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Quelle che vengono definite genericamente

Biotecnologie costituiscono il mezzo per arricchire la produzione di alimenti che non dipende più solo dalla terra, dal clima e dal tempo/stagione come soluzione alla crisi alimentare di tutto il mondo. Oggi le biotecnologie sono studiate per perseguire la sicurezza alimentare e la sostenibilità agricola, grazie all’applicazione di prodotti bio-based  nati come promettente alternativa agli agrochimici

Le bio-tech accompagnano il nostro cibo dal campo alla tavola e possono essere utilizzate in vari campi, come la produzione di ormoni, auxine, acidi, bio pesticidi, nella coltura in vitro nonché nella produzione degli alimenti come enzimi, conservanti, alimenti fermentati, microrganismi probiotici, vitamine. Sono disponibili anche per la sicurezza alimentare mediante i metodi di analisi molecolare o sierologica basati su DNA, e poi per produrre anticorpi ed enzimi, ed infine per rilevare malattie trasmesse dagli alimenti come microrganismi e micotossine. Vediamo allora alcuni esempi di biotecnologie applicabili in agricoltura:

I regolatori della crescita delle piante vengono utilizzati per modificarne vari aspetti. Ad esempio, si possono citare l’aumento della ramificazione, la soppressione della crescita dei germogli, l’aumento della fioritura di ritorno. Possono, inoltre, svolgere un ruolo importante nella regolazione delle risposte delle piante a diversi stress abiotici (siccità, caldo, freddo, ristagno idrico, salinità, ecc.)

Queste tecnologie contribuiscono all’adattamento delle piante in condizioni climatiche avverse in cui gli stress abiotici influenzano principalmente la crescita e la produzione. In termini tecnici i regolatori della crescita come gli jasmonati, l’acido salicilico e l’acido abscissico sono collegati all’aumento della risposta delle piante a molteplici stress. Ulteriormente, auxina, citochinine, gibberelline sono anch’esse coinvolte nella crescita e nello sviluppo delle piante in condizioni ambientali normali e stressanti. Il fatto rilevante da notare è che i regolatori della crescita delle piante possono essere microbici o non microbici, vegetali o idrolizzati, proteici, estratti di alghe e botanici, con tutti i vantaggi che ne conseguono.

Un altro esempio molto interessante è la coltura in vitro cui singole cellule, organi o tessuti vegetali in condizioni adatte, possono essere indotti a dare origine ad altre cellule e quindi a tessuti indifferenziati, o a organi, o addirittura a una pianta intera,  attraverso un fenomeno noto in ambito scientifico come totipotenza. Le tecniche menzionate consentono la propagazione di un elevato numero di piante in condizioni ambientali controllate (vasi di vetro o plastica). In sintesi, la coltura in vitro produce piante sane e resistenti alle malattie fungine e virali e alle condizioni di stress abiotico. Non solo, esse migliorano la qualità nutrizionale, producono un elevato numero di piante da vivaio per la produzione di piante in serra.

Queste “fabbriche” di cellule vegetali da diverse specie sono attualmente utilizzate per produrre ingredienti per prodotti nutraceutici, cosmetici e farmaceutici. I laboratori di cellule vegetali con tecniche quali callus, hairy roots, cell suspensions, sono piattaforme per la sintesi di metaboliti e prodotti di origine vegetale ad alto valore aggiunto, poiché sono costosi da sintetizzare chimicamente o perchè si trovano in natura a basse concentrazioni. La coltura in vitro, inoltre, supera alcuni fattori negativi per la propagazione di alcune specie vegetali rare che hanno una bassa germinazione dei semi o scarsa riproduzione vegetativa, che sono specie a rischio, o che crescono in aree devastate, con condizioni climatiche difficili, o che sono predate da animali e uccelli, ecc.

Alcuni esempi di prodotti Bio-tech:

Enzimi – Gli enzimi sono proteine che agiscono come catalizzatori biologici accelerando le reazioni chimiche. Le molecole su cui possono agire gli enzimi sono chiamate substrati e l’enzima converte i substrati in diverse molecole note come prodotti. Gli enzimi possono provenire da cellule microbiche o da fonti animali o vegetali utilizzate nella lavorazione degli alimenti come formaggio, pane, vino e bevande alcoliche.

L’industria  alimentare utilizza vari enzimi. Ad esempio, α-amilasi, chimosina e lattasi, molte delle quali sono prodotte come proteine ricombinanti utilizzando tecniche di ingegneria genetica. Si utilizzano anche enzimi microbici, come i cagli nella produzione di formaggio da diversi organismi: R. miehei, Aspergillus oryzae. Altri enzimi includono la lattasi per la produzione di latte, formaggio e yogurt senza lattosio, per i consumatori intolleranti ad esso.

I diversi sono i vantaggi nell’utilizzo di enzimi in sostituzione di modificazione chimiche. Inducono cambiamenti altamente specifici e controllati negli alimenti, riducono i costi di lavorazione, aumentano la produzione degli estratti dalle materie prime, riducono il consumo di energia rispetto alle corrispondenti reazioni chimiche. Le reazioni enzimatiche si svolgono in condizioni blande di temperatura e di pH e sono altamente specifiche e riducono così il numero di reazioni secondarie e di sottoprodotti.

Le biotecnologie hanno ottenuto microrganismi commercializzabili  che provocano modificazioni al valore nutritivo degli alimenti fermentati modificandone la composizione di proteine, grassi e carboidrati e stabilizzando le proprietà nella formazione della viscosità. Gli stessi intervengono sull’utilizzo o la secrezione di vitamine, etanolo e diossido di carbonio.                        I microrganismi, inoltre, producono acidi organici che vengono utilizzati per evitare l’uso di conservanti sintetici, di stabilizzanti ed emulsionanti come il nitrato, l’acido sorbico e l’acido benzoico. Un esempio interessante, è il Pediococcus Acidilactici, che se utilizzato nella carne fermentata, ha il potenziale per inibire i batteri del suo deterioramento e quindi di ridurre la necessità di aggiungere nitrati. Ulteriormente, si usano i batteri lattici per produrre acido lattico necessario a coagulare il latte come nei formaggi.Riassumendo, i vantaggi della fermentazione, grazie alla coltura microbica nella lavorazione degli alimenti, sono:

• produzione di alimenti che hanno sapori o consistenze che non possono essere ottenuti con altri metodi
• basso consumo energetico
• bassi costi operativi e di capitale
• tecnologie semplici.
• nuovi prodotti integrati con vitamine, minerali e colture probiotiche

Salvaguardare la Terra è una priorità. Come fare? Unendo ecosostenibilità e intelligenza artificiale (IA). Ma come si relazionano questi due concetti? In che modo l’intelligenza artificiale può contribuire realmente a promuovere l’ecosostenibilità?

Al Sustainable Food Institute interessa come l’intelligenza artificiale possa essere usata per migliorare l’efficienza energetica, ridurre le emissioni di gas serra, monitorare e proteggere la biodiversità, gestire i rifiuti e favorire lo sviluppo di energie rinnovabili.

Le biotecnologie ambientali puntano a diventare la chiave dell'economia circolare   trasformando gli scarti in nuova materia prima per l’industria. Queste tecnologie sono sempre più legate all’industria e rappresentano una risposta ai problemi relativi ai cambiamenti climatici.Puntare sulla bioeconomia è utile a garantire la produzione dei materiali plastici che oggi si ricavano solo dal petrolio, senza però mettere a rischio la sicurezza alimentare. Resta il problema degli scarti e la necessità di trasformarli in risorse. 

Il crescente settore delle biotecnologie ambientali offrirà molteplici opportunità di sviluppo in Italia e in Europa, soprattutto per ciò che riguarda la ricerca e le professioni. 

Per ogni euro investito nella ricerca e nella bioeconomia, la ricaduta in valore aggiunto è pari a 10 euro entro il 2025. Dal punto di vista delle assunzioni si parla di 1,7 milioni di persone impegnate su questo fronte, mentre la bioeconomia ha un valore di 2,2 trilioni di euro per 19 milioni di posti di lavoro. 

I numeri sono destinati a crescere proprio perché l'Unione Europea ha posto la bioeconomia al centro del proprio modello di crescita sostenibile.

Le biotecnologie ambientali sono state impiegate soprattutto per risanare i siti inquinati, ma attualmente vengono impiegate anche nella trasformazione dei rifiuti in nuove risorse, favorendo il passaggio dell’economia lineare a quella circolare.

Le biotecnologie giocano un ruolo fondamentale anche nella produzione di energie alernative quali ad esempio l'idrogeno verde.

I prodotti che oggi utilizziamo nel campo dell’elettronica di consumo hanno vita breve e il loro riciclo raggiunge solo la soglia del 10%.

Grazie alle tecnologie in fase di sviluppo, con la bioeconomia si potranno sostituire le fonti fossili limitando l’impatto sull’ambiente e i cambiamenti climatici.

Si pensi alla trasformazione degli scarti, dalla carta e alle novità in campo agro-alimentare.

I primi corsi di laurea in biotecnologia in Italia risalgono al 1994 e, al giorno d’oggi, sono attivi 79 corsi di laurea nelle università nostrane. Molti di questi, però, si fermano alla teoria e tralasciano la pratica in laboratorio e il confronto con il mondo dell’industria.

Come abbiamo già detto, le biotecnologie possono essere applicate in molti ambiti, specie grazie alla versatilità delle cellule e degli enzimi che sfruttano. Vediamo quali sono i vari campi di applicazione.

Le biotecnologie rosse sono collegate alla medicina e servono, perciò, a migliorare la salute dell’uomo. Per esempio, esse possono aiutare a ricostruire parti di tessuti o organi danneggiati, o a progettare un farmaco che venga assorbito dall’organismo.

La progettazione del nuovo farmaco tiene conto delle caratteristiche chimico-fisiche necessarie allo scopo, evitando anche che l’organismo venga attaccato e degradato.

Le biotecnologie rosse prevedono una terapia genetica e servono a inserire nelle cellule del paziente un gene che possa aiutare a curare la malattia e a produrre vaccini e cellule antitumorali.

Così, anche la diagnosi di tumore può essere facilitata dai cosiddetti anticorpi monoclonali.

Le biotecnologie verdi racchiudono le applicazioni in ambito agricolo, come la sintesi di biofertilizzanti e biopesticidi a basso impatto sull’ambiente.

Le piante si prestano particolarmente alle manipolazioni genetiche poiché sono dotate di grande variabilità e versatilità.

L’applicazione di biotecnologie sulle coltivazioni può portare a tempi di conservazione più lunghi e a una maggiore produttività e resistenza ai parassiti. Inoltre, è possibile favorire l’ibridazione di piante dalle particolari caratteristiche.

Le biotecnologie bianche sono le biotecnologie industriali che utilizzano mezzi biologici per la produzione di un prodotto commerciale e necessitano di condizioni operative blande, consentendo un risparmio in termini di danaro, infrastrutture e scarti inquinanti.

I settori di applicazione possono essere quello alimentare, cosmetico o energetico, ma è la produzione di enzimi il settore più redditizio, proprio per l’adattabilità degli enzimi stessi.

Le biotecnologie rosse, verdi e bianche non sono le sole. Esistono anche le biotecnologie blu per le tecniche che coinvolgono organismi acquatici, le biotecnologie grigie per le applicazioni di tipo ambientale e le biotecnologie gialle che studiano le connessioni interne fra le cellule.