace prevenzione. Importante in questo campo, è la tecnica del DNA ricombinante, dove si inserisce un segmento di DNA all'interno di un 'organismo ospite permettendo la combinazione di geni provenienti da specie molto distanti tra loro. Si deve la sua importanza al fatto dell'inserimento di un gene d'interesse dentro un organismo ospite, fatto poi crescere in un fermentatore industriale per produrre la proteina.
Oltre alla produzione di farmaci e vaccini le biotecnologie agiscono in numerose altre vie: ad esempio l'uso di cellule staminali (contro il cancro e certe malattie respiratorie), poi xenotrapianti, terapia genica e la diagnostica di numerose malattie (come la sindrome di Down).
Insulina e altri farmaci biotecnologici
La produzione di medicinali biotecnologi ricopre un ruolo molto importante nel settore farmaceutico e in generale nel settore medico. Basti pensare che il 20% dei farmaci in circolazione sono biotecnologi e che il 40% delle molecole in sperimentazione clinica sono derivati da biotecnologie, per un giro d'affari di circa 70 miliardi di dollari. Tutto questo nonostante al consapevolezza dei rischi presenti che comporta anche controlli molto più severe rispetto ai farmaci tradizionali. Scendendo nei particolari i maggiori campi di ricerca sono gli ormoni polipeptidici, i prodotti del sangue (coinvolti nella sua coagulazione), i farmaci antinfettivi e antitumorali, gli immunomodulatori e i vaccini.
Il primo importantissimo passo in avanti si è avuto con la produzione di insulina transgenica contro il diabete, a partire dal 1982, dato che l'estratto dal maiale comportava qualche problema (non essendo esattamente uguale a quella umana).
Il meccanismo per la produzione dell'insulina funziona nel modo seguente:- • si isola il gene dell'insulina e un plasmide,
• si tagliano entrambe le sequenze con lo stesso enzima di restrizione che crea delle estremità
coesive sia nel DNA che nel plasmide,
• il segmento di DNA viene mescolato col plasmide tagliato. Le basi azotate delle estremità
coesive del plasmide si appaiano con quelle delle estremità complementari del frammento di
DNA dell'insulina,
• l'enzima DNA-ligasi unisce mediante legami covalenti le due molecole di DNA
Il risultato è un plasmide ricombinante che viene inserito in un batterio e se le condizioni ambientali
sono buone, il batterio preleverà il DNA plasmidico.
A questo punto i batteri vengono messi in grandi serbatoi insieme ad una soluzione nutritiva e in condizioni ambientali idonee alla loro crescita. Queste cellule rilasciano l 'insulina prodotta nella soluzione nutritiva, da cui l'insulina deve essere poi esclusivamente estratta. L'insulina ottenuta è molto pura e con una struttura identica a quella umana.
Un'altra categoria in forte espansione è quella degli ormoni polipeptidici, che in natura controllano il metabolismo: ad esempio gli ormoni per la crescita (in particolare l'Humatrope) o il controllo della produzione dei globuli rossi da parte del midollo osseo.
Importantissimi sono anche gli immunomodulatori e antitumorali, per combattere le varie specie di cancro e le patologie immunitarie. Impossibile non nominare a questo proposito l'interferone α, usato nel trattamento del cancro al rene, melanoma ed alcune forme di linfoma e leucemie; oltre al Transtuzumab contro il carcinoma mammario di prestazioni davvero eccelenti.
Vaccini
Un capitolo a parte meritano i vaccini, per cui vengono attuate metodologie di base differenti, pur prestando sempre fede alle tecniche del DNA ricombinante. La maggior parte dei vaccini è stata allestita clonando in una celluca procariota o eucariota il gene del microrganismo che codifica per la principale proteina immunogena, cioè quella proteina che nell'ospite porta alla produzione di anticorpi in grandi quantità.
Esistono vari tipi di vaccini in circolazione, anche con strutture diverse (se microrganismi uccisi o vivi e attunuati) in base anche all'organismo utilizzato: i principali sono i vaccini virali e quelli batterici.
Contro l'epatite B, un grosso problema sanitario che causa oltre alla cirrosi epatica anche il cancro al fegato, è stato messo a punto un vaccino a virus a DNA (contenente antigeni associati al guscio proteico). Il gene virale è stato clonato in un vettore e quindi trasferito ed espresso in un lievito: l'antigene prodotto presenta tutte le caratteristiche della proteina nativa, e insieme ad un adiuvante può essere utilizzata per provocare una risposta immunitaria.
Di rilevanza anche i vaccini contro la meningite batterica (grazie al quale è praticamente scomparsa in alcuni paesi) e il vaccino antipertosse, ottenuto da un ceppo di Bordatella Pertussis (responsabile della malattia) che produce una tossina della pertosse del tutto identica ma assolutamente innocua: la tossina mutata, prodotta in laboratiorio su larga scala, viene purificata e impiegata come vaccino.
Ma i vaccini possono essere anche microrganismi vivi, ricombinanti: si tratta di batteri o virus modificati geneticamente, rendendoli innocui nel caso di organismi virulenti, o resi tali nel caso di organismo non patogeni. È il caso di molti virus (epatite B,H, Simplex, Influenza Virus) i cui geni sono stati incorporati nel genoma del Vaccinia Virus (finora provati solo sul coniglio). Oppure del batterio Vibrio Cholerae che pur dopo averlo privato della capacità di produrre l'enterotossina attiva, rimane in grado di indurre immunità.
Da considerare infine, anche se non con la stessa efficacia dei precedenti, RV 144 un vaccino contro l'HIV, ottenuto dalla fusione di altri due vaccini poco potenti. I risultati ottenuti non sono stati eccezionali, però qualche miglioramento si è avuto e stanno proseguendo le ricerche per trovare nuove soluzioni.
Data l'importanza dei vaccini contro numerose patologie e della loro prevenzione, è stato introdotta ormai da molti anni l'idea di integrarli con gli alimenti (cibi vaccino).