Wikibooks itwikibooks https://it.wikibooks.org/wiki/Pagina_principale MediaWiki 1.46.0-wmf.23 first-letter Media Speciale Discussione Utente Discussioni utente Wikibooks Discussioni Wikibooks File Discussioni file MediaWiki Discussioni MediaWiki Template Discussioni template Aiuto Discussioni aiuto Categoria Discussioni categoria Progetto Discussioni progetto Ripiano Discussioni ripiano TimedText TimedText talk Modulo Discussioni modulo Evento Discussioni evento 0 34733 491843 490131 2026-04-14T14:24:05Z ~2026-23008-03 54197 491843 wikitext text/x-wiki {{Disposizioni foniche di organi a canne}} Disposizioni foniche della città metropolitana di Milano raggruppate per comune: * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Milano|Milano]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Abbiategrasso|Abbiategrasso]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Arese|Arese]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Bollate|Bollate]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Bresso|Bresso]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Carpiano|Carpiano]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Cinisello Balsamo|Cinisello Balsamo]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Cisliano|Cisliano]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Corbetta|Corbetta]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Cornaredo|Cornaredo]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Cusago|Cusago]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Dresano|Dresano]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Garbagnate Milanese|Garbagnate Milanese]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Gessate|Gessate]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Gorgonzola|Gorgonzola]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Legnano|Legnano]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Magenta|Magenta]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Melegnano|Melegnano]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Melzo|Melzo]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Rho|Rho]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/San Colombano al Lambro|San Colombano al Lambro]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/San Giuliano Milanese|San Giuliano Milanese]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/San Zenone al Lambro|San Zenone al Lambro]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Segrate|Segrate]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Tribiano|Tribiano]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Vaprio D'Adda|Vaprio D'Adda]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Vittuone|Vittuone]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Villa Cortese|Villa Cortese]] * [[Disposizioni foniche di organi a canne/Italia/Lombardia/Città metropolitana di Milano/Vizzolo Predabissi|Vizzolo Predabissi]] {{Avanzamento|0%|10 luglio 2021}} [[Categoria:Disposizioni foniche di organi a canne]] 0yhjgml09s4nizomtqo889itjsbl64b 0 38356 491842 458837 2026-04-14T12:21:33Z ~2026-23099-18 54196 Corretto: "risolvere" 491842 wikitext text/x-wiki {{Filosofia dell'informatica}} ==I pionieri dell'informatica== Passando dalle idee logiche che stanno alla base degli attuali calcolatori, alla loro costruzione effettiva, vengono in primo piano i problemi di ingegneria e le persone che sono riusciti ad affrontarli vittoriosamente. Vi sono versioni molto diverse della storia delle macchine calcolatrici. Tra i protagonisti vi sono [[w:Charles Babbage|Charles Babbage]], [[w:Ada Lovelace|Ada Lovelace]], [[w:Claude Shannon|Claude Shannon]] (1916-2001, il fondatore della teoria matematica dell’informazione) e [[w:John von Neumann|John von Neumann]]. === Ada Lovelace === [[File:Ada Lovelace portrait.jpg|thumb|left|Ada Lovelace]] Ada Lovelace (1815-1852) fu la prima programmatrice di computer della storia. Figlia del celebre poeta [[w:George Gordon Byron|George Gordon Byron]] e della matematica Anne Isabelle Milbanke, sin da piccola fu istruita dai piu importanti docenti del tempo, mostrando grande interesse per le scienze e la matematica. Come di consuetudine per le giovani aristocratiche, a 18 anni Lovelace debuttò in società ed iniziò a frequentare i più facoltosi salotti grazie ai quali conobbe personalità come [[w:Charles Darwin|Charles Darwin]], [[w:Charles Dickens|Charles Dickens]], [[w:Michael Faraday|Michael Faraday]] e Charles Babbage che proprio in quegli anni stava lavorando alla macchina differenziale, un marchingegno in grado di fare somme e sottrazioni automaticamente. Ada, estremamente affascinata, iniziò a studiare i metodi di calcolo realizzabili con essa, e così nacque uno splendido rapporto di amicizia e di lavoro che durerà per anni. La macchina divenne sempre più grande ma, pur essendo concettualmente valida, non fu mai costruita a causa dei costi eccessivi e delle scarse competenze tecnologiche del tempo. Dopo la macchina differenziale nacque la macchina analitica, una macchina ancora più complicata, capace di fare ulteriori operazioni quali moltiplicazioni, divisioni, comparazioni a radici quadrate. Babbage cercò di far conoscere la macchina all'estero, precisamente in Italia, dove incontrò il giovane matematico [[w:Luigi Federico Menabrea|Luigi Federico Menabrea]]. Quest’ultimo scrisse nel 1842 un breve articolo in francese sulla macchina che fu pubblicato sulla rivista svizzera "Bibliothèque Universelle de Genève". Ada, sollecitata da un amico di Babbage, Charles Wheatstone, iniziò a tradurre l’articolo in inglese e vi aggiunge ben sette note, frutto di un lavoro durato interi mesi, e che firmò con le sole iniziali (A. A. L.). Le note descrivevano le caratteristiche strutturali e funzionali della macchina e, soprattutto, mostravano la possibilità da parte della MA di poter essere programmata. Questo, infatti, è ciò che la rende il più antenato dei nostri computer: a differenza della macchina differenziale, che poteva manipolare solo numeri, la macchina analitica era in grado di manipolare simboli sulla base di semplici regole. La nota più importante è senza dubbio l’ultima, la nota G, nella quale Lady Lovelace descrisse, a tal fine, un [[w:Algoritmo di Ada Lovelace per i numeri di Bernoulli|algoritmo]] per calcolare i [[w:Numeri di Bernouilli|numeri di Bernoulli]], algoritmo che oggi viene riconosciuto come il primo programma informatico della storia. Nonostante la macchina analitica, proprio come la macchina differenziale, non fu mai costruita, il contributo pionieristico di Ada Lovelace e Charles Babbage è stato di fondamentale importanza: dopo quasi un secolo, Alan Turing inventò i primi computer elettronici grazie alle note di Ada Lovelace. A partire dal 2009, negli Stati Uniti si celebra ogni anno l’Ada Lovelace Day, in onore di tutti i conseguimenti ottenuti dalle donne nelle scienze, nella tecnologia, nell’informatica e nella matematica. === Charles Babbage === [[File:CharlesBabbage.jpg|thumb|left|Charles Babbage]] Charles Babbage nacque a Londra il 26 dicembre 1791. Il connubio tra filosofia e matematica diede vita ad uno dei più influenti scienziati informatici del suo tempo nella regione inglese, che per primo concepì l’idea di un calcolatore programmabile. Babbage fu studente al Trinity Colledge e successivamente al Penterhouse di Cambridge, dove discusse la laurea nel 1814, e dove nel 1828 rivestirà la [[w:Professore lucasiano di matematica|cattedra lucasiana di matematica]], che in passato aveva accolto il genio di [[w:Isaac Newton|Isaac Newton]] (1669). La [[w:Informatica|storia dell'informatica]] lo ricorda per la progettazione della macchina differenziale, della quale venne realizzato un prototipo imperfetto, e per la macchina analitica, che, sebbene fosse rimasta soltanto un progetto, rappresentò storicamente il primo vero [[w:Calcolatore|calcolatore meccanico]]. Babbage morì il 18 ottobre 1871 a Londra, all’età di 80 anni, e non gli fu possibile vedere il frutto del suo lavoro intellettuale. Le sue idee, però, troveranno una definitiva implementazione nel XX secolo, con l'invenzione degli elaboratori elettronici. ===La macchina differenziale=== Babbage constatò che i calcolatori umani erano soliti incorrere in molteplici errori, talvolta dovuti alla stanchezza, talvolta alla noia. Tali considerazioni portarono lo studioso a riflettere sul concepimento di un calcolatore sotto forma di macchina, così da aggirarne gli errori. Quindi, sulla base del lavoro svolto da [[w:Blaise Pascal|Pascal]] e [[Gottfried Wilhelm von Leibniz|Leibniz]], nel 1823, in una lettera a [[w:Humphrey Davy|Sir Humphrey Davy]] discusse i principi di un motore di calcolo. Il primo tentativo di implementazione delle proprie idee, Babbage lo trovò nel concepimento della macchina differenziale. Il modello fu presentato alla [[w:Royal Astronomical Society|Royal Astronomical Society]] nel 1823, in un saggio intitolato “Note on the application of machinery to the computation of astronomical and mathematical tables”, e si basava sul cosiddetto [[w:Metodo delle differenze finite|metodo delle differenze]], in base al quale Babbage contava di creare tabelle di polinomi. La macchina sarebbe stata avviata meccanicamente da una maniglia, grazie alla quale Babbage avrebbe potuto mettere in movimento gli ingranaggi. Ottenuto un finanziamento di 1500 sterline dal governo britannico per l’idea brillante, lo studioso incorse, tuttavia, in una serie di errori tecnici nella realizzazione della macchina. Gli ingranaggi disponibili a quel tempo, infatti, risultarono poco adatti, e in particolare l’attrito generato dalle meccaniche creava una fastidiosa e costante vibrazione, che ne rese impossibile il funzionamento. Inoltre, le incomprensioni con gli operai assunti per la realizzazione del progetto, e i repentini cambi di idea riguardo alla sua realizzazione, portarono Babbage a spendere invano circa 17.000 sterline, 6.000 delle quali di tasca propria. In seguito, il taglio dei finanziamenti da parte del governo inglese lo indusse a scrivere le celebri “Reflections on the Decline of Science in England, and some of its Causes”. La macchina differenziale rimase, purtroppo, soltanto un’idea brillante. ===La macchina analitica=== Tra il 1833 e il 1842, Babbage ci riprovò. Questa volta, tentò di costruire una macchina che fosse, però, in grado di eseguire qualsiasi tipologia di [[w:Calcolo|calcolo]], non soltanto quelli basati su equazioni polinomiali: la macchina analitica, riconosciuta come il primo prototipo di calcolatore generico complesso. Il progetto di Babbage si basava sul telaio di [[w:Joseph-Marie Jacquard|Joseph Marie Jacquard]], il quale utilizzava alcune schede perforate per determinare come dovesse essere la trama del tessuto. Babbage unì le schede traforate ad un processore aritmetico atto a calcolare i numeri, ad un’unità centrale che controllasse lo svolgimento del lavoro, un meccanismo di uscita e una memoria, dove potessero essere conservati i dati in attesa della loro elaborazione. La riserva conteneva 1000 numeri, ognuno di cinquanta cifre, ma Babbage costruì la macchina in modo da donarle una riserva pressoché infinita, grazie alla rilettura delle stesse carte forate resa possibile per il futuro. La componente “Mill” (mulino), e cioè il sistema che permetteva l’elaborazione dei dati, che costituiva l’idea di base delle moderne [[w:CPU|CPU]], sarebbe stata in grado di svolgere le quattro operazioni aritmetiche. La macchina, inoltre, lavorava su tre differenti tipi di schede: un tipo per le operazioni matematiche, un altro per le costanti matematiche, ed infine un terzo per il caricamento e il salvataggio dei dati. Tuttavia, anche l’implementazione di questa seconda idea, a causa delle quasi medesime complicazioni che Babbage aveva affrontato nella messa a punto della macchina differenziale, risultò fallimentare, e il progetto che era stato messo a punto nel 1837 terminò prima ancora di vedersi tramutato in macchina. === Claude Shannon === [[File:ClaudeShannon MFO3807.jpg|thumb|left|Claude Shannon]] Claude Shannon (1916-2001) è il padre della [[w:teoria dell'informazione|Teoria dell'informazione]], una disciplina dell'informatica e delle telecomunicazioni il cui oggetto è l'analisi e l'elaborazione su base matematica dei fenomeni relativi alla misurazione e alla trasmissione di informazioni su un canale fisico di comunicazione. La grandezza che misura la quantità di dati prende il nome di [[w:Entropia (teoria dell'informazione)|entropia]] ed è solitamente espressa come numero di bit necessari per immagazzinare o trasmettere l'informazione. Ad esempio, se un alfabeto ha un'entropia pari a 4 bit, allora, preso un numero sufficiente di parole costruite con tale alfabeto, in media sono necessari 4 bit per rappresentare ogni lettera. L'applicazione dei concetti fondamentali della teoria dell'informazione include la compressione senza perdite dei file. L'impatto della teoria dell'informazione, che si pone a metà strada tra la matematica applicata, la statistica, la fisica applicata, le telecomunicazioni e l'informatica, è stato fondamentale nelle missioni spaziali, nell'invenzione del compact disc, dei telefonini, di Internet, nello studio della linguistica e in numerosissimi altri campi. Shannon nel 1932 iniziò gli studi presso l'Università del Michigan, dove, nel 1936, conseguì due lauree: in matematica e in ingegneria elettronica. Shannon si iscrisse quindi al Massachusetts Institute of Technology, dove frequentò, tra l'altro, il laboratorio nel quale, sotto la direzione di [[w:Vannevar Bush|Vannevar Bush]], si lavorava alla realizzazione dell'[[w:Analizzatore differenziale|analizzatore differenziale]], un calcolatore analogico. Nel 1938 conseguì il titolo di ''Master of Science'' in ingegneria elettronica presentando la tesi ''Un'analisi simbolica dei relè e dei circuiti''. In questo studio Shannon dimostrò che il fluire di un segnale elettrico attraverso una rete di interruttori - cioè dispositivi che possono essere in uno di due stati - segue esattamente le regole dell'[[w:Algebra di Boole|algebra di Boole]], se si fanno corrispondere i due valori di verità - VERO e FALSO - della logica simbolica allo stato APERTO o CHIUSO di un interruttore. Pertanto un circuito digitale può essere descritto da un'espressione booleana, la quale può poi essere manipolata secondo le regole di questa algebra. Shannon definì così un potente metodo, ancora oggi usato, per l'analisi e la progettazione dei sistemi digitali di elaborazione dell'informazione. Nel 1948 pubblicò il saggio ''Una teoria matematica della comunicazione'', un importante trattato scientifico che poneva la base teorica per lo studio dei sistemi di codificazione e trasmissione dell'informazione. In questo lavoro si concentrò sul problema di ricostruire, con un certo grado di certezza, le informazioni trasmesse da un mittente. Fu in questa ricerca che Shannon coniò la parola ''[[w:Bit (informatica)|bit]]'', per designare l'unità elementare d'informazione. La sua teoria dell'informazione pose le basi per progettare sistemi informatici, partendo dal presupposto che l'importante era cercare di memorizzare le informazioni in modo da poterle trasferire e collegare tra loro. Nel 1949 pubblicò un altro notevole articolo, ''La teoria della comunicazione nei sistemi crittografici'', con il quale praticamente fondò la teoria matematica della crittografia. Shannon è inoltre riconosciuto come il "padre" del teorema del campionamento, che studia la rappresentazione di un segnale continuo (analogico) mediante un insieme discreto di campioni a intervalli regolari (digitalizzazione). ==Alan Turing== [[File:Alan Turing az 1930-as években.jpg|thumb|left|Alan Turing (1927 circa)]] [[w:Alan Turing|Alan Mathison Turing]] nacque a Londra nel 1912 e morì suicida nel 1954, perseguitato dal governo di una nazione che, senza clamore, aveva contribuito a salvare. Fu un genio che con la crittografia aiuta a vincere la Seconda Guerra Mondiale e uno dei padri dei moderni computer e dell’intelligenza artificiale, ma anche un omosessuale che, bistrattato dalla storia, venne spinto al suicidio dopo un trattamento disumano, ordinato dalla giustizia inglese. Nel 2009, a distanza di 55 anni dalla sua morte, il primo ministro Gordon Brown formulò una dichiarazione di scuse ufficiali da parte del governo del Regno Unito: «Per conto del governo britannico, e di tutti coloro che vivono liberi grazie al lavoro di Alan, sono orgoglioso di dire: ci dispiace, avresti meritato di meglio». Il 24 dicembre 2013 la regina Elisabetta II ha poi elargito la grazia postuma per Alan Turing. ===Il problema della decisione=== Leibniz sognava una ragione umana ridotta a puro calcolo e a grandi macchine meccaniche che consentissero l’esecuzione dei calcoli. Frege fu il primo a produrre un sistema di regole capace di rendere conto in modo plausibile di tutti i ragionamenti deduttivi umani. Hilbert cercava un algoritmo di un'ampiezza senza precedenti, in grado di risolvere il problema della decisione (''Entscheidungsproblem''), ossia il problema della completezza del sistema di Frege. Questo algoritmo (ribattezzato poi l'algoritmo di Dio) avrebbe dovuto ridurre tutti i ragionamenti deduttivi umani a calcolo bruto, realizzando in buona misura il sogno di Leibniz. Dopo Gödel era difficile pensare che tale algoritmo potesse esistere. Alan Turing cominciò a chiedersi come si poteva dimostrare che un algoritmo del genere non esisteva. Un algoritmo, ossia una procedura di calcolo destinato alla soluzione di un problema, è definito da un elenco di regole che una persona può seguire in modo meccanico e preciso. Turing dimostrò che una tale persona poteva limitarsi a poche azioni di base, molto semplici, senza che il risultato finale del calcolo cambiasse. Comprese poi che l’essere umano poteva essere sostituito da una macchina capace di eseguire quelle stesse azioni di base. Dimostrò infine che nessuna macchina in grado di eseguire solo tali azioni poteva stabilire se una data conclusione era derivabile da premesse date usando le regole di Frege. Concluse che non esisteva un algoritmo per il problema della decisione (''Entscheidungsproblem''). ===La riflessione sul calcolo=== Come corollario, Turing trovò un modello matematico di macchina calcolatrice onnifunzionale. Turing immaginò che la persona incaricata del calcolo lavorasse con un nastro di carta diviso in quadretti, e si rese conto che eseguire un calcolo complicato utilizzando un nastro unidimensionale non comportava nessun problema fondamentale. Turing scoprì alcuni aspetti cruciali di qualsiasi calcolo. Ogni persona che esegue un calcolo (aritmetico, algebrico, infinitesimale ecc.) è soggetta a due vincoli: 1) in ogni stadio del calcolo l’attenzione è rivolta solo a pochi simboli; 2) in ogni stadio l’azione intrapresa dipende solo da quei simboli su cui si focalizza la sua attenzione e dal suo stato mentale del momento. In conclusione ogni calcolo può essere inteso come un processo con le seguenti caratteristiche: * viene eseguito scrivendo dei simboli nelle caselle di un nastro di carta. * a ogni passo la persona che esegue il calcolo fa attenzione al simbolo scritto in una sola di queste caselle. * l’azione successiva dipenderà da questo simbolo e dallo stato mentale della persona. * tale azione consisterà nello scrivere un simbolo nella casella osservata ed eventualmente nello spostare l’attenzione sulla casella immediatamente a destra o a sinistra. È facile vedere che la persona può essere sostituita da una macchina nella quale il nastro – che possiamo pensare come un nastro magnetico, ove i simboli scritti sono rappresentati da informazioni in codice – si muove avanti e indietro, mentre agli stati mentali dell’operatore corrispondono differenti configurazioni delle componenti interne della macchina. Quest’ultima va progettata in modo da scandire, istante per istante, uno solo dei simboli del nastro. A seconda della sua configurazione interna e del simbolo scandito, scriverà sul nastro un certo simbolo (che rimpiazzerà quello scandito), dopodiché o continuerà a scandire la stessa casella o si sposterà di un passo verso destra o verso sinistra. Ai fini del calcolo non importa come sia costruita la macchina e di che cosa sia fatta: conta solo che abbia la capacità di assumere un certo numero di configurazioni (dette anche stati) distinte e che in ognuna di esse si comporti in modo adeguato. ===La macchina di Turing=== Il punto non è la costruzione effettiva di una di queste macchine di Turing, che dopotutto sono solo astrazioni matematiche: ciò che importa è che questa analisi della nozione di calcolo abbia consentito di stabilire che tutto ciò che è calcolabile mediante un processo algoritmico può essere calcolato da una [[w:Macchina di Turing|macchina di Turing]]. Se quindi si può dimostrare che un certo compito non può essere eseguito da una macchina di Turing, è certo che non esiste un processo algoritmico in grado di eseguirlo. Fu così che Turing dimostrò che non esisteva un algoritmo per il problema della decisione. La macchina di Turing è dunque un automa astratto, teorico, universale, il cui disegno logico fornisce una traduzione formale del concetto intuitivo di calcolabilità. La macchina di Turing è tuttora utilizzata, nelle sue numerose varianti, come modello astratto del calcolo automatico sviluppato da un elaboratore. Inoltre Turing mostrò come creare una singola macchina di Turing capace di fare, senza aiuti esterni, tutto ciò che poteva essere fatto da una qualsiasi macchina di Turing: era un modello matematico di calcolatore generale. Dal punto di vista logico, ogni macchina di Turing può essere descritta da un elenco di quintuple, ossia da espressioni logiche espresse da cinque simboli: Quando la macchina si trova nello stato R e legge sul nastro il simbolo a, sostituisce a con b, si sposta di un casella a destra e passa nello stato S. ===La teoria della computabilità=== La teoria della computabilità, una branca della logica nata negli anni '30 del secolo scorso grazie al contributo di Alan Turing è fondamentale per comprendere l'intelligenza delle macchine. Tale teoria si occupa di capire se esistono o no algoritmi capaci di risolvere problemi. Una funzione infatti è computabile se esiste un algoritmo che la calcola. Si tratta quindi di procedimenti compiuti dalle cosiddette "Macchine di Turing." In altre parole si può dire che la teoria della computabilità alla cui nascita Turing diede un contributo cruciale, fu formulata nel contesto della fondazione della matematica attraverso strumenti logici. ===L’insolubilità dell’''Entscheidungsproblem''=== Essendo pure astrazioni matematiche, le macchine di Turing hanno il vantaggio, rispetto alle macchine fisiche, di poter usare una quantità di nastro illimitata. È possibile che il calcolo di una macchina di Turing non abbia mai fine anche se essa percorre solo una quantità prefissata di nastro. [[File:Turing Machine.png|thumb|left|Una rappresentazione grafica della macchina di Turing]] Il comportamento della macchina è strettamente legato ai dati di ingresso. Alcune macchine di Turing, con certi dati in ingresso, si arrestano; altre no. L’applicazione a questi secondi casi (le macchine che non si arrestano) della diagonale di Cantor condusse Turing alla scoperta di problemi che le sue macchine non potevano risolvere, e, come passo successivo, alla dimostrazione dell’insolubilità dell’Entscheidungsproblem. Turing tradusse gli elenchi di quintuple in codici numerici e scoprì che con alcuni numeri la macchina finirà per fermarsi, mentre con altri può andare avanti per sempre: l’insieme dei numeri del primo tipo è il suo insieme di fermata. Hilbert aveva capito che la soluzione dell’Entscheidungsproblem, il problema fondamentale della logica matematica, avrebbe fornito un algoritmo capace di rispondere a tutte le domande matematiche. Ma un algoritmo così non esiste. Pur nella sua grande potenza logica, la macchina di Turing ha infatti un limite intrinseco: data una configurazione iniziale di una macchina di Turing non è decidibile a priori la sua possibilità di giungere a un termine, cioè a una configurazione finale (indecidibilità della fermata di una macchina di Turing). L’Entscheidungsproblem è dunque algoritmicamente insolubile. Nei risultati di Turing c’era però qualcosa di problematico: egli aveva dimostrato che non si poteva usare una macchina di Turing per risolvere il problema della decisione, ma per passare da questo risultato alla conclusione che non esisteva nessun algoritmo, di nessun genere, capace di risolvere tale problema, aveva dovuto utilizzare la propria analisi di quello che accade quando un essere umano esegue un compito. Per consolidare la tesi che ogni compito di questo tipo può essere svolto da una macchina di Turing, egli escogitò la macchina universale. ===La macchina universale=== L’analisi di Turing mirava a dimostrare che qualunque calcolo poteva essere svolto da una macchina di Turing: questa macchina sarebbe stata così una macchina di Turing capace di svolgere, da sola, i compiti di qualunque macchina di Turing. Era dai tempi di Leibniz che si pensava alle macchine calcolatrici, ma prima di Turing si era sempre supposto che la macchina stessa, il programma e i dati fossero entità del tutto distinte. La macchina universale di Turing dimostrava che tale distinzione era illusoria. La macchina di Turing, infatti, è un congegno che ha componenti meccaniche (hardware), ma sul nastro della macchina universale il codice numerico funziona come un programma (software) che dà le istruzioni per l’esecuzione del calcolo alla macchina, mentre la macchina universale tratta le cifre del codice di una macchina come semplici dati sui quali lavorare. Questa fluidità dei tre concetti è fondamentale per l’informatica odierna. L’analisi di Turing offriva una visione nuova dell’antica arte del calcolo, rivelando che la nozione stessa di calcolo andava ben oltre i calcoli aritmetici e algebrici. Mentre Turing lavorava a dimostrare che non esiste una soluzione algoritmica del problema della decisione, a Princeton (USA) Alonzo Church giungeva a conclusioni analoghe alle sue dimostrando che esistono problemi algoritmicamente insolubili<ref>{{Cita pubblicazione|titolo=An Unsolvable Problem of Elementary Number Theory|autore=Alonzo Church|wkautore=Alonzo Church|rivista=American Journal of Mathematics|volume=58|numero=2|editore=The Johns Hopkins University Press|anno=1936|mese=aprile|pp=345–363|lingua=en|url=http://www.jstor.org/stable/2371045|accesso=6 maggio 2016}}</ref>. Lo stesso Kurt Gödel era abbastanza scettico nei confronti delle idee di Church, e fu solo l’analisi di Turing, trasferitosi nel frattempo a Princeton, a convincerlo che erano corrette. L’analisi della nozione di calcolo e la scoperta della macchina calcolatrice universale sono invece idee completamente nuove. Il legame tra calcolo e ragionamento è autentico e profondo: il tentativo di ridurre il ragionamento logico a una serie di regole formali risale ad Aristotele, ed era alla base del sogno leibniziano di un linguaggio computazionale universale, nonché del successo di Turing nel dimostrare che la sua macchina universale poteva svolgere qualsiasi calcolo. La logica assicura all’informatica sia un impianto fondazionale unificante sia uno strumento per costruire modelli, svolgendo un ruolo fondamentale nell’intelligenza artificiale, nei sistemi di database ecc. ===L'intelligenza delle macchine: il test di Turing=== Nel 1950 Turing pubblicò un breve saggio ormai classico, ''Computing Machinery and Intelligence''<ref>{{Cita pubblicazione|titolo=Computing Machinery and Intelligence|autore=Alan M. Turing|wkautore=Alan Turing|rivista=Mind|volume=59|data=october 1950|pp=433-460|lingua=en|url=http://m.mind.oxfordjournals.org/content/LIX/236/433.full.pdf|formato=pdf|accesso=6 maggio 2016}}</ref>, in cui prevedeva (sbagliando) che per la fine del secolo vi sarebbero stati programmi di calcolatore capaci di sostenere una conversazione con tale disinvoltura che nessuno sarebbe stato in grado di dire se quello con cui stava parlando era una macchina o un essere umano. Turing cercava un modo per stabilire se il comportamento di un calcolatore fosse intelligente, e a tale scopo propose un test oggettivo e facile da somministrare. In questo saggio, Turing descrive quello che è passato alla storia come il [[w:Test di Turing|test di Turing]], ossia un criterio per determinare se una macchina sia in grado di pensare. Il test consisteva in questo: se si riesce a programmare un calcolatore in modo che sappia conversare, su qualsiasi argomento gli venga proposto, tanto bene che nemmeno un interlocutore mediamente intelligente saprebbe dire se sta parlando con una persona o una macchina, allora si doveva ammettere che quel calcolatore mostrava una certa intelligenza. Tuttavia siamo ancora lontani dal saper produrre un programma di questo tipo, e molti sono convinti peraltro che un simile comportamento non sarebbe di per sé intelligente. Turing e von Neumann furono mossi a paragonare il calcolatore al cervello umano per un’ottima ragione: sapendo che gli esseri umani sono capaci di pensare secondo schemi molto diversi, ipotizzarono che la nostra capacità di fare tante cose diverse sia dovuta alla presenza, nel nostro cervello, di un calcolatore universale. In questo articolo del 1950, Turing lanciò la domanda se una macchina possa pensare: il cosiddetto test di Turing, prende spunto dal “gioco dell’imitazione”, cui partecipano tre persone: un uomo A, una donna B e un esaminatore C, che è isolato dagli altri due. C può porre ad A e B domande arbitrarie e dalle risposte deve stabilire chi è la donna. A e B si sforzano entrambi di essere identificati nella donna, quindi B cerca di aiutare C e A cerca di ingannarlo, fornendo le risposte che a suo parere darebbe la donna. C può avere a disposizione soltanto le risposte e non altri indizi (che renderebbero facile l’identificazione) : quindi può comunicare con A e B solo mediante tastiera. Questa versione del gioco consente di affrontare il problema se le macchine possano pensare evitando di definire i termini “macchina” e “pensare”, il cui significato è difficile da precisare. L’utilità di questo esperimento concettuale sta non tanto nella risposta che esso consente di fornire al problema (non è scontato che la fornisca), quanto nella possibilità di analizzare concetti come mente, pensiero, intelligenza. Il gioco dell’imitazione presuppone che le risposte di una donna siano distinguibili da quelle di un uomo; ma anche che l’uomo sia in grado di simularle. Non bisogna dimenticare tuttavia che il gioco è a tre: l’identificazione di A e B è demandata a un giudice. Se il giudice è in gamba può prendere la decisione corretta nonostante gli sforzi di A per sviarlo. Il test di Turing si basa sul presupposto che una macchina si sostituisca ad A. In tal caso, se C non si accorgesse di nulla, la macchina dovrebbe essere considerata intelligente, in quanto, in questa situazione, è stata in grado di comportarsi come un uomo. Nell'articolo si legge: secondo la forma più estrema di questa opinione, il solo modo in cui si potrebbe essere sicuri che una macchina pensa è quello di essere la macchina stessa e sentire se si stesse pensando. [...] Allo stesso modo, la sola via per sapere che un uomo pensa è quello di essere quell'uomo in particolare. [...] Probabilmente A crederà "A pensa, mentre B no", mentre per B è l'esatto opposto "B pensa, ma A no". Invece di discutere in continuazione su questo punto, è normale attenersi alla educata condizione che ognuno pensi. Quella di Turing, in un certo senso, è una provocazione filosofica, che ci costringe a fronteggiare e analizzare le nostre convinzioni in materia di pensiero. Se una macchina può sostenere una conversazione come farebbe un essere umano, possiamo dire che pensa. Per Turing, se una macchina riesce nel gioco imitativo, dobbiamo concludere che in un qualche senso, quella macchina pensa. Oltre metà dell'articolo originale di Turing è dedicato a rispondere alle principali obiezioni a questa posizione: *l'obiezione teologica (l'uomo è dotato di anima, le macchine no, quindi non possono pensare), *l'obiezione "testa nella sabbia" (speriamo che le macchine non arrivino mai a pensare, sarebbe terribile), *l'argomento della coscienza (solo se la macchina è consapevole di ciò che sta facendo, e non semplicemente manipolando simboli, possiamo dire che pensa), *l'argomento delle inabilità (la macchina sa conversare benissimo, ma non sa fare X, dove X è una caratteristica scelta in un insieme più o meno arbitrario di cose che sanno fare gli esseri umani), *l'argomento di Lady Lovelace (le macchine fanno solo quello che noi gli ordiniamo di fare). L'idea di una macchina che impara può apparire paradossale ad alcuni lettori. Come possono cambiare le regole di funzionamento della macchina? Esse dovrebbero descrivere completamente come reagirà la macchina qualsiasi possa essere la sua storia, a qualsiasi cambiamento possa essere soggetta. Le regole sono quindi assolutamente invarianti rispetto al tempo. Questo è verissimo. La spiegazione del paradosso è che le regole che vengono cambiate nel processo di apprendimento sono di un tipo meno pretenzioso e intendono avere solo una validità temporanea. Possiamo sperare che le macchine saranno alla fine in grado di competere con gli uomini in tutti i campi puramente intellettuali. Ma quali sono i migliori per cominciare? Anche questa è una decisione difficile. Molta gente pensa che un’attività molto astratta, come giocare a scacchi sarebbe la migliore. Si può anche sostenere che è meglio fornire alla macchina i migliori organi di senso che si possano comprare e poi insegnarle a capire e parlare una lingua umana. Questo processo potrebbe seguire il metodo d’insegnamento normale per un bambino. Ancora una volta ignoro quale sia la risposta esatta, ma penso che bisognerebbe tentare ambedue le strade. Possiamo vedere nel futuro solo per un piccolo tratto, ma possiamo pure vedere che in questo piccolo tratto c’è molto da fare. ==I primi calcolatori universali== Il calcolatore universale era un apparato concettuale meraviglioso, capace di eseguire da solo qualsiasi compito di natura algoritmica: ma era possibile costruirlo? [[File:Konrad_Zuse_(1992).jpg|thumb|left|Konrad Zuse]] ===Konrad Zuse: lo Z1 e la sua evoluzione=== L'ingegnere tedesco [[w:Konrad Zuse|Konrad Zuse]] (1910-1995) è stato l'inventore del primo computer moderno, il calcolatore [[w:Z1|Z1]], la cui progettazione e costruzione è iniziata nel 1936, e venne completata nel 1938, anticipando di alcuni anni il [[w:Colossus|Colossus]], nonché i primi enormi calcolatori programmabili a valvole prodotti in Inghilterra e negli Stati Uniti nella seconda metà degli anni '40<ref>[http://zuse.zib.de/ Konrad Zuse Internet Archive]</ref>. E' inoltre stato l'inventore del primo linguaggio di programmazione di alto livello, il [[w:Plankalkül|Plankalkül]]. Zuse ricevette numerosi finanziamenti per la costruzione delle macchine da enti civili e militari sia negli anni del regime nazionalsocialista sia dopo la guerra. Lo Z1 era programmabile, dotato di memoria (RAM di serie da 176 byte), di un'autonoma unità di calcolo in virgola mobile basata sul sistema binario, con istruzioni immesse tramite nastro di celluloide perforato. Era retto da una tecnologia elettromeccanica e possedeva un hertz di frequenza. Esso era solamente in grado di compiere operazioni semplici, quali addizioni e sottrazioni, fra valori in virgola mobile di 22 bit, e comprendeva una logica di controllo che gli permetteva anche di effettuare operazioni più complesse, ad esempio moltiplicazioni e divisioni. Nel 1939 Zuse riuscì a migliorare lo Z1 attraverso il meccanismo di calcolo a relè (un dispositivo elettromeccanico), dando vita così allo [[w:Z2|Z2]]. Nel 1941, grazie all'appoggio economico dell'Ufficio Centrale per la Ricerca Aeronautica, nacque lo [[w:Z3|Z3]], la prima macchina da calcolo completamente funzionante, avente le caratteristiche generali del computer odierno. Sfortunatamente nel 1944 venne distrutto da un bombardamento, ma Zuse lo ricostruì subito dopo, denominandolo [[w:Z4|Z4]]. ===Alan Turing e il Colossus=== Turing era interessato alla possibilità di costruire fisicamente una macchina di questo tipo e mise insieme diverse parti della sua macchina costruendo personalmente i circuiti elettromeccanici di cui aveva bisogno. Tornato a Cambridge nel 1938, fu subito chiamato a lavorare alla decrittazione delle comunicazioni militari tedesche. Il sistema di comunicazione tedesco usava una versione modificata di una macchina per criptare già presente sul mercato, chiamata [[w:Enigma (crittografia)|'''Enigma''']]. Turing progettò una macchina efficientissima nell’usare alcune informazioni sfuggite ai tedeschi per dedurne le configurazioni giornaliere di Enigma. Nel frattempo non smise di riflettere sull’applicabilità del suo concetto di macchina universale: la sua ipotesi era che il segreto dell’enorme potenza del cervello umano fosse legato proprio a questa nozione di universalità, che in qualche modo il nostro cervello fosse realmente una macchina universale. Negli anni Trenta le radio contenevano un certo numero di tubi elettronici (le cosiddette valvole termoioniche) che si bruciavano spesso e dovevano essere sostituite. Turing venne a sapere che le valvole termoioniche potevano eseguire le stesse operazioni logiche che fino ad allora si facevano coi circuiti elettrici, e in più erano molto rapide. Grazie al lavoro del suo maestro Max Newman, Turing potè assistere alla realizzazione del primo calcolatore elettronico del mondo, il [[w:Colossus|'''Colossus''']], una meraviglia dell’ingegneria che conteneva 1500 valvole, che eseguiva calcoli di natura logica e non aritmetica e si dimostrò preziosa per elaborare i messaggi tedeschi intercettati. [[File:JohnvonNeumann-LosAlamos.gif|thumb|left|John von Neumann]] ===John von Neumann e l'EDVAC=== Il grande logico e matematico ungherese, naturalizzato statunitense, '''John von Neumann''' (1903-1957) colse al volo l’occasione di partecipare al progetto della Moore School of Electrical Engineering di Philadelphia: la costruzione di un calcolatore elettronico potentissimo, l’[[w:ENIAC|'''ENIAC''']], una macchina enorme (occupava da sola una grande stanza) dotata addirittura di 18.000 tubi elettronici e costruita sul modello delle macchine calcolatrici meglio riuscite dell’epoca, gli analizzatori differenziali. Von Neumann passò subito a occuparsi dell’organizzazione logica di una nuova macchina, l’[[w:EDVAC|'''EDVAC''']] (Electronic Discrete Variable Calculator). Nel 1945 von Neumann presentò una bozza di proposta, intitolata ''First draft of a report on the EDVAC''<ref>[http://www.virtualtravelog.net/entries/2003-08-TheFirstDraft.pdf ''First draft of a report on the EDVAC'' by John von Neumann – Contract No. W-670-ORD-4926 between the United States Army Ordnance Department and the University of Pennsylvania – Moore School of Electrical Engineering, University of Pennsylvania – June 30, 1945]. Il documento è disponibile anche nel seguente libro: {{Cita libro|nome= Nancy|cognome= Stern|titolo= From ENIAC to UNIVAC – An appraisal of the Eckert-Mauchly computers|editore= Digital Press|anno= 1981}}</ref>, che fece conoscere l'architettura hardware dell'EDVAC in tutto il mondo, suggerendo che il nuovo calcolatore fosse fisicamente realizzato sul modello della macchina universale di Turing. Questo rapporto delineava la progettazione di un calcolatore digitale elettronico ad alta velocità e a programma memorizzato, incluse le necessarie specifiche per la formulazione e l’interpretazione delle istruzioni codificate. Lo scopo primario era contribuire a chiarire e coordinare il pensiero del gruppo che ha lavorato sull’ EDVAC, testimoniò Von Neumann nel 1947, quando scorsero i primi contenziosi sulla paternità del brevetto. Lo scopo secondario è quello di pubblicare i risultati preliminari, il più in fretta possibile, “ per favorire lo sviluppo dell’ arte di costruire calcolatori ad alta velocità”. L’EDVAC avrebbe posseduto la capacità (memoria) di immagazzinare, come il nastro della macchina astratta, sia dati sia istruzioni in codice, avrebbe avuto anche una componente aritmetica in grado di effettuare ciascuna delle operazioni aritmetiche di base in un solo passo. L'EDVAC è uno dei primi computer elettronici digitali della storia, uno dei primi computer a programma memorizzato della storia e uno dei primi computer della storia basato sull'architettura di von Neumann. Una memoria interna veloce, abbinata a una memoria secondaria più grande e collegata a sua volta a una dotazione illimitata di schede perforate o nastro magnetico, garantiva quella memoria illimitata prescritta da Turing. Dopo un po’ di tempo Von Neumann decise di andarsene dalla Moore per costruire il suo calcolatore, concepito come uno strumento scientifico, da qualche altra parte. “ Se voleva davvero un calcolatore, l’unica cosa da fare era costruirselo” dice Arthur Burks. ===Il progetto di un calcolatore elettronico=== A John Von Neumann si deve il merito di aver descritto nel suo progetto l'architettura del primo calcolatore elettronico, valido ancora da un punto di vista logico nei moderni sistemi informatici. Il desiderio di Von Neumann era quello di creare un calcolatore elettronico, capace di contribuire allo sviluppo dei metodi matematici numerici di soluzione di problemi applicativi come quelli dell'idrodinamica o della programmazione lineare, e di svelare il mistero della mente umana, oggetto di psichiatria e neurofisiologia. Il calcolatore elettronico serviva per risolvere soprattutto un problema <<immateriale>>, ovvero il processamento dei segnali descritto attraverso relazioni di trasferimento fra input e output, formulate in termini matematici. La matematica stava acquisendo un ruolo centrale nella conoscenza, che non era più mediato dalla fisica. Lo scienziato Norbert Wiener e l'ingegnere Julian H.Bigelow, che diedero vita all'ingegneria matematica, ebbero uno scambio di idee con il fisiologo messicano Arturo Rosenblueth circa la possibile analogia fra i comportamenti dell'uomo e quelli delle macchine. In effetti il fine della costruzione di un calcolatore elettronico era proprio quello di creare una macchina in grado di reagire agli stimoli dell'ambiente, proprio come un essere umano. Anche il neuropsichiatra McCulloch aveva parlato, nel suo articolo A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity, dei neuroni, e li aveva descritti come delle <<scatole>> articolate entro <<reti>>, all'interno delle quali si trasmettevano impulsi o segnali vincolati a leggi di tipo logico-matematico. Von Neumann, influenzato da Wiener, entrò a far parte del gruppo di ricerca interdisciplinare che si stava formando, intraprendendo la strada verso il suo grande progetto: il calcolatore elettronico, paragonato da egli stesso al sistema nervoso umano, in quanto sistema di trattamento dell'informazione. Nel progetto di Von Neumann il calcolatore elettronico avrebbe avuto cinque unità di base: un'unità aritmetica centrale, l'unità di memoria, l'unità centrale di controllo e le unità di input e di output. Il suo progetto, che rappresentava una spinta verso un ulteriore grado di astrazione dell'ingegneria elettronica, era il risultato di un'esigenza bellica ma anche industriale. L'influenza di Alan Turing su Von Neumann era stata fondamentale per la trattazione di un progetto riguardante una macchina molto simile al modello di macchina astratta dello stesso Turing, il quale aveva in mente un tale modello per risolvere il problema di computabilità teorica nei termini della logica costruttivista, analogo al problema che poneva la computabilità di una soluzione numerica in un numero ragionevole di passi entro un calcolatore elettronico. Von Neumann cercò di far capire ai suoi colleghi l'importanza e la necessità imminenti di un calcolatore elettronico e il progetto fu appoggiato dall'IAS nel 1945. In seguito Von Neumann iniziò a dar vita al suo lavoro, con la collaborazione di Goldstine, con il quale affrontò le differenze importanti che intercorrono fra la formulazione matematica di un problema e la sua codificazione sotto la forma di istruzioni che il calcolatore è chiamato a eseguire. Nel 1946 avveniva l'inaugurazione dell'ENIAC, avente una metodologia di programmazione completamente differente da quella utilizzata dai calcolatori precedenti. Il calcolatore venne utilizzato dai servizi militari, dalle grandi università e solo più tardi dalle industrie. Inoltre fu utilizzato in campo meteorologico, nell'ambito dell'ECP, con lo scopo di trasformare la meteorologia approssimativa in una scienza esatta. ===L'architettura di von Neumann=== Mentre l’ENIAC eseguiva le sue operazioni aritmetiche su numeri espressi per mezzo delle dieci cifre decimali, l’EDVAC avrebbe fruito della semplificazione resa possibile dalla notazione binaria, inoltre avrebbe contenuto una componente deputata al controllo logico che doveva trasferire le istruzioni da eseguire dalla memoria alla componente aritmetica. Questo tipo di organizzazione del calcolatore ha preso il nome di [[w:Architettura di von Neumann|architettura di von Neumann]], un modello sulla cui base sono costruiti ancora oggi i calcolatori. Nel ''Draft'' il nome di Turing non viene mai citato, ma la sua influenza è chiara: più di una volta von Neumann afferma che l’EDVAC dovrà essere di carattere generale, e lascia intendere che il cervello umano deve parte delle sue notevolissime capacità al fatto di saper funzionare come un calcolatore universale. Von Neumann si rendeva conto che i princìpi base della progettazione dei calcolatori elettronici si fondavano sulla logica. I calcolatori creati dopo la seconda guerra mondiale erano profondamente diversi dai precedenti calcolatori automatici poiché erano pensati come apparati universali capaci di eseguire qualsiasi processo simbolico. Il carattere provvisorio del First Draft era testimoniato dai riferimenti a sezioni inesistenti. Secondo il documento l’EDVAC era una macchina che aveva come obiettivo l’esecuzione di calcoli secondo procedure espresse attraverso istruzioni univoche e non ambigue. L’innovazione principale rispetto all’ENIAC consisteva nella memorizzazione del programma che veniva poi eseguito senza un ulteriore intervento umano. Gli “Organi” della macchina dovevano essere: Centro Aritmetico (CA), Centro Logico o Centro Centrale (CC), Memoria (M), Unità di Input (I), Unità di Output (O). Inoltre era previsto un organo che trasferiva i dati esterni in R, che doveva essere la parte della memoria che ospitava i dati esterni e preparava i dati output. Von Neumann intendeva distinguere chiaramente istruzioni e dati, tanto che la prima cifra di ogni “parola” doveva indicare se si trattava di un dato, indicato con “0”, o di un’istruzione indicata con “1”. Nel caso delle istruzioni, una volta riconosciute come tali non era possibile modificarne il contenuto vero e proprio, ma solo la parte dedicata all’indirizzo delle variabili. Normalmente le istruzioni venivano eseguite in successione, ma era possibile usando un particolare indirizzo Z, fare si che l’unità centrale cercasse l’istruzione da eseguire nel registro di memoria Z e la eseguisse. In ciò consisteva il “salto incondizionato”. Inoltre era previsto anche un macchinoso meccanismo per il “salto condizionato” ottenuto attraverso il controllo sul segno di uno dei numeri contenuti nei registri ausiliari dell’unità aritmetica. Sulla base del valore di questa condizione veniva scelto il numero dell’istruzione successiva. Da ciò si possono intravedere le prime sostanziali differenze con l’ENIAC, infatti in quest’ultimo le operazioni aritmetiche venivano eseguite negli accumulatori usando una serie di componenti hardware della macchina che lavoravano separatamente. Mentre nell’EDVAC tutte le operazioni erano centralizzate nell’unità aritmetica che le svolgeva con l’aiuto dell’unità di controllo. Il tentativo di astrazione di von Neumann aveva i suoi limiti. Per esempio non c’era traccia dei dettagli tecnici delle linee di ritardo a mercurio, nonostante esse venissero indicate come il dispositivo tecnologico prescelto per la memoria. Alla fine l’EDVAC non fu realizzato come programmato nel First Draft, infatti era diversa nella struttura logica, nelle scelte tecnologiche, nelle dimensioni delle varie parti e nell’architettura. Comunque il modello di calcolatore descritto da von Neumann è stato considerato il capostipite dei calcolatori moderni. Tuttavia una macchina reale poteva solo avvicinarsi a quella universale e ideale di Turing: era importante che essa avesse una memoria molto grande, corrispondente al nastro potenzialmente infinito di Turing, nella quale potessero coesistere istruzioni e dati. D’altro canto, i programmi da eseguire venivano memorizzati, per la prima volta, dentro la macchina. Ma l’aspetto veramente rivoluzionario di questi calcolatori era il loro carattere generale e universale, mentre il programma memorizzato era semplicemente un mezzo. ===Analogia cervello-calcolatore: la teoria degli automi di John von Neumann=== Verso gli anni quaranta e cinquanta del Novecento diventò sempre più evidente che i continui e costanti sviluppi nell’ambito dell’informatica o “scienza dei calcolatori” avrebbero presto portato a concepire il computer non più come una macchina capace di eseguire calcoli numerici sempre più velocemente rispetto ai modelli precedenti ma come ad un dispositivo che, messo in sinergia con altri sistemi tecnologici (come radar, telefono e servomeccanismi), fosse in grado di automizzare la maggior parte delle attività umane. A questo scopo era necessario che l’informatica (''computer science'', scienza che riguarda le macchine) si evolvesse piuttosto in una ''information science'', una scienza capace di comprendere profondamente i dispositivi tecnici, la loro interazione coordinata, le reti e le strutture di controllo che avrebbero assicurato il funzionamento automatico. Pertanto ne consegue che questo nuovo campo di studi avesse uno stretto legame tanto con la logica quanto con alcuni settori delle scienze della vita, quali la neurofisiologia e la biologia molecolare, dal momento che si sarebbe dovuto concentrare sulle questioni logiche della configurazione del calcolatore e dei suoi collegamenti e analogie con la struttura cerebrale umana. John von Neumann fu sicuramente un pioniere in questo terreno inesplorato dell’informatica come testimonia il suo scritto pubblicato nel 1951 fra gli atti della conferenza tenuta nel settembre del 1948 a Pasadena nell’ambito del Simposio Hixon sui meccanismi cerebrali del comportamento, intitolata ''The general and logical theory of automata''. Infatti il matematico statunitense, trattando di quanto la complessità o complicazione sia limitata negli automi artificiali, afferma che: {{quote|Si sono già date due ragioni che pongono un limite in questo senso alla complicazione. Esse sono le grandi dimensioni e il limitato grado di affidabilità dei componenti di cui disponiamo. Entrambe sono dovute al fatto che adoperiamo materiali del tutto soddisfacenti in applicazioni più semplici, ma inferiori a quelli naturali in questa applicazione altamente complessa. Esiste tuttavia un terzo importante fattore limitante, al quale fa ora rivolta la nostra attenzione: fattore, peraltro, di carattere intellettuale e non fisico. Siamo ben lontani dal possedere una teoria degli automi degna di tale nome, cioè una teoria logico-matematica vera e propria.|Neumann 1951, in Somenzi 1965, pp. 222-23}} Il progetto di von Neumann era chiaro: costruire, sulla base del confronto fra cervello e calcolatore, una teoria logica generale che, tenendo conto, come risulta dal brano sopra citato, dell’inferiorità dei materiali artificiali rispetto a quelli naturali, comprendesse non solo entrambe le entità ma che fosse in grado di descrivere l’organizzazione e la dinamica dei processi percettivi e cognitivi di ciascuna di esse. I presupposti fondamentali che portarono von Neumann al concepimento della teoria degli automi furono intensi contatti, confronti, scambi di idee e collaborazioni nell’ambiente accademico con scienziati interessati ad ambiti di studio diversi dal suo. Prima fra tutti, la corrispondenza epistolare negli anni 1939-41 con il fisico ungherese Rudolf Ortvay (1885-1945), il quale espose al collega diverse idee e intuizioni: la concezione del cervello come uno ''switching system'', formato da una rete i cui nodi sono le cellule attraverso le quali si trasmettono gli impulsi, e diverse differenze e analogie fra il cervello e i sistemi di calcolo elettronico. Ciononostante gli interessi di von Neumann non si limitarono all’ambito biomedico; infatti fra il 1944 e il 1953 organizzò con i suoi colleghi matematici Norbert Wiener (1894-1964) e Howard Hathaway Aiken (1900–1973) una serie di convegni dedicati al tema del trattamento dell’informazione, invitando, sotto il segno dell’interdisciplinarietà, non solo specialisti di ingegneria delle comunicazioni, di calcolatori e di neurofisiologia ma anche rappresentanti delle scienze umane come antropologi, sociologi e psicologi. Tuttavia la figura che più spiccò nel corso di questi incontri fu quella di Wiener al quale si deve riconoscere il merito di aver battezzato il progetto con il nome di cibernetica (dal greco ''κυβερνήτης'', “timoniere”) e di aver costituito il manifesto del gruppo con la pubblicazione, nel 1948, del suo libro ''Cybernetics: or control and communication in the animal and the machine'' nel quale, approcciandosi verso i problemi della struttura, dell’organizzazione e dell’informazione, esponeva i fondamenti matematici e filosofici dello studio dei comportamenti attivi e intenzionali, nei quali esiste un processo di “pilotaggio” o controllo, e illustrava quanto in questo fenomeno investisse un ruolo cruciale l’idea di retroazione o ''feedback''. Lo studio di von Neumann approdò a nuovi sviluppi nel dicembre del 1949 quando, durante una serie di cinque conferenze sulla teoria e sull’organizzazione degli automi “complicati” tenute presso l’Università dell’Illinois, elaborò ed approfondì alcune questioni sull’argomento già esposte ''in fieri'' durante la conferenza di Pasadena del 1948. Infatti, partendo da una descrizione comparativa e da un’analisi della struttura e della complessità dei principali esempi di automi, il calcolatore e il sistema nervoso umano, il matematico statunitense adottò come modello “assiomatico” su cui poggiare la propria teoria le reti neuronali formali di McCulloch e Pitts ed organizzò lo studio in due diversi filoni: complessità e autoriproduzione e l’affidabilità. Il tema della complessità e autoriproduzione degli automi è esposto in due libri rimasti incompleti, concepiti poco dopo le conferenze nell’Illinois, pubblicati nel 1966 con i titoli ''Theory of self-reproducing automata e The theory of automata: construction, reproduction, homogeneity''. L’argomento viene trattato da von Neumann utilizzando il concetto della macchina di Turing come strumento per ottenere la descrizione di un sistema astratto di automi capaci di costruire altre macchine identiche, ossia di riprodursi, e di realizzare perfino un automa più complesso di quello iniziale; inoltre, tenendo presente come modello la teoria biologica dell’evoluzione, implementò altri aspetti come l’aumento di efficienza per adattamento all’ambiente e mutazione. Il problema dell’affidabilità degli automi venne affrontato da von Neumann in una serie di conferenze tenute al CalTech nel gennaio del 1952 i cui atti vennero pubblicati nel 1956 con il titolo ''Probabilistic logics and the synthesis of reliable organisms from unreliable components''. La trattazione parte da una constatazione intuita già negli scritti del 1948: tanto negli automi naturali quanto in quelli artificiali si verificano errori e disfunzioni delle varie parti. Tuttavia mentre i sistemi naturali non necessitano di interventi esterni dal momento che sono capaci di diagnosticare l’errore e contenerne gli effetti, le macchine, invece, sono costruite in modo da amplificare ogni errore permettendone la localizzazione e la risoluzione da parte dell’uomo. Pertanto von Neumann auspica ad una compilazione di codici per la trasmissione di informazioni dotati di alta affidabilità anche quando la trasmissione dei segnali è poco affidabile ed è soggetta a rumori, come nel caso di errori ed anomalie. Tuttavia, il lavoro più noto e più studiato oggigiorno nel campo della teoria degli autonomi rimane ''The computer and the brain'', pubblicato postumo e incompleto nel 1958, un testo che rappresenta non solo una ''summa'' dei precedenti lavori ma anche il testamento intellettuale di John von Neumann al mondo della scienza e della cultura. ===Alan Turing e l'ACE=== Dopo aver scritto un articolo seminale nel 1936, intitolato ''On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem''<ref>{{Cita pubblicazione|titolo=On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem|autore=Alan M. Turing|wkautore=Alan Turing|rivista=Proceedings of the London Mathematical Society, ser. 2|volume=42|data=12 novembre 1936|pp=230-265|lingua=en|url=http://draperg.cis.byuh.edu/archive/winter2014/cs320/Turing_Paper_1936.pdf|formato=pdf|accesso=6 maggio 2016}}</ref>, Turing scrisse un altro lavoro nel 1945, il rapporto sull’[[w:Automatic Computing Engine|Automatic Computing Engine]] ('''ACE''') presso il National Physics Laboratory (NPL) che presenta una descrizione completa di un calcolatore. L’ACE di Turing era una macchina molto diversa dall’EDVAC di von Neumann: mentre quest’ultimo metteva al primo posto il calcolo numerico, Turing pensava ad una macchina da adibire anche a molte altre mansioni, quindi la immaginava più minimalista e più vicina alle macchine astratte. Per Turing le operazioni aritmetiche andavano affidate alla programmazione, al software più che all'hardware. Turing era convinto che l’era dei calcolatori avrebbe potuto influenzare la logica e la filosofia della matematica dal momento che, il linguaggio per comunicare con la macchina doveva essere preciso. Egli riteneva che la logica simbolica avrebbe potuto ricoprire questo ruolo: infatti, nel ruolo di simulare l’intelligenza umana attraverso i calcolatori, la logica avrebbe trovato nuova linfa, occupandosi non solo dal punto di vista teorico della questione, ma anche e soprattutto pratico mediante la stesura di un codice simbolico che fosse quanto più vicino possibile al linguaggio matematico e che stesse alla base dell'ACE. Nel 1947 Turing parlò dei calcolatori elettronici digitali, e in particolare dell’ACE, davanti alla London Mathematical Society. Turing si chiedeva in che misura fosse possibile, in linea di principio, per una macchina calcolatrice simulare attività umane e questo lo portò a considerare la possibilità di una macchina programmata per imparare e alla quale fosse permesso di commettere errori: “se ci si aspetta che la macchina sia infallibile, allora essa non può essere anche intelligente”. Questo perché, secondo Turing, una caratteristica fondamentale dell'intelligenza umana, era proprio la capacità di commettere errori, e tramite essi, apprendere come risolvere i problemi in maniera sempre differente. Affinché si potesse realmente considerare un calcolatore intelligente, si doveva dunque investire sulla sua capacità di adattamento, e dunque, bisognava fornirgli la facoltà di commettere errori. Durante la [[w:Seconda guerra mondiale|Seconda guerra mondiale]] anche in Gran Bretagna si diffuse l’esigenza di calcoli su lunga scala. Di questo progetto, si occupò l’NPL che sviluppò una divisione apposita (Mathematics Division) per centralizzare tutte le risorse da impiegare per lo sviluppo di nuovi strumenti di calcolo. John Womersley ne fu il primo responsabile e si occupò, in primo luogo, dell’arruolamento del team di collaboratori che lo avrebbe assistito nel progetto di costruzione di un calcolatore elettronico; pensò immediatamente a Turing. La proposta di Turing era strutturata in due parti: una “Descriptive Account” e un “Technical Proposal”. In questo documento venivano descritti sia gli aspetti ingegneristici, sia gli aspetti riguardanti la programmazione. L’idea di fondo era quella di ridurre al minimo la complessità parte tecnologica e lasciare che i problemi fossero risolti dalla programmazione. Per Turing la memoria era l’elemento fondamentale, e le dimensioni previste andavano da 50 a 500 linee di ritardo a mercurio. Ogni linea doveva avere la capacità di 1024 cifre che dovevano circolare a 1024 millisecondi. Per garantire l’efficienza della macchina la memoria non doveva essere soltanto grande, ma anche facilmente accessibile; proprio per questo il modello a nastro della “Macchina Universale” non poteva essere adottato senza modifiche. Turing quindi inventò un metodo di programmazione che ottimizzava l’accesso ai dati contenuti nelle linee di ritardo. Se prima le istruzioni venivano codificate in fila dentro una stessa linea di ritardo, quindi bisognava aspettare un millisecondo per eseguire l’istruzione successiva. Se invece si memorizzavano le istruzioni tenendo conto dei ritmi di accesso alla diverse parti del dispositivo, era possibile attribuire alle istruzioni un indirizzo relativo, in modo da farle emergere dalla linea di ritardo esattamente al momento in cui dovevano essere eseguite. Questo metodo di programmazione chiamato “Optimun Coding” consisteva nel dichiarare per ogni istruzione l’indirizzo della successiva e migliorava le prestazioni del calcolatore, a patto di conoscere esattamente la struttura e il funzionamento della memoria, e di eseguire elaborati calcoli per anticipare correttamente la successione dei cicli delle linee di ritardo. L’esperienza della “Macchina Universale” spingeva Turing a considerare prioritaria la definizione del sistema di programmazione della macchina che avrebbe guidato e controllato le sue operazioni. Il metodo di programmazione si basava sula trasformazione delle operazioni complesse in una lunga successione di passi semplici. Le uniche azioni eseguibili direttamente dall’hardware erano: * Il trasferimento da una zona della memoria ad un’altra. * Le operazioni aritmetiche su due registri di memoria temporanea. * Alcune operazioni logiche sempre su due registri di memoria temporanea. * Un'operazione di trasferimento della memoria alle schede perforate (Dispositivo usato per l’output e per l’input) e viceversa. * Il salto incondizionato verso una istruzione successiva specificata evitando di eseguire le istruzioni in stretta sequenza con le precedenti. Fin dall’inizio, il team di sviluppo dell’ACE incontrò serie difficoltà organizzative: nonostante le grandi capacità tecniche dei singoli componenti del gruppo, mancava una figura di coordinamento che lo gestisse in maniera adeguata. Probabilmente, però, la difficoltà maggiore da dover fronteggiare, fu proprio la scarsa competenza in ambito elettronico che caratterizzava la maggior parte dei membri dell'equipe (Turing escluso). Dunque si optò, almeno inizialmente, per richiedere il supporto di istituzioni esterne che potessero collaborare alla realizzazione del calcolatore; vennero dunque contattati il Post Office Research Station (PORS) e il Telecommunications Research Establishment (TRE). I primi incontri organizzativi avvennero proprio con il PORS e, in quella sede, si stabilì anche la cifra da stanziare perché il progetto potesse partire (circa cinquemila sterline). Tuttavia, al PORS il progetto ACE non era considerato prioritario e venne concessa solo un decimo della cifra che doveva essere stanziata e per questo la collaborazione si interrusse poco dopo. Anche con il TRE le trattative, purtroppo, non andarono meglio e ben presto, anche con questa organizzazione, le trattative si interruppero. Il National Physics Laboratory, dal quale Turing si allontanò, una volta incluso nel team Harry Huskey, noto esperto di informatica, riuscì a costruire una versione ridotta dell’ACE, il cosiddetto ACE pilota, che funzionò egregiamente per anni. Mentre von Neumann chiamava il lavoro di programmazione “codifica” e lo considerava una mansione da impiegato che non richiedeva grande intelligenza, Turing considerava programmare un calcolatore un lavoro molto affascinante, anche perché qualunque processo che sia davvero meccanico può essere passato alla macchina. È probabile che von Neumann abbia ripreso l’idea di un calcolatore universale utilizzabile nella pratica dall’opera di Turing. In definitiva, tutti gli odierni calcolatori sono “macchine di von Neumann”, ossia varianti dell’architettura di base che von Neumann, proseguendo il lavoro di Alan Turing, elaborò negli anni Quaranta. Nel suo rapporto sull’ACE, Turing aveva proposto una macchina relativamente semplice nella quale moltissime cose erano affidate al software, ma in compenso il programmatore aveva un forte controllo delle operazioni di base: era una macchina che aveva tutte le potenzialità per funzionare, ma Turing non ebbe il piacere di vederla realizzata. ===La cattedrale di Turing: George Dyson e le origini dell'universo digitale=== In questo moderno capolavoro, il divulgatore scientifico [[w:George Dyson|George Dyson]], figlio del fisico Freeman Dyson che opera a Princeton nel dopoguerra, si impegna nel ricoprire il ruolo di storico in quanto descrive la straordinaria esperienza di numerosi personaggi, seguendoli passo dopo passo in quel percorso culminato nella realizzazione di scoperte eccezionali (e senza precedenti) ed evidenziando quanto il lavoro dell'équipe di Princeton sia intenzionato a cambiare il mondo, soprattutto quello digitale. Alla nascita del calcolatore digitale non sono tributati approfondimenti paragonabili a quelli riconosciuti ad altre grandi scoperte. Pertanto, Dyson cerca di riportare i fatti accaduti adottando un approccio cronologico-analitico, al fine di colmare il vuoto di conoscenza su questa vicenda. Come si evince dal titolo del libro, la realizzazione del calcolatore non è da attribuirsi esclusivamente al matematico inglese [[w:Alan Turing|Alan Turing]] ma esso è, in realtà, il prodotto di un vero lavoro collettivo. Il titolo del libro, non a caso, rivela che la nascita del computer sia il frutto di una grande collaborazione, realizzato da personaggi tanto geniali quanto, purtroppo, ignoti: proprio come accade nella costruzione delle cattedrali, grazie a cui l’architetto riscuote maggior successo rispetto agli artigiani che invece restano anonimi, lo stesso accade nel periodo successivo alla seconda guerra mondiale. Ciascun di loro ricopre un ruolo importante nella realizzazione del medesimo scopo: la ricerca si trasforma ben presto in un progetto terribile e largamente dettato da esigenze pratiche. Il luogo in cui si delinea questo percorso, il quale si estende da prima a poco dopo il secondo conflitto mondiale, è l'Università di Princeton in cui tutti gli ospiti-studiosi si impegnano nel fornire all'esercito americano ed alla forze alleate gli strumenti adatti a combattere ed a vincere la guerra, dapprima, contro il nazismo tedesco e successivamente contro l'Unione Sovietica, nel secondo dopoguerra, con cui gli Stati Uniti iniziano una corsa agli armamenti dando vita al periodo storico conosciuto come ‘Guerra Fredda'. Infatti verso la fine del 1945, John von Neumann organizza un ristretto gruppo di ingegneri per cominciare a progettare, a costruire ed a programmare un calcolatore elettronico digitale, il quale non è che un’implementazione fisica di un concetto teorico già elaborato nel 1936 da Alan Turing. Grazie alla collaborazione ottenuta da [[W:Norbert Wiener|Norbert Wiener]], Flexner, Eckert e Mauchly (per quanto riguarda la costruzione), il matematico ungherese partecipa e coordina la realizzazione dell’'''[[w:ENIAC|ENIAC]] (Electronic Numerical Integrator And Computer)''', originariamente chiamato '''MANIAC''', presso il Ballistic Research Laboratory. Questo primitivo prototipo del moderno computer è utile nei calcoli balistici, meteorologici o sulle reazioni nucleari, ma si rivela una macchina limitata. Pertanto, si rivela utile e necessaria l'intuizione di Alan Turing che consiste nel permettere al computer (l'hardware) di eseguire istruzioni codificate in un programma (software) inseribile e modificabile dall'esterno, intuizione che fonda le basi della stragrande maggioranza dei computer odierni. Ed ecco che nasce l'[[w:EDVAC|EDVAC]] '''(Electronic Discrete Variables Automatic Computer)''', la prima macchina digitale programmabile tramite un software basata su quella che è poi definita l'architettura di von Neumann. Altri importanti personaggi che hanno contribuito a dar vita all'universo digitale sono Gödel, le cui teorie fondano l'architettura logica del calcolatore, Zvorykin che lancia anche la quarta fase dell’evoluzione mediante l'introduzione delle valvole termoioniche, Veblen che usa un modello matematico per elaborare una tavola di tiro completa e [[w:Nicholas Metropolis|Nicholas Metropolis]] che introduce il Metodo di Monte Carlo, un algoritmo capace di risolvere complicati problemi computazionali. George Dyson crea, in questo modo, un mito fondativo moderno perché percorre passo dopo passo la partecipazione di ciascuno di questi studiosi alla straordinaria avventura di Princeton. ==Riferimenti bibliografici== *M. Davis, ''The Universal Computer. The Road from Leibniz to Turing'', 2000; tr. it. ''Il calcolatore universale'', Milano 2003, pp. 174-242 (nuova ed. 2012, pp. 182-251). *T. Numerico, ''Alan Turing e l'intelligenza delle macchine'', Milano 2005. *''L'eredità di Alan Turing. 50 anni di Intelligenza artificiale'', Milano 2005. *D. Leavitt, ''The man who knew too much: Alan Turing and the invention of the computer'', 2006; tr. it. ''L'uomo che sapeva troppo: Alan Turing e l'invenzione del computer'', Torino 2008. *M. G. Losano, [http://www.accademiadellescienze.it/media/187/download|''Il centenario di Konrad Zuse (1910-1995): il computer nasce in Europa''], in Atti della Accademia delle scienze di Torino. Classe di scienze morali, storiche e filologiche, 145 (2011), pp. 61-82. *''Alan Mathison Turing: l'indecidibilità della vita'', a cura di C. Petrocelli, Milano 2014. ==Note== <ref> [http://m.mind.oxfordjournals.org/content/LIX/236/433.full.pdf Alan M. Turing, Computing Machinery and Intelligence in Mind, vol. 59, october 1950, pp. 167-193.]</ref> [[Categoria:Filosofia dell'informatica|La nascita dell'informatica]] {{Avanzamento|75%}} tnqokukptco2gfmtf4yhd5j1i30aj8i 0 55293 491860 461350 2026-04-15T05:50:46Z AGeremia 10319 /* Le prime applicazioni delle biotecnologie */ 491860 wikitext text/x-wiki {{Biologia per il liceo}} {{avanzamento|100%}} '''La biotecnologia''' è l'uso di agenti biologici per il progresso tecnologico. La biotecnologia è stata utilizzata per l'allevamento di bestiame e colture molto prima che le persone comprendessero le basi scientifiche di queste tecniche. Dalla scoperta della struttura del DNA nel 1953, il campo della biotecnologia è cresciuto rapidamente sia attraverso la ricerca accademica che attraverso aziende private. Le applicazioni principali di questa tecnologia sono in medicina (produzione di vaccini e antibiotici) e in agricoltura (modifica genetica delle colture per aumentare le rese). La biotecnologia ha anche molte applicazioni industriali, come la fermentazione, il trattamento delle fuoriuscite di petrolio e la produzione di biocarburanti. == Le prime applicazioni delle biotecnologie == [[File:The_Brewer_designed_and_engraved_in_the_Sixteenth._Century_by_J_Amman.png|miniatura|367x367px|Il Birraio, disegnato e inciso nel XVI secolo da Jost Amman.]] Le più antiche applicazioni della biotecnologia, conosciute da oltre 5.000 anni, sono la produzione di '''pane''' , '''vino''' o '''birra''' ( fermentazione alcolica ) utilizzando il '''lievito''', che appartiene ai funghi . L'uso di batteri lattici ha permesso anche di produrre pasta madre (pane lievitato) e prodotti a base di latte acido come '''formaggio''' , '''yogurt''' , latte acido o '''kefir''' . Uno dei primi usi della bioingegneria, oltre alla nutrizione, fu la concia e il decapaggio delle pelli utilizzando feci e altri materiali contenenti enzimi per produrre pelle. Gran parte della biotecnologia si basava su questi processi produttivi fino al Medioevo, intorno al 1650, quando apparve il primo processo biotecnico per la produzione dell''''aceto'''. La biotecnologia moderna si basa essenzialmente sulla microbiologia , emersa nella seconda metà del XIX secolo. Soprattutto, lo sviluppo di metodi di coltivazione , coltura pura e sterilizzazione da parte di Louis Pasteur gettò le basi per lo studio e l'applicazione ( microbiologia applicata ) dei '''microrganismi''' . Nel 1867 Pasteur riuscì a isolare i batteri dell'acido acetico e il lievito di birra utilizzando questi metodi . Intorno al 1890 lui e Robert Koch svilupparono le prime '''vaccinazioni''' basate su agenti patogeni isolati , gettando così le basi per la biotecnologia medica . Il giapponese Jōkichi Takamine fu il primo a isolare un unico enzima per uso tecnico, '''l'alfa-amilasi''' (che brevettò nel 1894). Alcuni anni dopo, il chimico tedesco Otto Röhm utilizzò le '''proteasi animali''' (enzimi di degradazione delle proteine) provenienti dagli scarti della macellazione come detergenti e additivi per la produzione della pelle. La produzione su larga scala di '''butanolo''' e '''acetone''' attraverso la fermentazione del batterio ''Clostridium acetobutylicum'' fu descritta e sviluppata nel 1916 dal chimico e poi presidente israeliano Charles Weizmann .  È stato il primo sviluppo della biotecnologia bianca . Il processo fu utilizzato fino alla metà del XX secolo, ma fu poi sostituito dalla più economica sintesi petrolchimica dalla frazione propene del petrolio . A partire dal 1920, '''l'acido citrico''' fu prodotto dalla fermentazione superficiale del fungo ''Aspergillus niger'' . Nel 1957, l' amminoacido '''acido glutammico''' fu prodotto per la prima volta utilizzando il batterio del suolo ''Corynebacterium glutamicum.'' Nel 1928/29 Alexander Fleming scoprì la prima '''penicillina antibiotica''' per uso medico nel fungo ''Penicillium chrysogenum'' . Questo fu seguito nel 1943 dall'antibiotico '''streptomicina''' di Selman Waksman , Albert Schatz ed Elizabeth Bugie . Nel 1949 la produzione di '''steroidi''' fu implementata su scala industriale. All'inizio degli anni '60, le '''proteasi''' di derivazione biotecnologica furono aggiunte per la prima volta ai '''detersivi''' per rimuovere le macchie proteiche . Nella produzione del formaggio , dal 1965, il '''caglio''' di vitello può essere sostituito dalla rennina prodotta da microrganismi . Dal 1970 in poi è stato possibile produrre biotecnicamente '''amilasi''' e altri enzimi che scindono l'amido, con i quali ad es. B. L'amido di mais viene convertito nel cosiddetto “'''sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio'''” e utilizzato come sostituto dello zucchero di canna ( saccarosio ), ad es. B. potrebbe essere utilizzato nella produzione di bevande.<gallery> File:Bread 2.jpg|Pane File:Red Wine Glass.jpg|Vino File:NCI Visuals Food Beer.jpg|Birra File:Hartkaese HardCheeses.jpg|Formaggio File:Turkish strained yogurt.jpg|Yogurt File:Essig-1.jpg|Aceto File:Zitronensäure - Citric acid.svg|Acido citrico File:Penicillin core.svg|Penicillina File:Salivary alpha-amylase 1SMD.png|Amilasi </gallery> == Le biotecnologie rosse == In medicina, le moderne biotecnologie hanno molte applicazioni in vari settori quali: * la scoperta e la produzione di farmaci * la produzione di vaccini efficaci e a basso rischio * la terapia genica * la terapia con cellule staminali * l'editing genetico con CISPR/Cas9 a scopi terapeutici * la farmacogenomica * i test genetici (o screening genetici ). Nel 2021, quasi il 40% del valore aziendale totale delle aziende biotecnologiche farmaceutiche in tutto il mondo era attivo in oncologia , con neurologia e malattie rare come altre due grandi applicazioni. === La scoperta e produzione di farmaci === La biotecnologia ha contribuito alla scoperta e alla produzione di farmaci tradizionali a piccole molecole , nonché di farmaci che sono il prodotto della biotecnologia, la biofarmaceutica . La moderna biotecnologia può essere utilizzata per produrre medicinali esistenti in modo relativamente semplice ed economico. I primi prodotti geneticamente modificati sono stati medicinali progettati per curare malattie umane. Per citare un esempio, nel 1978 Genentech ha sviluppato '''l'insulina sintetica''' umana unendo il suo gene con un vettore plasmidico inserito nel batterio ''Escherichia coli''. L'insulina, ampiamente utilizzata per il trattamento del diabete, era precedentemente estratta dal pancreas di animali da macello (bovini o maiali). La biotecnologia utilizzata è quella del '''DNA ricombinante''', ovverosia si usano principalmente '''batteri geneticamente modificati''' in grado di produrre grandi quantità di proteine sintetiche a costi relativamente bassi. Molti farmaci vengono prodotti con la tecnologia del DNA ricombinante, ad esempio: # '''ormoni di natura proteica''' come '''l'ormone della crescita''' (GH), '''l'eritropoietina''' (Epo) e '''l'insulina'''. # '''fattori di coagulazione''' del sangue (fattore VIII e fattore IX) # '''anticorpi monoclonali'''. Sono simili agli anticorpi che il sistema immunitario umano usa per combattere batteri e virus, ma sono "progettati su misura" (usando la tecnologia degli ibridomi o altri metodi) e possono quindi essere realizzati specificamente per contrastare o bloccare qualsiasi sostanza nel corpo, o per colpire qualsiasi tipo di cellula specifica; # '''proteine di fusione''': le proteine di fusione o proteine chimeriche sono proteine formate a partire dalla traduzione di due o più geni originariamente indipendenti e successivamente fusi insieme, a causa di un processo naturale o di opportune modificazioni in laboratorio. Ciascuno di questi geni avrebbe dato origine a una proteina indipendente, se non fosse stato associato all'altro o agli altri geni. Un esempio di proteina di fusione ottenuta in laboratorio è l'''abatacept'': si tratta di un farmaco utilizzato nella terapia dell'artrite reumatoide ed è costituito da un'immunoglobulina fusa insieme all'antigene citotossico della popolazione CTLA-4 dei linfociti T. === La produzione di vaccini === Il '''vaccino''' è un preparato biologico prodotto allo scopo di conferire l'immunità acquisita attiva contro un particolare tipo di infezione ai soggetti a cui è somministrato. I vaccini possono essere prodotti in vario modo. Esistono vaccini che contengono: # '''''organismi vivi attenuati''''', come i vaccini contro la poliomielite di Sabin (OPV), febbre gialla, morbillo, parotite, rosolia, varicella, rotavirus e vaiolo. I vaccini di questo tipo sono composti da organismi intatti, resi non patogenici trattandoli per ''attenuarne'' la capacità di causare la malattia oppure uccidendoli senza perderne l'immunogenicità. In generale, il maggior difetto dei vaccini attenuati è che possono regredire nella forma virulenta, cosa che non accade nei vaccini inattivati. Nonostante i ceppi selezionati abbiano una bassa patogenicità, la grande capacità di mutare dei virus può portare in rari casi ad un loro riacquisto di azione patogena. L'unico caso effettivamente documentato a riguardo è quello del vaccino attenuato antipolio (vaccino orale di Sabin) # '''''organismi inattivati o uccisi''''', come i vaccini contro la poliomielite di Salk (IPV), rabbia, influenza, pertosse, colera, epatite A, febbre tifoide e peste. I vaccini inattivati si ottengono trattando i patogeni in modo da rendere impossibile loro di replicarsi. Per ottenere l'obiettivo prefissato in linea teorica basta trattare il composto con del calore, il quale però causa la denaturazione delle proteine (e conseguentemente la loro inattivazione a fini immunogenici); in genere si preferisce quindi un'inattivazione chimica con formaldeide o altre sostanze. A differenza dei vaccini attenuati, richiedono ripetuti richiami per mantenere lo stato di immunità nell'organismo e sono molto più sicuri dal momento che non mantengono la capacità di replicarsi e di regredire alla forma nativa. # '''''antigeni purificati''''' (o ''vaccini a subunità''), come i vaccini (costituiti da anatossine) contro il tetano o la difterite. I vaccini a subunità sono composti da antigeni purificati, cioè antigeni o pezzi di essi ricavati da un microrganismo o dalle sue tossine. Molti organismi, come ad esempio il tetano e la difterite, esprimono la loro virulenza tramite delle esotossine. # '''''antigeni ricombinanti''' e peptidi sintetici'', come il vaccino contro l'epatite B. I peptidi sintetici e gli antigeni ricombinanti sono di interesse recente e prevedono la produzione degli antigeni voluti per formare il vaccino usando varie tecnologie, tra cui il DNA ricombinante. # '''''DNA o RNA''''', come diversi vaccini contro il SARS-CoV2. Queste due tecniche si basano sulla possibilità di far produrre alle cellule dell'organismo da immunizzare gli antigeni che devono scatenare la risposta immunitaria. Questo può avvenire in due modi: infettando le cellule con un virus non citopatico (cioè che non le uccide) oppure inoculando un plasmide contenente un cDNA: in entrambi i casi si introduce un acido nucleico codificante per l'antigene. Questi approcci hanno il vantaggio di essere gli unici capaci di generare una risposta dei linfociti citotossici. Un vaccino a RNA agisce mediante l'ingresso di frammenti di mRNA nelle cellule del soggetto vaccinato, inducendole a produrre antigeni dei microrganismi patogeni (ad esempio spike virali) o antigeni tumorali al fine di indurre una risposta immunitaria adattativa contro tali bersagli # '''''vaccini coniugati''','' che consentono una maggiore risposta immunitaria e vengono spesso utilizzati nei vaccini contenenti antigeni polisaccaridici (più difficili da riconoscere per i linfociti) quali quelli contro meningococchi, pneumococchi ed Haemophilus influenzae di tipo B. Si tratta di raggruppamenti di vaccini diversi, ottenuti da microrganismi attenuati # '''Vaccini ottenuti da piante OGM'''. L'idea di produrre vaccini tramite piante transgeniche è stata identificata già nel 2003. Piante come il tabacco, la patata, il pomodoro e la banana possono avere geni inseriti che le inducono a produrre vaccini utilizzabili per gli esseri umani. Ad es. nel 2005, sono state sviluppate banane che producono un vaccino umano contro l' epatite B. Il vaccino può essere estratto e purificato dalla pianta, oppure somministrato direttamente col consumo della pianta stessa. Rappresenta un modo economico per produrre, conservare e somministrare un vaccino. Ad oggi, nelle piante si sono ottenuti con notevole successo un farmaco per il morbo di Gaucher, un anticorpo monoclonale contro Ebola, vaccini contro l’influenza aviaria e quella stagionale, epatite B e papilloma. <gallery> File:Polio vaccine poster.jpg|Questo manifesto del 1963 mostra il simbolo nazionale CDC di salute pubblica, la "Wellbee", incoraggiando il pubblico a ricevere un vaccino orale antipolio File:Poliodrops.jpg|Somministrazione del vaccino antipolio Sabin File:PittPolioVaccineCoL.jpg|Somministrazione della vaccinazione antipolio di tipo ''Salk'', nel 1957 File:Preparation of measles vaccines.jpg|Preparazione di virus attenuati coltivati in uova di gallina. Alcuni tipi di vaccini antinfluenzali sono esempi di vaccini preparati con tale metodo. File:Diphtheria toxin 1DDT.png|Esotossina della difterite File:Diphtheria antitoxin 1925 (cropped).jpg|Vaccino per la difterite del 1925 File:Opisthotonus in a patient suffering from tetanus - Painting by Sir Charles Bell - 1809.jpg|Il tetano si presenta come una paralisi spastica in tutto il corpo File:Hepatitis B virus v2 (3).svg|Virus dell'epatite B File:MRNA vaccines against the coronavirus.webm|Come funziona un vaccino a RNA File:52200595641faf19a1b91o. COVID-19 mRNA Vaccines.jpg|infografica sul vaccino a MRNA File:How mRNA COVID-19 Vaccines Work (English).pdf|Come funziona il vaccino a mRNA File:Moderna COVID-19 vaccine (2021) G.jpg|Vaccino Moderna a RNA </gallery> === La terapia genica === [[File:Viral mediated delivery of genes to neurons 1.jpg|miniatura|746x746px|Schema di una terapia genica mediata da virus]] Con '''terapia genica''' si intende la modifica del materiale genetico (DNA) all'interno delle cellule al fine di poter curare delle patologie (es. malattie genetiche). La terapia genica si propone di curare una patologia causata dall'assenza o dal difetto di uno o più geni (mutati) con la sostituzione con una variante "sana". Dunque, è necessario in primo luogo identificare il singolo gene o i diversi geni responsabili della malattia genetica. Sebbene le terapie siano generalmente sperimentali, si può tentare in secondo luogo - almeno per alcune malattie - la sostituzione dei geni malati sfruttando, ad esempio, come vettore un virus reso inattivo, svuotato preventivamente del suo corredo genetico. Con un meccanismo piuttosto complesso, che richiede l'uso di 'forbici' molecolari enzimatiche, enzimi di restrizione (con cui si preleva il gene "sano") si può poi 'correggere' il DNA, rimpiazzando le sequenze difettose, in modo tale che la cellula sintetizzi correttamente le proteine necessarie al corretto funzionamento metabolico. Esistono due tipologie di terapia genica: quella delle cellule germinali e quella delle cellule somatiche. La prima si propone di trasfettare le cellule della linea germinale come spermatozoi ed ovociti o le cellule staminali totipotenti dei primissimi stadi dello sviluppo dell'embrione (alla fase di 4-8 cellule), ma attualmente essa non viene messa in pratica sia per ragioni tecniche e, soprattutto, per i grandissimi dilemmi etici che solleva. La seconda tipologia, invece, si propone di modificare solamente le cellule somatiche, senza intaccare, quindi, la linea germinale; oggigiorno è la via più studiata e tentata. La terapia genica delle cellule somatiche, a sua volta, viene suddivisa in due gruppi: la terapia genica ''ex vivo'' e quella ''in vivo''. Di recente interesse è la possibilità dell'editing genico terapeutico con CRISPR/Cas9. ==== La terapia genica ''ex vivo'' ==== È la tipologia che venne messa in pratica per prima e consiste nel prelievo delle cellule somatiche della persona interessata. Esse, successivamente, vengono messe in coltura in laboratorio. Durante questo tempo vengono anche trasdotte con il gene d'interesse, inserito tramite un apposito vettore (spesso vengono usati vettori virali), e successivamente vengono reinfuse o reimpiantate nel corpo del soggetto. Tale procedura è sicuramente la più lunga e la più costosa delle due ma permette di selezionare ed amplificare le cellule d'interesse ed inoltre gode d'una maggior efficienza. È attualmente la modalità più utilizzata ma è riservata solamente a quei casi in cui sia possibile prelevare, mettere le cellule in cultura e reinserirle nell'organismo. ==== La terapia genica ''in vivo'' ==== Viene attuata in tutti quei casi in cui le cellule non possono essere messe in coltura, o prelevate e reimpiantate, come quelle del cervello o del cuore e della maggior parte degli organi interni; inoltre, rappresenta un modello terapeutico con elevata ottemperanza e molto economico ma, attualmente, di più difficile applicazione. In questo caso il gene, o l'oligonucleotide d'interesse viene inserito nell'organismo, tramite un opportuno vettore, direttamente per via locale o sistemica. ==== L'editing genetico ==== L'introduzione dell'editing genetico CRISPR ha aperto nuove porte alla sua applicazione e utilizzo nella terapia genica, poiché invece della semplice sostituzione di un gene, consente la correzione del particolare difetto genetico.  Soluzioni agli ostacoli medici, come l'eradicazione dei serbatoi latenti del virus dell'immunodeficienza umana ( HIV ) e la correzione della mutazione che causa l'anemia falciforme, potrebbero essere disponibili come opzione terapeutica in futuro. In vivo, i sistemi di editing genetico che utilizzano CRISPR sono stati utilizzati in studi sui topi per trattare il cancro e sono stati efficaci nel ridurre i tumori. ==== Applicazioni ==== Nel 1990 William French Anderson realizzò con successo la prima terapia genica applicata a un essere umano, una bambina affetta da ADA-SCID. Da allora sono molteplici le applicazioni, anche se molto costose, ad esempio: * '''Malattie ereditarie''' come: ** Terapia della SCID (costo ~ 600.000 €) ** Deficit di Ornitina-Transcarbamilasi ** Atrofia muscolare spinale (~ 2.000.000 €) ** β -talassemia (~ 1.600.000 €) ** Carenza di lipoproteina lipasi ** Adrenoleucodistrofia cerebrale ** Carenza di L-aminoacido decarbossilasi aromatica (AADC) ** Emofilia ** Amaurosi congenita di Leber (~ 720.000 €) ** Neuropatia ottica ereditaria di Leber (LHON) * '''Terapie del cancro''' ** Leucemia linfocitica acuta ** Linfoma diffuso a grandi cellule B ** Melanoma maligno (~ 50.000 €) ** Linfoma a cellule mantellari ** Mieloma multiplo * '''Terapia dell'infezione da HIV-1''' (in fase di sperimentazione) <gallery> File:ExVivoGeneTherapy.jpg|Schema della terapia genica ex vivo File:In vivo gene therapy.jpg|Schema della terapia genica In vivo File:Hemoglobin H disease.jpg|Globuli rossi anomali per la beta talassemia File:Albero-discendenza-vittoria.jpg|Albero genealogico della discendenza della Regina Vittoria, con indicati i casi accertati di omozigosi ed eterozigosi per l'emofilia File:A woman suffering from Hemophilia.png|Una donna affetta da emofilia, con incapacità di formare coaguli di sangue File:NodularMelanomaEvolution.jpg|Sviluppo di un melanoma maligno File:HI-Virion-it.svg|Il virus dell'HIV </gallery> === La terapia con cellule staminali === Le cellule staminali possono essere distinte in base al loro potenziale di differenziazione: * cellule staminali '''totipotenti''': capaci di dare origine a qualsiasi tipo di cellula, e quindi a un intero organismo; * cellule staminali '''pluripotenti''': capaci di produrre tutti i tipi cellulari tranne le appendici embrionali  ; * cellule staminali '''multipotenti''': capaci di dare origine a diversi tipi di cellule ma non appartenenti a tutti gli strati (ad esempio, le cellule della cresta neurale danno origine a cellule ectodermiche e mesodermiche ma non endodermiche  ) * cellule staminali '''unipotenti''': che possono produrre un solo tipo di cellula (possono però, come ogni cellula staminale, autorinnovarsi, da qui l'importanza di distinguerle dai precursori). Ad esempio, possiamo citare le cellule satelliti dei muscoli striati scheletrici. [[File:Stem_cells_diagram.png|centro|miniatura|620x620px|Cellule totipotenti, pluripotenti e unipotenti]] La terapia con cellule staminali è l'uso di cellule staminali per trattare o prevenire una malattia o una condizione. Il trapianto di midollo osseo è una forma di terapia con cellule staminali che è stata utilizzata per molti anni perché ha dimostrato di essere efficace negli studi clinici.  L'impianto di cellule staminali può aiutare a rafforzare il ventricolo sinistro del cuore, nonché a trattenere il tessuto cardiaco nei pazienti che hanno sofferto di infarti in passato. Per oltre 90 anni, il trapianto di cellule staminali emopoietiche (HSCT) è stato utilizzato per curare persone con condizioni come la leucemia e il linfoma; questa è l'unica forma di terapia con cellule staminali ampiamente praticata.  A partire dal 2016 , l'unica terapia consolidata che utilizza le cellule staminali è il trapianto di cellule staminali emopoietiche.  Questo di solito assume la forma di un trapianto di midollo osseo, ma le cellule possono anche essere derivate dal sangue del cordone ombelicale. Sono in corso ricerche per sviluppare varie fonti di cellule staminali e per applicare trattamenti con cellule staminali per malattie neurodegenerative  e condizioni come il diabete e le malattie cardiache. Una '''cellula staminale pluripotente indotta''' (conosciuta anche come '''iPS''' o '''iPSC''' dall'inglese ''Induced Pluripotent Stem Cell'') è un tipo di cellula staminale generata artificialmente a partire da una terminalmente differenziata (in genere una cellula somatica adulta), mediante l'introduzione di quattro geni specifici codificanti determinati fattori di trascrizione che ne inducono la conversione in cellula staminale di una specifica linea cellulare, che a sua volta potrà svilupparsi in cellula differenziata. Sulla base di tali proprietà, le iPSC offrono grandi speranze nel campo della medicina rigenerativa: la possibilità di indurne la differenziazione nella maggior parte dei tipi cellulari di un organismo (come ad esempio cellule neuronali, pancreatiche, cardiache ed epatiche), può essere sfruttata nella rigenerazione di tessuti o organi danneggiati. Le cellule staminali pluripotenti meglio caratterizzate sono quelle embrionali ma il loro utilizzo comporta problemi etici associati alla manipolazione e/o alla distruzione dell'embrione nella fase di preimpianto. Tali problemi possono essere evitati utilizzando cellule staminali derivate da quelle adulte indotte alla pluripotenza. Ciò permette la loro applicazione in trapianti autologhi, che riducono il rischio di rigetto, anche se tale tecnologia non è ritenuta del tutto sicura. Le iPSC vengono anche utilizzate per lo sviluppo di cure personalizzate sulla base della loro risposta a trattamenti farmacologici.<gallery> File:Stem cell treatments.svg|Malattie e condizioni in cui il trattamento con cellule staminali è promettente o emergente File:The development and the ways to rejuvenate cells - en.svg|Tipi di cellule staminali File:Schematic representation of delivery or induction of OSKM factors to convert somatic cells into pluripotent cells and differentiation the iPSC into a wide range of individual cells from the three germ layers.png|Rappresentazione schematica della conversione delle cellule somatiche in cellule pluripotenti e differenziazione delle iPSC in un'ampia gamma di singole cellule </gallery> === L'editing genetico con CRISPR/Cas9 === La tecnica CRISPR è una tecnica di editing genomico. Non è l'unica, in passato sono state messe a punto altre tecniche meno efficaci come la ZFN e la TALEN. L'acronimo CRISPR sta per "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats" e identifica una tecnica di ingegneria genetica usata in biologia molecolare. Si basa su una versione semplificata di un sistema di difesa contro i virsus che si trova nei batteri (CRISPR-Cas9). Fornendo la nucleasi Cas9 complessata con un RNA guida sintetico (gRNA) in una cellula, il genoma della cellula può essere tagliato nella posizione desiderata, consentendo la rimozione dei geni esistenti e/o l'aggiunta di nuovi in vivo. La tecnica è considerata molto significativa nel campo della biotecnologia e della medicina poiché consente di modificare i genomi in vivo in modo molto preciso, economico e semplice. Può essere utilizzato nella creazione di nuovi medicinali, prodotti agricoli e organismi geneticamente modificati o come mezzo per controllare agenti patogeni e parassiti. Ha anche possibilità di uso nel trattamento delle malattie genetiche ereditarie e delle malattie derivanti da mutazioni somatiche come il cancro. Sebbene ampiamente accettata in ambito agrario e biotecnologico, il suo utilizzo nella modificazione genetica della linea germinale umana è ad oggi molto controverso. [[File:MEGANUCLEASE-ZFN-TALEN-CRISPR-text-to-path.svg|centro|miniatura|668x668px|Schema di utilizzo di CRISPR/Cas9 (e altre tecniche prima utilizzate come ZFN e TALEN)]] Il sistema CRISPR/Cas può essere utilizzato, tra l'altro, per l'editing del genoma (delezioni/ eliminazioni di geni  e inserimenti) e quindi anche per la terapia genica. Tuttavia, ciò che potrebbe essere problematico per le applicazioni umane è che il sistema immunitario riconosce l’endonucleasi Cas9, che è di origine batterica, come antigene. Possibili applicazioni dell'editing genomico sono: * la rimozione dei genomi di agenti patogeni di malattie infettive croniche come il virus dell'epatite B e l'HIV * correggere le mutazioni nella generazione di cellule staminali pluripotenti indotte e di cellule staminali embrionali * trattamento delle malattie genetiche ereditarie * trattamento dei tumori === La farmacogenomica === La farmacogenomica (una combinazione di farmacologia e genomica ) è la tecnologia che analizza come il patrimonio genetico influenza la risposta di un individuo ai farmaci.  I ricercatori nel campo studiano l'influenza della variazione genetica sulle risposte ai farmaci nei pazienti correlando l'espressione genica o i polimorfismi a singolo nucleotide con l'efficacia o la tossicità di un farmaco .  Lo scopo della farmacogenomica è quello di sviluppare farmaci che, rispetto al genotipo dei pazienti, garantiscono la massima efficacia con effetti avversi minimi.  Tali approcci promettono l'avvento della "medicina personalizzata"; in cui i farmaci e le combinazioni di farmaci sono ottimizzati per il patrimonio genetico unico di ogni individuo. === I test genetici === [[File:Phenylketonuria_testing.jpg|miniatura|260x260px|Test della fenilchetonuria su un neonato]] I test genetici consentono la diagnosi genetica delle vulnerabilità alle malattie ereditarie e possono anche essere utilizzati per determinare la parentela di un bambino (madre e padre genetici) o in generale l'ascendenza di una persona . Oltre a studiare i cromosomi a livello di singoli geni, i test genetici in senso più ampio includono test biochimici per la possibile presenza di malattie genetiche o forme mutanti di geni associate a un rischio aumentato di sviluppare disturbi genetici. I test genetici identificano cambiamenti nei cromosomi , nei geni o nelle proteine.  Nella maggior parte dei casi, i test vengono utilizzati per trovare cambiamenti associati a disturbi ereditari. I risultati di un test genetico possono confermare o escludere una sospetta condizione genetica o aiutare a determinare la possibilità di una persona di sviluppare o trasmettere un disturbo genetico . Nel 2011 erano in uso diverse centinaia di test genetici.  Poiché i test genetici possono aprire problemi etici o psicologici, i test genetici sono spesso accompagnati da consulenza genetica. == Le biotecnologie verdi == === Biotecnologie verdi con transgenesi (con geni estranei all'organismo GM) === Le colture geneticamente modificate ("colture GM" o "colture biotech") sono piante utilizzate in agricoltura , il cui DNA è stato modificato con tecniche di ingegneria genetica . Nella maggior parte dei casi, l'obiettivo principale è introdurre una nuova caratteristica che non si verifica naturalmente nella specie. Le aziende biotecnologiche possono contribuire alla futura sicurezza alimentare migliorando la nutrizione e la vitalità dell'agricoltura urbana. Inoltre, la protezione dei diritti di proprietà intellettuale incoraggia gli investimenti del settore privato nell'agrobiotecnologia. Esempi nelle colture alimentari includono la '''resistenza a certi parassiti''',  '''malattie''',  '''condizioni ambientali stressanti''',  '''resistenza ai trattamenti chimici''' (ad esempio resistenza a un erbicida  ), riduzione del deterioramento,  o '''miglioramento''' del profilo nutrizionale della coltura.  Esempi nelle colture non alimentari includono la '''produzione di agenti farmaceutici''' ,  '''biocarburanti''' ,  e altri beni utili all'industria,  così come per la '''biorisanamento''' . Gli agricoltori hanno ampiamente adottato la tecnologia GM. Tra il 1996 e il 2011, la superficie totale di terra coltivata con colture GM è aumentata di un fattore 94, da 17.000 a 1.600.000 chilometri quadrati (da 4.200.000 a 395.400.000 acri).  Nel 2010, il 10% delle terre coltivate del mondo è stato piantato con colture GM.  Nel 2011, 11 diverse colture transgeniche sono state coltivate commercialmente su 395 milioni di acri (160 milioni di ettari) in 29 paesi come Stati Uniti, Brasile , Argentina , India , Canada, Cina, Paraguay, Pakistan, Sud Africa, Uruguay, Bolivia, Australia, Filippine, Myanmar, Burkina Faso, Messico e Spagna. [[File:Feldbefreiung.jpg|miniatura|376x376px|Mais Bt]] Gli alimenti geneticamente modificati sono alimenti prodotti da organismi che hanno subito modifiche specifiche nel loro DNA con metodi di ingegneria genetica . Queste tecniche hanno consentito l'introduzione di nuove caratteristiche delle colture e un controllo molto maggiore sulla struttura genetica di un alimento rispetto a quanto precedentemente consentito da metodi quali l'allevamento selettivo e l'allevamento per mutazione .  La vendita commerciale di alimenti geneticamente modificati è iniziata nel 1994, quando la Calgene ha commercializzato per la prima volta il suo pomodoro a maturazione ritardata Flavr Savr .  Ad oggi la maggior parte delle modifiche genetiche degli alimenti si è concentrata principalmente su colture commerciali molto richieste dagli agricoltori come '''soia''' , '''mais''' , canola (una varietà di '''colza''') e olio di semi di '''cotone''' . Questi sono stati progettati per '''resistere a patogeni ed erbicidi''' e per profili nutrizionali migliori. Anche il bestiame GM è stato sviluppato sperimentalmente; nel novembre 2013 nessuno era disponibile sul mercato,  ma nel 2015 la FDA ha approvato il primo salmone GM per la produzione e il consumo commerciale. Il '''mais Bt''': si tratta di una modifica genetica che permette alla pianta di difendersi dagli attacchi degli insetti, dovuta a un gene inserito nel suo DNA, che gli permette di produrre una proteina che danneggia gli insetti che cercano di nutrirsene. Il gene inserito, tratto dal Bacillus thuringiensis, produce la Delta-endotossina (o tossina Bt), sostanza innocua per l'uomo ma velenosa per gli insetti dell'ordine dei Lepidotteri, tra cui la Piralide del mais europea. Per queste ragioni, le piante geneticamente modificate con la delta-endotossina vengono coltivate su larga scala in tutto il mondo. [[File:AreialSeedingPlane.jpg|sinistra|miniatura|Trattamento con erbicida della soia]] Si dicono '''''Roundup ready''''' (trad. pronto per il Roundup, abbreviato ''RR'') quelle colture geneticamente modificate al fine di tollerare erbicidi a base di glifosato. Si tratta di un marchio registrato dalla multinazionale Monsanto il cui nome (''Roundup'') deriva da quello commerciale del principio attivo distribuito dalla stessa Monsanto; la prima coltura RR è stata la soia, seguita da altre come cotone, mais, colza. I vantaggi delle colture ''Roundup ready'' consistono essenzialmente in un controllo delle piante infestanti assai semplificato, che non sarebbe possibile in colture tradizionali, basato solo sul diserbo chimico con glifosato anche in "copertura" (cioè in presenza della vegetazione della coltura, che per l'appunto è resa tollerante all'erbicida grazie all'inserimento di un transgene). La '''soia ''Roundup Ready''''' è in assoluto il prodotto transgenico maggiormente coltivato nel mondo, rappresentando l'87% della soia coltivata negli Stati Uniti, e il 60% a livello globale (nel 2005). Recentemente è stata sviluppata la seconda generazione di soia ''Roundup Ready'', che associa al gene per la resistenza agli erbicidi una produttività del 4-7% superiore alle altre varietà. Tuttavia il principio base secondo molti studiosi sarebbe pericoloso per l'uomo e per gli animali che si nutrono di mangimi a base di soia e altri mangimi trattati con il Glifosato in relazione alla possibilità che quest'ultimo residui nei prodotti alimentari. La reale pericolosità del Glifosato è oggetto di accesi dibattiti. [[File:Golden Rice.jpg|miniatura|387x387px|Golden rice]] Il '''Golden Rice''' o Riso dorato è una varietà di riso prodotta attraverso una modifica genetica che introduce la via di biosintesi del precursore beta-carotene della provitamina nelle parti commestibili del riso. In particolare sono stati introdotti i geni '''psy''' (fitoene sintasi) del Narciso e del Mais e il gene '''crtI''' (carotene desaturasi) di un batterio del suolo, Erwinia uredovora. La pro-vitamina A, che il metabolismo umano trasforma in vitamina A, è presente naturalmente in molti alimenti come le carote, il fegato, le uova e il burro, che risultano tuttavia inaccessibili a molti milioni di famiglie che si nutrono quasi esclusivamente di riso. Allo scopo di introdurre vitamina A nella dieta di queste popolazioni, è stata creata una pianta di riso ricca in beta-carotene. Secondo l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) oltre 100 milioni di bambini poveri nel mondo hanno una dieta carente di vitamina A e, per questa ragione, migliaia di bambini diventano ciechi ogni anno. Al fine di evitare patologie oculari, sarebbe sufficiente che queste popolazioni assumessero un quantitativo maggiore di vitamina. Il progetto è andato più lento del previsto e solo nel 2008 sono stati seminati i primi campi di Golden Rice nelle Filippine. I ritardi non sono dovuti soltanto a opposizione di molte organizzazioni anti-biotech responsabili della distruzione di diversi campi sperimentali ma anche per problemi legali in quanto la distribuzione, anche gratuita, del Golden Rice avrebbe causato una violazione dei diritti intellettuali di almeno una settantina di brevetti detenuti da multinazionali e università. Attualmente il Golden rice viene prodotto e distribuito unicamente in Bangladesh a causa dei rallentamenti provocati dallo scetticismo da parte della popolazione nei confronti dei possibili benefici dell’ingegneria genetica. Esiste un consenso scientifico  sul fatto che gli alimenti attualmente disponibili derivati ​​da colture geneticamente modificate non presentano rischi maggiori per la salute umana rispetto agli alimenti convenzionali,  ma che ogni alimento geneticamente modificato deve essere testato caso per caso prima di essere introdotto.  Tuttavia, i membri del pubblico sono molto meno propensi degli scienziati a percepire gli alimenti geneticamente modificati come sicuri.  Lo status legale e normativo degli alimenti geneticamente modificati varia a seconda del paese, con alcune nazioni che li vietano o li limitano, e altre che li consentono con gradi di regolamentazione molto diversi. Le colture geneticamente modificate offrono anche una serie di benefici ecologici, se non utilizzate in eccesso.  Le colture resistenti agli insetti hanno dimostrato di ridurre l’uso di pesticidi, riducendo quindi l’impatto ambientale dei pesticidi nel loro complesso.  Tuttavia, gli oppositori hanno sollevato obiezioni alle colture geneticamente modificate in sé per diversi motivi, tra cui preoccupazioni ambientali, se il cibo prodotto da colture geneticamente modificate sia sicuro, se le colture geneticamente modificate siano necessarie per soddisfare le esigenze alimentari mondiali e preoccupazioni economiche sollevate dal fatto che questi organismi sono soggetti alla legge sulla proprietà intellettuale. La biotecnologia ha diverse applicazioni nel campo della sicurezza alimentare. Colture come il riso dorato sono progettate per avere un contenuto nutrizionale più elevato e c'è il potenziale per prodotti alimentari con una durata di conservazione più lunga.  Sebbene non siano una forma di biotecnologia agricola, i vaccini possono aiutare a prevenire le malattie riscontrate nell'agricoltura animale. Inoltre, la biotecnologia agricola può accelerare i processi di allevamento per ottenere risultati più rapidi e fornire maggiori quantità di cibo.  La ​​biofortificazione transgenica nei cereali è stata considerata un metodo promettente per combattere la malnutrizione in India e in altri paesi.<gallery> File:Bt-toxin-crystals.jpg|Cristalli di tossina da ''Bacillus thuringiensis'' File:Corn borer.jpg|Bruco della piralide del mais File:Ostrinia nubilalis01.jpg|Adulto della piralide del mais File:Logo of Roundup Ready canola.svg|Il marchio Roundup della Monsanto File:Glyphosate-from-xtal-view-2-3D-bs-17.png|Glifosato File:Maiz RR.jpg|Coltivazione di mais trattata con glifosato File:Narzisse.jpg|Narciso File:Glyphosate USA 2019.png|Uso del glifosato negli Stati Uniti </gallery> === Biotecnologie verdi con cisgenesi (con geni della stessa specie) === [[File:Schurft bij appel (Venturia inaequalis on Malus domestica 'Schone van Boskoop').jpg|sinistra|miniatura|438x438px|Ticchiolatura del melo]] Cisgenesi (etimologia: cis = stesso lato; e genesi = origine) è un termine per organismi che sono stati progettati utilizzando un processo in cui i geni vengono trasferiti artificialmente tra organismi che altrimenti potrebbero essere allevati in modo convenzionale.  I geni vengono trasferiti solo tra organismi strettamente correlati.  Le sequenze di acidi nucleici devono essere isolate e introdotte utilizzando le stesse tecnologie utilizzate per produrre organismi transgenici, rendendo la cisgenesi simile per natura alla transgenesi. La cisgenesi è stata applicata al trasferimento di geni di resistenza naturale alla devastante malattia ''Phytophthora infestans'' nella patata  e alla ticchiolatura ( ''Venturia inaequalis'' ) nella mela. Alcune persone credono che la cisgenesi non debba affrontare la stessa supervisione normativa della modifica genetica creata tramite transgenesi, poiché è possibile, se non pratico, trasferire alleli tra specie strettamente correlate anche tramite incrocio tradizionale. In Europa , attualmente, questo processo è regolato dalle stesse leggi della transgenesi. Mentre i ricercatori dell'Università di Wageningen nei Paesi Bassi ritengono che questo dovrebbe essere cambiato. === Biotecnologie verdi con editing genomico === L'editing del genoma fornisce una nuova strategia per la manipolazione genetica nelle piante e probabilmente aiuterà nell'ingegneria dei tratti vegetali desiderati modificando i geni endogeni. Un esempio potenzialmente riuscito dell'applicazione delle tecniche di editing del genoma nel miglioramento delle colture può essere trovato nella banana, dove gli scienziati hanno utilizzato l'editing CRISPR/Cas9 per inattivare il virus endogeno della striatura della banana nel genoma B della banana ( ''Musa'' spp. ) per superare una sfida importante nell'allevamento delle banane. == Altre biotecnologie == === La biotecnologia industriale === La '''biotecnologia industriale''' (conosciuta principalmente in Europa come biotecnologia bianca) è l'applicazione della biotecnologia a scopi industriali, inclusa la '''fermentazione industriale''' . Include la pratica di utilizzare cellule come microrganismi , o componenti di cellule come enzimi , per generare prodotti utili a livello industriale in settori quali prodotti chimici, alimenti e mangimi, detersivi, carta e cellulosa, tessili e biocarburanti .  Negli ultimi decenni, sono stati compiuti progressi significativi nella creazione di organismi geneticamente modificati (OGM) che migliorano la diversità delle applicazioni e la redditività economica della biotecnologia industriale. Utilizzando materie prime rinnovabili per produrre una varietà di prodotti chimici e combustibili, la biotecnologia industriale sta attivamente avanzando verso la riduzione delle emissioni di gas serra e l'allontanamento da un'economia basata sulla petrolchimica. La '''biologia sintetica''' è considerata uno dei cardini essenziali della biotecnologia industriale per il suo contributo finanziario e sostenibile al settore manifatturiero. Insieme, la biotecnologia e la biologia sintetica svolgono un ruolo cruciale nella generazione di prodotti convenienti con caratteristiche rispettose della natura, utilizzando la produzione basata su biotecnologie anziché quella basata sui fossili.  La biologia sintetica può essere utilizzata per progettare microrganismi modello , come ''l'Escherichia coli'' , mediante strumenti di editing del genoma per migliorare la loro capacità di produrre prodotti basati su biotecnologie, come la bioproduzione di '''medicinali''' e '''biocarburanti''' .  Ad esempio, ''l'E. coli'' e ''il Saccharomyces cerevisiae'' in un consorzio potrebbero essere utilizzati come microbi industriali per produrre precursori dell'agente chemioterapico paclitaxel ('''taxolo''') applicando l' ingegneria metabolica in un approccio di co-coltura per sfruttare i benefici dei due microbi. Un altro esempio di applicazioni della biologia sintetica nella biotecnologia industriale è la riprogettazione dei percorsi metabolici di ''E. coli'' mediante sistemi CRISPR e CRISPRi verso la produzione di una sostanza chimica nota come '''1,4-butandiolo''' , che viene utilizzata nella produzione di '''fibre'''. Per produrre 1,4-butandiolo, gli autori alterano la regolazione metabolica di ''Escherichia coli'' mediante CRISPR per indurre una mutazione puntiforme nel gene ''glt'' A, il knockout del gene ''sad'' e il knock-in di sei geni ( ''cat'' 1, ''suc'' D, ''4hbd'' , ''cat'' 2, ''bld'' e ''bdh'' ). Mentre il sistema CRISPRi era utilizzato per abbattere i tre geni concorrenti ( ''gab'' D, ''ybg'' C e ''tes'' B) che influenzano il percorso di biosintesi di 1,4-butandiolo. Di conseguenza, la resa di 1,4-butandiolo è aumentata significativamente da 0,9 a 1,8 g/L. <gallery> File:Taxol.svg|Taxolo (farmaco chemioterapico) File:1,4-Butanediol-3D-balls.png|1,4-butandiolo File:Cycling kit full body alt 3 (cropped).jpg|L'elastane (Lycra) è prodotto col butandiolo </gallery> === La produzione di biocarburanti === '''Il biocarburante''' è un carburante ricavato da materiale biologico. È diverso dai combustibili fossili ricavati da materiale biologico fossilizzato. Il biocarburante può essere in forma solida , liquida o gassosa Esistono due modi comuni per convertire le piante in combustibili gassosi e liquidi. Uno è coltivare colture ad alto contenuto di zucchero (ad esempio canna da zucchero ) o amido (ad esempio mais ), e quindi utilizzare il lievito per fermentare alcol etilico ( etanolo ). Il secondo è coltivare piante che contengono elevate quantità di olio vegetale , come olio di palma , soia e alghe . Quando questi oli vengono riscaldati, la loro viscosità si riduce e possono essere bruciati direttamente in un motore diesel o trattati chimicamente per produrre combustibili come il biodiesel . Per migliaia di anni, il legno e i suoi sottoprodotti sono stati convertiti in biocarburanti come carbone di legna, gas di legna, metanolo o combustibile di etanolo. ''I <u>biocarburanti di prima generazione</u>'' (chiamati anche "biocarburanti convenzionali") sono ricavati da colture alimentari coltivate su terreni arabili.  Il contenuto di zucchero, amido o olio della coltura viene convertito in biodiesel o etanolo , mediante transesterificazione o fermentazione del lievito. La produzione di questi carburanti però sottraggono terreni agricoli utili per l'alimentazione umana e questo può creare dei problemi. I ''<u>biocarburanti di seconda generazione</u>'' risolvono il problema del " cibo contro carburante ", (chiamati anche biocarburanti avanzati o biocarburanti sostenibili o biocarburanti drop-in) sono realizzati da materie prime che non competono direttamente con le colture alimentari o foraggere, come i prodotti di scarto e le colture energetiche.  Un'ampia gamma di materie prime di scarto, come quelle derivate da attività agricole e forestali come paglia di riso, lolla di riso, trucioli di legno e segatura, può essere utilizzata per produrre biocarburanti avanzati attraverso processi biochimici e termochimici. [[File:Biodiesel.JPG|sinistra|miniatura|Biodiesel]] Le biotecnologie aiutano la produzione di biocarburanti di seconda generazione creando microorganismi (batteri e lieviti) che riescono ad avere una elevata resa dalla fermentazione della cellulosa di scarto. '''Il biodiesel''' è un tipo di carburante preparato elaborando olio vegetale , grasso animale, particolari tipi di alghe e forse anche liquami . È considerato un tipo di energia rinnovabile , poiché proviene tutto da piante e animali viventi. Può essere utilizzato per alimentare un motore, solitamente per veicoli , compresi gli aerei . Sostituisce il diesel che deriva dal petrolio, un tipo di combustibile fossile. La maggior parte del biodiesel è ricavata da '''semi oleosi''' . I semi oleosi sono qualsiasi tipo di seme che contenga abbastanza olio da essere utile per produrre olio vegetale. Un giorno le '''alghe''' potrebbero essere utilizzate per produrre più biodiesel di quanto non se ne produca oggi con l'olio vegetale. Le alghe possono essere coltivate in luoghi in cui non si può coltivare cibo, quindi non sottrarrebbero cibo alle persone.  Ma al momento è ancora troppo costoso, ma gli scienziati stanno cercando modi per migliorare il processo [[File:Ethanol fuel pump Brazil.jpg|miniatura|269x269px|Pompa di etanolo in Brasile]] Il '''bioetanolo''' di seconda generazione viene ottenuto idrolizzando grandi quantità di cellulosa che tramite l'uso di funghi o batteri trasformano la cellulosa in glucosio e altri zuccheri, poi avviene la fermentazione mediante lieviti o altri microbi. Ricerche innovative mirano a modificare geneticamente sia i batteri che i lieviti come ''Saccharomyces cerevisiae'' modificato in modo da produrre il doppio di etanolo. Altro filone di ricerca è quello di combinare le caratteristiche di scindere la cellulosa in glucosio con quella di trasformare gli zuccheri in etanolo mediante un unico organismo. Il bioetanolo da cellulosa è molto più costoso di quello ottenuto dalla canna da zucchero e solo importanti progressi scientifici possono renderlo conveniente. Si noti che il costo non è dovuto alla materia prima (cellulosa) ma alla sua trasformazione in bioetanolo. I processi industriali attuali fanno costare il bioetanolo da cellulosa tre volte quello ottenuto da canna da zucchero. La '''biotecnologia ambientale''' comprende varie discipline che svolgono un ruolo essenziale nella riduzione dei rifiuti ambientali e nella fornitura di processi sicuri per l'ambiente , come la biofiltrazione e la biodegradazione. La ​​bonifica dei rifiuti ambientali è un esempio di applicazione della biotecnologia ambientale; mentre la perdita di biodiversità o la perdita di contenimento di un microbo dannoso sono esempi di implicazioni ambientali della biotecnologia. Molte città hanno installato CityTrees , che utilizzano la biotecnologia per filtrare gli inquinanti dall'atmosfera urbana.<gallery> File:BS CityTree 2.JPG|Filtro urbano CityTrees </gallery> == La genomica e le sue applicazioni == Lo studio degli acidi nucleici è iniziato con la scoperta del DNA, è progredito verso lo studio dei geni e dei piccoli frammenti, e ora è esploso nel campo della '''genomica'''. La genomica è lo studio di interi genomi, incluso il set completo di geni, la loro sequenza e organizzazione dei nucleotidi e le loro interazioni all'interno di una specie e con altre specie. La tecnologia di sequenziamento del DNA ha contribuito ai progressi della genomica. Proprio come la tecnologia informatica ha portato a Google Maps che consente alle persone di ottenere informazioni dettagliate sulle posizioni in tutto il mondo, i ricercatori utilizzano le informazioni genomiche per creare mappe del DNA simili di diversi organismi. Queste scoperte hanno aiutato gli antropologi a comprendere meglio la migrazione umana e hanno aiutato il campo medico attraverso la mappatura delle malattie genetiche umane. Le informazioni genomiche possono contribuire alla comprensione scientifica in vari modi e la conoscenza in questo campo sta crescendo rapidamente. L'introduzione di progetti di sequenziamento del DNA e di sequenziamento dell'intero genoma, in particolare il progetto Genoma Umano, ha ampliato l'applicabilità delle informazioni sulla sequenza del DNA. Molti campi, come la metagenomica, la farmacogenomica e la genomica mitocondriale, utilizzano la genomica. La <u>comprensione e la ricerca di cure per le malattie è l'applicazione più comune della genomica</u>. === Prevedere il rischio di malattia a livello individuale === La previsione del rischio di malattia comporta lo screening di individui attualmente sani tramite analisi del genoma a livello individuale. I professionisti sanitari possono raccomandare un intervento con cambiamenti nello stile di vita e farmaci prima dell'insorgenza della malattia. Tuttavia, questo approccio è più applicabile quando il problema risiede in un singolo difetto genetico. Tali difetti rappresentano solo circa il 5 percento delle malattie nei paesi sviluppati. La maggior parte delle malattie comuni, come le malattie cardiache, sono multifattoriali o '''poligeniche''' , ovvero una caratteristica fenotipica che coinvolge due o più geni e coinvolge anche fattori ambientali come la dieta. Nell'aprile 2010, gli scienziati della Stanford University hanno pubblicato l'analisi del genoma di un individuo sano (Stephen Quake, uno scienziato della Stanford University, il cui genoma è stato sequenziato). L'analisi ha previsto la sua propensione ad acquisire varie malattie. Il team medico ha eseguito una valutazione del rischio per analizzare la percentuale di rischio di Quake per 55 diverse condizioni mediche. Il team ha trovato una rara mutazione genetica, che ha mostrato che era a rischio di infarto improvviso. I risultati hanno anche previsto che Quake aveva un rischio del 23 percento di sviluppare un cancro alla prostata e un rischio dell'1,4 percento di sviluppare l'Alzheimer. Gli scienziati hanno utilizzato database e diverse pubblicazioni per analizzare i dati genomici. Anche se il sequenziamento genomico sta diventando più conveniente e gli strumenti analitici stanno diventando più affidabili, i ricercatori devono ancora affrontare le questioni etiche che circondano l'analisi genomica a livello di popolazione. === Farmacogenomica e Tossicogenomica === '''La farmacogenomica''' , o tossicogenomica, comporta la valutazione dell'efficacia e della sicurezza dei farmaci sulla base delle informazioni provenienti dalla sequenza genomica di un individuo. Possiamo studiare le risposte genomiche ai farmaci utilizzando animali da esperimento (come ratti o topi da laboratorio) o cellule vive in laboratorio prima di intraprendere studi sugli esseri umani. Studiare i cambiamenti nell'espressione genica potrebbe fornire informazioni sul profilo di trascrizione in presenza del farmaco, che possiamo utilizzare come indicatore precoce del potenziale di effetti tossici. Ad esempio, i geni coinvolti nella crescita cellulare e nella morte cellulare controllata, se disturbati, potrebbero portare alla crescita di cellule cancerose. Gli studi sull'intero genoma possono anche aiutare a trovare nuovi geni coinvolti nella tossicità dei farmaci. I professionisti medici possono utilizzare le informazioni personali sulla sequenza del genoma per prescrivere farmaci che saranno più efficaci e meno tossici sulla base del genotipo del singolo paziente. Le firme genetiche potrebbero non essere completamente accurate, ma i professionisti medici possono testarle ulteriormente prima che si manifestino sintomi patologici. === Genomica microbica: Metagenomica === Tradizionalmente, gli studiosi hanno insegnato microbiologia con la convinzione che sia meglio studiare i microrganismi in condizioni '''di coltura pura''' . Ciò comporta l'isolamento di un singolo tipo di cellula e la sua coltura in laboratorio. Poiché i microrganismi possono attraversare diverse generazioni nel giro di poche ore, i loro profili di espressione genica si adattano molto rapidamente al nuovo ambiente di laboratorio. Inoltre, la stragrande maggioranza delle specie batteriche resiste alla coltura in isolamento. La maggior parte dei microrganismi non vive come entità isolate, ma in comunità microbiche o biofilm. Per tutti questi motivi, la coltura pura non è sempre il modo migliore per studiare i microrganismi. '''La metagenomica''' è lo studio dei genomi collettivi di più specie che crescono e interagiscono in una nicchia ambientale. La metagenomica può essere utilizzata per identificare nuove specie più rapidamente e per analizzare l'effetto degli inquinanti sull'ambiente. === Genomica microbica: creazione di nuovi biocarburanti === La conoscenza della genomica dei microrganismi viene utilizzata per trovare modi migliori per sfruttare i '''biocarburanti''' da alghe e cianobatteri. Le principali fonti di carburante oggi sono carbone, petrolio, legno e altri prodotti vegetali, come l'etanolo. Sebbene le piante siano risorse rinnovabili, c'è ancora bisogno di trovare più fonti alternative di energia rinnovabile per soddisfare la domanda energetica della nostra popolazione. Il mondo microbico è una delle più grandi risorse di geni che codificano nuovi enzimi e producono nuovi composti organici, e rimane in gran parte inutilizzato. I microrganismi vengono utilizzati per creare prodotti, come '''enzimi''' utilizzati nella ricerca, antibiotici e altri meccanismi antimicrobici. La genomica microbica sta aiutando a sviluppare '''strumenti diagnostici''', '''vaccini migliorati''', nuovi '''trattamenti per le malattie''' e tecniche avanzate di '''bonifica ambientale'''. === Genomica mitocondriale === I mitocondri sono organelli intracellulari che contengono il proprio DNA. Il DNA mitocondriale muta a un ritmo rapido e gli scienziati spesso lo usano per studiare le relazioni evolutive. Un'altra caratteristica che rende interessante lo studio del genoma mitocondriale è che il DNA mitocondriale nella maggior parte degli organismi multicellulari passa dalla madre durante il processo di fecondazione. Per questo motivo, gli scienziati spesso usano la genomica mitocondriale per '''tracciare la genealogia'''. === Genomica in ambito forense === Gli esperti hanno utilizzato informazioni e indizi tratti da campioni di DNA sulle scene del crimine come prove nei casi giudiziari e hanno utilizzato marcatori genetici nell''''analisi forense'''. Anche l'analisi genomica è diventata utile in questo campo. La prima pubblicazione che mostrava il primo utilizzo della genomica in ambito forense è uscita nel 2001. Si è trattato di un tentativo collaborativo tra istituti di ricerca accademica e l'FBI per risolvere i misteriosi casi di antrace comunicati tramite il servizio postale statunitense. Utilizzando la genomica microbica, i ricercatori hanno determinato che il colpevole ha utilizzato uno specifico ceppo di antrace in tutte le spedizioni. === Genomica in agricoltura === La genomica può ridurre in una certa misura le prove e gli insuccessi coinvolti nella ricerca scientifica, il che potrebbe '''migliorare la qualità e la quantità della resa delle colture agricole'''. Collegare i tratti ai geni o alle firme genetiche aiuta a migliorare la selezione delle colture per generare ibridi con le qualità più desiderabili. Gli scienziati utilizzano i dati genomici per <u>identificare i tratti desiderabili e quindi trasferirli a un organismo diverso</u>. I ricercatori stanno scoprendo come la genomica può migliorare la qualità e la quantità della produzione agricola. Ad esempio, gli scienziati potrebbero utilizzare i tratti desiderabili per creare un prodotto utile o migliorare un prodotto esistente, come rendere una coltura sensibile alla siccità più <u>tollerante alla stagione secca</u>. === La genomica e la proteomica === Le proteine ​​sono i prodotti finali dei geni, che aiutano a svolgere la funzione codificata dal gene. Gli amminoacidi comprendono le proteine ​​e svolgono ruoli importanti nella cellula. Tutti gli enzimi (tranne i ribozimi) sono proteine ​​che agiscono come catalizzatori per influenzare la velocità delle reazioni. Le proteine ​​sono anche molecole regolatrici e alcune sono ormoni. Le proteine ​​di trasporto, come l'emoglobina, aiutano a trasportare l'ossigeno a vari organi. Anche gli anticorpi che difendono dalle particelle estranee sono proteine. Nello stato di malattia, la funzione delle proteine ​​può essere compromessa a causa di cambiamenti a livello genetico o a causa dell'impatto diretto su una proteina specifica. Un '''proteoma''' è l'intero set di proteine ​​prodotto da un tipo di cellula. Possiamo studiare i proteomi usando la conoscenza dei genomi perché i geni codificano per gli mRNA e gli mRNA codificano le proteine. Sebbene l'analisi degli mRNA sia un passo nella giusta direzione, non tutti gli mRNA vengono tradotti in proteine. '''La proteomica''' è lo studio della funzione dei proteomi. La proteomica integra la genomica ed è utile quando gli scienziati vogliono testare le loro ipotesi basate sui geni. Sebbene tutte le cellule degli organismi multicellulari abbiano lo stesso set di geni, il set di proteine ​​prodotte in tessuti diversi è diverso e dipende dall'espressione genica. Pertanto, il <u>genoma è costante, ma il proteoma varia ed è dinamico all'interno di un organismo</u>. Inoltre, gli RNA possono essere alternativamente giuntati (tagliati e incollati per creare nuove combinazioni e nuove proteine) e molte proteine ​​si modificano dopo la traduzione tramite processi come scissione proteolitica, fosforilazione, glicosilazione e ubiquitinazione. Esistono anche interazioni proteina-proteina, che complicano lo studio dei proteomi. Sebbene il genoma fornisca un modello, l'architettura finale dipende da diversi fattori che possono modificare la progressione degli eventi che generano il proteoma. La metabolomica è correlata alla genomica e alla proteomica. La '''metabolomica''' implica lo studio dei metaboliti di piccole molecole in un organismo. Il '''metaboloma''' è l'insieme completo di metaboliti che sono correlati al corredo genetico di un organismo. La metabolomica offre un'opportunità di confrontare il corredo genetico e le caratteristiche fisiche, così come il corredo genetico e i fattori ambientali. L'obiettivo della ricerca sul metaboloma è identificare, quantificare e catalogare tutti i metaboliti nei tessuti e nei fluidi degli organismi viventi. ==== Tecniche di base nell'analisi delle proteine ==== L'obiettivo finale della proteomica è identificare o confrontare le proteine ​​espresse da un dato genoma in condizioni specifiche, studiare le interazioni tra le proteine ​​e utilizzare le informazioni per prevedere il comportamento cellulare o sviluppare bersagli farmacologici. Proprio come gli scienziati analizzano il genoma utilizzando la tecnica di base del sequenziamento del DNA, la proteomica richiede tecniche per l'analisi delle proteine. La tecnica di base per l'analisi delle proteine, analoga al sequenziamento del DNA, è la spettrometria di massa. La spettrometria di massa identifica e determina le caratteristiche di una molecola. I progressi nella spettrometria hanno consentito ai ricercatori di analizzare campioni di proteine ​​molto piccoli. La cristallografia a raggi X, ad esempio, consente agli scienziati di determinare la struttura tridimensionale di un cristallo proteico a risoluzione atomica. Un'altra tecnica di imaging proteico, la risonanza magnetica nucleare (NMR), utilizza le proprietà magnetiche degli atomi per determinare la struttura tridimensionale della proteina in soluzione acquosa. Gli scienziati hanno anche utilizzato i microarray proteici per studiare le interazioni proteiche. Adattamenti su larga scala dello schermo di base a due ibridi ( Figura 17.17 ) hanno fornito la base per i microarray proteici. Gli scienziati utilizzano software per computer per analizzare l'enorme quantità di dati per l'analisi proteomica. Le analisi su scala genomica e proteomica fanno parte della '''biologia dei sistemi''' , che è lo studio di interi sistemi biologici (genomi e proteomi) in base alle interazioni all'interno del sistema. L'Istituto europeo di bioinformatica e l'Organizzazione del proteoma umano (HUPO) stanno sviluppando e stabilendo strumenti efficaci per esaminare l'enorme pila di dati della biologia dei sistemi. Poiché le proteine ​​sono prodotti diretti dei geni e riflettono l'attività a livello genomico, è naturale usare i proteomi per confrontare i profili proteici di diverse cellule per identificare proteine ​​e geni coinvolti nei processi patologici. La maggior parte delle sperimentazioni sui farmaci farmaceutici ha come target le proteine. I ricercatori usano le informazioni che ottengono dalla proteomica per identificare nuovi farmaci e comprenderne i meccanismi d'azione. ==== Proteomica del cancro ==== I ricercatori stanno studiando i genomi e i proteomi dei pazienti per comprendere la base genetica delle malattie. La malattia più importante che i ricercatori stanno studiando con approcci proteomici è il cancro. Questi approcci migliorano lo screening e la diagnosi precoce del cancro. I ricercatori sono in grado di identificare proteine ​​la cui espressione indica il processo della malattia. Una singola proteina è un '''biomarcatore'''; mentre un insieme di proteine ​​con livelli di espressione alterati è una '''firma proteica''' . Affinché un biomarcatore o una firma proteica siano utili come candidati per lo screening e la diagnosi precoce del cancro, devono essere secreti nei fluidi corporei, come sudore, sangue o urina, in modo che gli operatori sanitari possano eseguire screening su larga scala in modo non invasivo. L'attuale problema con l'uso di biomarcatori per la diagnosi precoce del cancro è l'alto tasso di risultati falsi negativi. Un '''falso negativo''' è un risultato del test errato che avrebbe dovuto essere positivo. In altre parole, molti casi di cancro non vengono rilevati, il che rende i biomarcatori inaffidabili. Alcuni esempi di biomarcatori proteici nella diagnosi del cancro sono CA-125 per il cancro ovarico e PSA per il cancro alla prostata. Le firme proteiche potrebbero essere più affidabili dei biomarcatori per rilevare le cellule tumorali. I ricercatori stanno anche utilizzando la proteomica per sviluppare piani di trattamento personalizzati, che implicano la previsione se un individuo risponderà o meno a farmaci specifici e gli effetti collaterali che l'individuo potrebbe sperimentare. I ricercatori utilizzano anche la proteomica per prevedere la possibilità di recidiva della malattia. Il National Cancer Institute ha sviluppato programmi per migliorare la diagnosi e il trattamento del cancro. Le Clinical Proteomic Technologies for Cancer e l'Early Detection Research Network sono sforzi per identificare le firme proteiche specifiche per diversi tipi di cancro. Il Biomedical Proteomics Program identifica le firme proteiche e progetta terapie efficaci per i pazienti oncologici. == Fonti == https://en.wikipedia.org/wiki/Outline_of_biotechnology https://en.wikipedia.org/wiki/Biotechnology https://it.wikipedia.org/wiki/Biotecnologia https://de.wikipedia.org/wiki/Biotechnologie https://es.wikipedia.org/wiki/Biotecnolog%C3%ADa fma023m4mkure2gke0r15hpj91xkll6 491861 491860 2026-04-15T05:52:13Z AGeremia 10319 /* Le biotecnologie rosse */ 491861 wikitext text/x-wiki {{Biologia per il liceo}} {{avanzamento|100%}} '''La biotecnologia''' è l'uso di agenti biologici per il progresso tecnologico. La biotecnologia è stata utilizzata per l'allevamento di bestiame e colture molto prima che le persone comprendessero le basi scientifiche di queste tecniche. Dalla scoperta della struttura del DNA nel 1953, il campo della biotecnologia è cresciuto rapidamente sia attraverso la ricerca accademica che attraverso aziende private. Le applicazioni principali di questa tecnologia sono in medicina (produzione di vaccini e antibiotici) e in agricoltura (modifica genetica delle colture per aumentare le rese). La biotecnologia ha anche molte applicazioni industriali, come la fermentazione, il trattamento delle fuoriuscite di petrolio e la produzione di biocarburanti. == Le prime applicazioni delle biotecnologie == [[File:The_Brewer_designed_and_engraved_in_the_Sixteenth._Century_by_J_Amman.png|miniatura|367x367px|Il Birraio, disegnato e inciso nel XVI secolo da Jost Amman.]] Le più antiche applicazioni della biotecnologia, conosciute da oltre 5.000 anni, sono la produzione di '''pane''' , '''vino''' o '''birra''' ( fermentazione alcolica ) utilizzando il '''lievito''', che appartiene ai funghi . L'uso di batteri lattici ha permesso anche di produrre pasta madre (pane lievitato) e prodotti a base di latte acido come '''formaggio''' , '''yogurt''' , latte acido o '''kefir''' . Uno dei primi usi della bioingegneria, oltre alla nutrizione, fu la concia e il decapaggio delle pelli utilizzando feci e altri materiali contenenti enzimi per produrre pelle. Gran parte della biotecnologia si basava su questi processi produttivi fino al Medioevo, intorno al 1650, quando apparve il primo processo biotecnico per la produzione dell''''aceto'''. La biotecnologia moderna si basa essenzialmente sulla microbiologia , emersa nella seconda metà del XIX secolo. Soprattutto, lo sviluppo di metodi di coltivazione , coltura pura e sterilizzazione da parte di Louis Pasteur gettò le basi per lo studio e l'applicazione ( microbiologia applicata ) dei '''microrganismi''' . Nel 1867 Pasteur riuscì a isolare i batteri dell'acido acetico e il lievito di birra utilizzando questi metodi . Intorno al 1890 lui e Robert Koch svilupparono le prime '''vaccinazioni''' basate su agenti patogeni isolati , gettando così le basi per la biotecnologia medica . Il giapponese Jōkichi Takamine fu il primo a isolare un unico enzima per uso tecnico, '''l'alfa-amilasi''' (che brevettò nel 1894). Alcuni anni dopo, il chimico tedesco Otto Röhm utilizzò le '''proteasi animali''' (enzimi di degradazione delle proteine) provenienti dagli scarti della macellazione come detergenti e additivi per la produzione della pelle. La produzione su larga scala di '''butanolo''' e '''acetone''' attraverso la fermentazione del batterio ''Clostridium acetobutylicum'' fu descritta e sviluppata nel 1916 dal chimico e poi presidente israeliano Charles Weizmann .  È stato il primo sviluppo della biotecnologia bianca . Il processo fu utilizzato fino alla metà del XX secolo, ma fu poi sostituito dalla più economica sintesi petrolchimica dalla frazione propene del petrolio . A partire dal 1920, '''l'acido citrico''' fu prodotto dalla fermentazione superficiale del fungo ''Aspergillus niger'' . Nel 1957, l' amminoacido '''acido glutammico''' fu prodotto per la prima volta utilizzando il batterio del suolo ''Corynebacterium glutamicum.'' Nel 1928/29 Alexander Fleming scoprì la prima '''penicillina antibiotica''' per uso medico nel fungo ''Penicillium chrysogenum'' . Questo fu seguito nel 1943 dall'antibiotico '''streptomicina''' di Selman Waksman , Albert Schatz ed Elizabeth Bugie . Nel 1949 la produzione di '''steroidi''' fu implementata su scala industriale. All'inizio degli anni '60, le '''proteasi''' di derivazione biotecnologica furono aggiunte per la prima volta ai '''detersivi''' per rimuovere le macchie proteiche . Nella produzione del formaggio , dal 1965, il '''caglio''' di vitello può essere sostituito dalla rennina prodotta da microrganismi . Dal 1970 in poi è stato possibile produrre biotecnicamente '''amilasi''' e altri enzimi che scindono l'amido, con i quali ad es. B. L'amido di mais viene convertito nel cosiddetto “'''sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio'''” e utilizzato come sostituto dello zucchero di canna ( saccarosio ), ad es. B. potrebbe essere utilizzato nella produzione di bevande.<gallery> File:Bread 2.jpg|Pane File:Red Wine Glass.jpg|Vino File:NCI Visuals Food Beer.jpg|Birra File:Hartkaese HardCheeses.jpg|Formaggio File:Turkish strained yogurt.jpg|Yogurt File:Essig-1.jpg|Aceto File:Zitronensäure - Citric acid.svg|Acido citrico File:Penicillin core.svg|Penicillina File:Salivary alpha-amylase 1SMD.png|Amilasi </gallery> == Le biotecnologie rosse == In medicina, le moderne biotecnologie hanno molte applicazioni in vari settori quali: * la scoperta e la produzione di farmaci * la produzione di vaccini efficaci e a basso rischio * la terapia genica * la terapia con cellule staminali * l'editing genetico con CRISPR/Cas9 a scopi terapeutici * la farmacogenomica * i test genetici (o screening genetici ). Nel 2021, quasi il 40% del valore aziendale totale delle aziende biotecnologiche farmaceutiche in tutto il mondo era attivo in oncologia , con neurologia e malattie rare come altre due grandi applicazioni. === La scoperta e produzione di farmaci === La biotecnologia ha contribuito alla scoperta e alla produzione di farmaci tradizionali a piccole molecole , nonché di farmaci che sono il prodotto della biotecnologia, la biofarmaceutica . La moderna biotecnologia può essere utilizzata per produrre medicinali esistenti in modo relativamente semplice ed economico. I primi prodotti geneticamente modificati sono stati medicinali progettati per curare malattie umane. Per citare un esempio, nel 1978 Genentech ha sviluppato '''l'insulina sintetica''' umana unendo il suo gene con un vettore plasmidico inserito nel batterio ''Escherichia coli''. L'insulina, ampiamente utilizzata per il trattamento del diabete, era precedentemente estratta dal pancreas di animali da macello (bovini o maiali). La biotecnologia utilizzata è quella del '''DNA ricombinante''', ovverosia si usano principalmente '''batteri geneticamente modificati''' in grado di produrre grandi quantità di proteine sintetiche a costi relativamente bassi. Molti farmaci vengono prodotti con la tecnologia del DNA ricombinante, ad esempio: # '''ormoni di natura proteica''' come '''l'ormone della crescita''' (GH), '''l'eritropoietina''' (Epo) e '''l'insulina'''. # '''fattori di coagulazione''' del sangue (fattore VIII e fattore IX) # '''anticorpi monoclonali'''. Sono simili agli anticorpi che il sistema immunitario umano usa per combattere batteri e virus, ma sono "progettati su misura" (usando la tecnologia degli ibridomi o altri metodi) e possono quindi essere realizzati specificamente per contrastare o bloccare qualsiasi sostanza nel corpo, o per colpire qualsiasi tipo di cellula specifica; # '''proteine di fusione''': le proteine di fusione o proteine chimeriche sono proteine formate a partire dalla traduzione di due o più geni originariamente indipendenti e successivamente fusi insieme, a causa di un processo naturale o di opportune modificazioni in laboratorio. Ciascuno di questi geni avrebbe dato origine a una proteina indipendente, se non fosse stato associato all'altro o agli altri geni. Un esempio di proteina di fusione ottenuta in laboratorio è l'''abatacept'': si tratta di un farmaco utilizzato nella terapia dell'artrite reumatoide ed è costituito da un'immunoglobulina fusa insieme all'antigene citotossico della popolazione CTLA-4 dei linfociti T. === La produzione di vaccini === Il '''vaccino''' è un preparato biologico prodotto allo scopo di conferire l'immunità acquisita attiva contro un particolare tipo di infezione ai soggetti a cui è somministrato. I vaccini possono essere prodotti in vario modo. Esistono vaccini che contengono: # '''''organismi vivi attenuati''''', come i vaccini contro la poliomielite di Sabin (OPV), febbre gialla, morbillo, parotite, rosolia, varicella, rotavirus e vaiolo. I vaccini di questo tipo sono composti da organismi intatti, resi non patogenici trattandoli per ''attenuarne'' la capacità di causare la malattia oppure uccidendoli senza perderne l'immunogenicità. In generale, il maggior difetto dei vaccini attenuati è che possono regredire nella forma virulenta, cosa che non accade nei vaccini inattivati. Nonostante i ceppi selezionati abbiano una bassa patogenicità, la grande capacità di mutare dei virus può portare in rari casi ad un loro riacquisto di azione patogena. L'unico caso effettivamente documentato a riguardo è quello del vaccino attenuato antipolio (vaccino orale di Sabin) # '''''organismi inattivati o uccisi''''', come i vaccini contro la poliomielite di Salk (IPV), rabbia, influenza, pertosse, colera, epatite A, febbre tifoide e peste. I vaccini inattivati si ottengono trattando i patogeni in modo da rendere impossibile loro di replicarsi. Per ottenere l'obiettivo prefissato in linea teorica basta trattare il composto con del calore, il quale però causa la denaturazione delle proteine (e conseguentemente la loro inattivazione a fini immunogenici); in genere si preferisce quindi un'inattivazione chimica con formaldeide o altre sostanze. A differenza dei vaccini attenuati, richiedono ripetuti richiami per mantenere lo stato di immunità nell'organismo e sono molto più sicuri dal momento che non mantengono la capacità di replicarsi e di regredire alla forma nativa. # '''''antigeni purificati''''' (o ''vaccini a subunità''), come i vaccini (costituiti da anatossine) contro il tetano o la difterite. I vaccini a subunità sono composti da antigeni purificati, cioè antigeni o pezzi di essi ricavati da un microrganismo o dalle sue tossine. Molti organismi, come ad esempio il tetano e la difterite, esprimono la loro virulenza tramite delle esotossine. # '''''antigeni ricombinanti''' e peptidi sintetici'', come il vaccino contro l'epatite B. I peptidi sintetici e gli antigeni ricombinanti sono di interesse recente e prevedono la produzione degli antigeni voluti per formare il vaccino usando varie tecnologie, tra cui il DNA ricombinante. # '''''DNA o RNA''''', come diversi vaccini contro il SARS-CoV2. Queste due tecniche si basano sulla possibilità di far produrre alle cellule dell'organismo da immunizzare gli antigeni che devono scatenare la risposta immunitaria. Questo può avvenire in due modi: infettando le cellule con un virus non citopatico (cioè che non le uccide) oppure inoculando un plasmide contenente un cDNA: in entrambi i casi si introduce un acido nucleico codificante per l'antigene. Questi approcci hanno il vantaggio di essere gli unici capaci di generare una risposta dei linfociti citotossici. Un vaccino a RNA agisce mediante l'ingresso di frammenti di mRNA nelle cellule del soggetto vaccinato, inducendole a produrre antigeni dei microrganismi patogeni (ad esempio spike virali) o antigeni tumorali al fine di indurre una risposta immunitaria adattativa contro tali bersagli # '''''vaccini coniugati''','' che consentono una maggiore risposta immunitaria e vengono spesso utilizzati nei vaccini contenenti antigeni polisaccaridici (più difficili da riconoscere per i linfociti) quali quelli contro meningococchi, pneumococchi ed Haemophilus influenzae di tipo B. Si tratta di raggruppamenti di vaccini diversi, ottenuti da microrganismi attenuati # '''Vaccini ottenuti da piante OGM'''. L'idea di produrre vaccini tramite piante transgeniche è stata identificata già nel 2003. Piante come il tabacco, la patata, il pomodoro e la banana possono avere geni inseriti che le inducono a produrre vaccini utilizzabili per gli esseri umani. Ad es. nel 2005, sono state sviluppate banane che producono un vaccino umano contro l' epatite B. Il vaccino può essere estratto e purificato dalla pianta, oppure somministrato direttamente col consumo della pianta stessa. Rappresenta un modo economico per produrre, conservare e somministrare un vaccino. Ad oggi, nelle piante si sono ottenuti con notevole successo un farmaco per il morbo di Gaucher, un anticorpo monoclonale contro Ebola, vaccini contro l’influenza aviaria e quella stagionale, epatite B e papilloma. <gallery> File:Polio vaccine poster.jpg|Questo manifesto del 1963 mostra il simbolo nazionale CDC di salute pubblica, la "Wellbee", incoraggiando il pubblico a ricevere un vaccino orale antipolio File:Poliodrops.jpg|Somministrazione del vaccino antipolio Sabin File:PittPolioVaccineCoL.jpg|Somministrazione della vaccinazione antipolio di tipo ''Salk'', nel 1957 File:Preparation of measles vaccines.jpg|Preparazione di virus attenuati coltivati in uova di gallina. Alcuni tipi di vaccini antinfluenzali sono esempi di vaccini preparati con tale metodo. File:Diphtheria toxin 1DDT.png|Esotossina della difterite File:Diphtheria antitoxin 1925 (cropped).jpg|Vaccino per la difterite del 1925 File:Opisthotonus in a patient suffering from tetanus - Painting by Sir Charles Bell - 1809.jpg|Il tetano si presenta come una paralisi spastica in tutto il corpo File:Hepatitis B virus v2 (3).svg|Virus dell'epatite B File:MRNA vaccines against the coronavirus.webm|Come funziona un vaccino a RNA File:52200595641faf19a1b91o. COVID-19 mRNA Vaccines.jpg|infografica sul vaccino a MRNA File:How mRNA COVID-19 Vaccines Work (English).pdf|Come funziona il vaccino a mRNA File:Moderna COVID-19 vaccine (2021) G.jpg|Vaccino Moderna a RNA </gallery> === La terapia genica === [[File:Viral mediated delivery of genes to neurons 1.jpg|miniatura|746x746px|Schema di una terapia genica mediata da virus]] Con '''terapia genica''' si intende la modifica del materiale genetico (DNA) all'interno delle cellule al fine di poter curare delle patologie (es. malattie genetiche). La terapia genica si propone di curare una patologia causata dall'assenza o dal difetto di uno o più geni (mutati) con la sostituzione con una variante "sana". Dunque, è necessario in primo luogo identificare il singolo gene o i diversi geni responsabili della malattia genetica. Sebbene le terapie siano generalmente sperimentali, si può tentare in secondo luogo - almeno per alcune malattie - la sostituzione dei geni malati sfruttando, ad esempio, come vettore un virus reso inattivo, svuotato preventivamente del suo corredo genetico. Con un meccanismo piuttosto complesso, che richiede l'uso di 'forbici' molecolari enzimatiche, enzimi di restrizione (con cui si preleva il gene "sano") si può poi 'correggere' il DNA, rimpiazzando le sequenze difettose, in modo tale che la cellula sintetizzi correttamente le proteine necessarie al corretto funzionamento metabolico. Esistono due tipologie di terapia genica: quella delle cellule germinali e quella delle cellule somatiche. La prima si propone di trasfettare le cellule della linea germinale come spermatozoi ed ovociti o le cellule staminali totipotenti dei primissimi stadi dello sviluppo dell'embrione (alla fase di 4-8 cellule), ma attualmente essa non viene messa in pratica sia per ragioni tecniche e, soprattutto, per i grandissimi dilemmi etici che solleva. La seconda tipologia, invece, si propone di modificare solamente le cellule somatiche, senza intaccare, quindi, la linea germinale; oggigiorno è la via più studiata e tentata. La terapia genica delle cellule somatiche, a sua volta, viene suddivisa in due gruppi: la terapia genica ''ex vivo'' e quella ''in vivo''. Di recente interesse è la possibilità dell'editing genico terapeutico con CRISPR/Cas9. ==== La terapia genica ''ex vivo'' ==== È la tipologia che venne messa in pratica per prima e consiste nel prelievo delle cellule somatiche della persona interessata. Esse, successivamente, vengono messe in coltura in laboratorio. Durante questo tempo vengono anche trasdotte con il gene d'interesse, inserito tramite un apposito vettore (spesso vengono usati vettori virali), e successivamente vengono reinfuse o reimpiantate nel corpo del soggetto. Tale procedura è sicuramente la più lunga e la più costosa delle due ma permette di selezionare ed amplificare le cellule d'interesse ed inoltre gode d'una maggior efficienza. È attualmente la modalità più utilizzata ma è riservata solamente a quei casi in cui sia possibile prelevare, mettere le cellule in cultura e reinserirle nell'organismo. ==== La terapia genica ''in vivo'' ==== Viene attuata in tutti quei casi in cui le cellule non possono essere messe in coltura, o prelevate e reimpiantate, come quelle del cervello o del cuore e della maggior parte degli organi interni; inoltre, rappresenta un modello terapeutico con elevata ottemperanza e molto economico ma, attualmente, di più difficile applicazione. In questo caso il gene, o l'oligonucleotide d'interesse viene inserito nell'organismo, tramite un opportuno vettore, direttamente per via locale o sistemica. ==== L'editing genetico ==== L'introduzione dell'editing genetico CRISPR ha aperto nuove porte alla sua applicazione e utilizzo nella terapia genica, poiché invece della semplice sostituzione di un gene, consente la correzione del particolare difetto genetico.  Soluzioni agli ostacoli medici, come l'eradicazione dei serbatoi latenti del virus dell'immunodeficienza umana ( HIV ) e la correzione della mutazione che causa l'anemia falciforme, potrebbero essere disponibili come opzione terapeutica in futuro. In vivo, i sistemi di editing genetico che utilizzano CRISPR sono stati utilizzati in studi sui topi per trattare il cancro e sono stati efficaci nel ridurre i tumori. ==== Applicazioni ==== Nel 1990 William French Anderson realizzò con successo la prima terapia genica applicata a un essere umano, una bambina affetta da ADA-SCID. Da allora sono molteplici le applicazioni, anche se molto costose, ad esempio: * '''Malattie ereditarie''' come: ** Terapia della SCID (costo ~ 600.000 €) ** Deficit di Ornitina-Transcarbamilasi ** Atrofia muscolare spinale (~ 2.000.000 €) ** β -talassemia (~ 1.600.000 €) ** Carenza di lipoproteina lipasi ** Adrenoleucodistrofia cerebrale ** Carenza di L-aminoacido decarbossilasi aromatica (AADC) ** Emofilia ** Amaurosi congenita di Leber (~ 720.000 €) ** Neuropatia ottica ereditaria di Leber (LHON) * '''Terapie del cancro''' ** Leucemia linfocitica acuta ** Linfoma diffuso a grandi cellule B ** Melanoma maligno (~ 50.000 €) ** Linfoma a cellule mantellari ** Mieloma multiplo * '''Terapia dell'infezione da HIV-1''' (in fase di sperimentazione) <gallery> File:ExVivoGeneTherapy.jpg|Schema della terapia genica ex vivo File:In vivo gene therapy.jpg|Schema della terapia genica In vivo File:Hemoglobin H disease.jpg|Globuli rossi anomali per la beta talassemia File:Albero-discendenza-vittoria.jpg|Albero genealogico della discendenza della Regina Vittoria, con indicati i casi accertati di omozigosi ed eterozigosi per l'emofilia File:A woman suffering from Hemophilia.png|Una donna affetta da emofilia, con incapacità di formare coaguli di sangue File:NodularMelanomaEvolution.jpg|Sviluppo di un melanoma maligno File:HI-Virion-it.svg|Il virus dell'HIV </gallery> === La terapia con cellule staminali === Le cellule staminali possono essere distinte in base al loro potenziale di differenziazione: * cellule staminali '''totipotenti''': capaci di dare origine a qualsiasi tipo di cellula, e quindi a un intero organismo; * cellule staminali '''pluripotenti''': capaci di produrre tutti i tipi cellulari tranne le appendici embrionali  ; * cellule staminali '''multipotenti''': capaci di dare origine a diversi tipi di cellule ma non appartenenti a tutti gli strati (ad esempio, le cellule della cresta neurale danno origine a cellule ectodermiche e mesodermiche ma non endodermiche  ) * cellule staminali '''unipotenti''': che possono produrre un solo tipo di cellula (possono però, come ogni cellula staminale, autorinnovarsi, da qui l'importanza di distinguerle dai precursori). Ad esempio, possiamo citare le cellule satelliti dei muscoli striati scheletrici. [[File:Stem_cells_diagram.png|centro|miniatura|620x620px|Cellule totipotenti, pluripotenti e unipotenti]] La terapia con cellule staminali è l'uso di cellule staminali per trattare o prevenire una malattia o una condizione. Il trapianto di midollo osseo è una forma di terapia con cellule staminali che è stata utilizzata per molti anni perché ha dimostrato di essere efficace negli studi clinici.  L'impianto di cellule staminali può aiutare a rafforzare il ventricolo sinistro del cuore, nonché a trattenere il tessuto cardiaco nei pazienti che hanno sofferto di infarti in passato. Per oltre 90 anni, il trapianto di cellule staminali emopoietiche (HSCT) è stato utilizzato per curare persone con condizioni come la leucemia e il linfoma; questa è l'unica forma di terapia con cellule staminali ampiamente praticata.  A partire dal 2016 , l'unica terapia consolidata che utilizza le cellule staminali è il trapianto di cellule staminali emopoietiche.  Questo di solito assume la forma di un trapianto di midollo osseo, ma le cellule possono anche essere derivate dal sangue del cordone ombelicale. Sono in corso ricerche per sviluppare varie fonti di cellule staminali e per applicare trattamenti con cellule staminali per malattie neurodegenerative  e condizioni come il diabete e le malattie cardiache. Una '''cellula staminale pluripotente indotta''' (conosciuta anche come '''iPS''' o '''iPSC''' dall'inglese ''Induced Pluripotent Stem Cell'') è un tipo di cellula staminale generata artificialmente a partire da una terminalmente differenziata (in genere una cellula somatica adulta), mediante l'introduzione di quattro geni specifici codificanti determinati fattori di trascrizione che ne inducono la conversione in cellula staminale di una specifica linea cellulare, che a sua volta potrà svilupparsi in cellula differenziata. Sulla base di tali proprietà, le iPSC offrono grandi speranze nel campo della medicina rigenerativa: la possibilità di indurne la differenziazione nella maggior parte dei tipi cellulari di un organismo (come ad esempio cellule neuronali, pancreatiche, cardiache ed epatiche), può essere sfruttata nella rigenerazione di tessuti o organi danneggiati. Le cellule staminali pluripotenti meglio caratterizzate sono quelle embrionali ma il loro utilizzo comporta problemi etici associati alla manipolazione e/o alla distruzione dell'embrione nella fase di preimpianto. Tali problemi possono essere evitati utilizzando cellule staminali derivate da quelle adulte indotte alla pluripotenza. Ciò permette la loro applicazione in trapianti autologhi, che riducono il rischio di rigetto, anche se tale tecnologia non è ritenuta del tutto sicura. Le iPSC vengono anche utilizzate per lo sviluppo di cure personalizzate sulla base della loro risposta a trattamenti farmacologici.<gallery> File:Stem cell treatments.svg|Malattie e condizioni in cui il trattamento con cellule staminali è promettente o emergente File:The development and the ways to rejuvenate cells - en.svg|Tipi di cellule staminali File:Schematic representation of delivery or induction of OSKM factors to convert somatic cells into pluripotent cells and differentiation the iPSC into a wide range of individual cells from the three germ layers.png|Rappresentazione schematica della conversione delle cellule somatiche in cellule pluripotenti e differenziazione delle iPSC in un'ampia gamma di singole cellule </gallery> === L'editing genetico con CRISPR/Cas9 === La tecnica CRISPR è una tecnica di editing genomico. Non è l'unica, in passato sono state messe a punto altre tecniche meno efficaci come la ZFN e la TALEN. L'acronimo CRISPR sta per "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats" e identifica una tecnica di ingegneria genetica usata in biologia molecolare. Si basa su una versione semplificata di un sistema di difesa contro i virsus che si trova nei batteri (CRISPR-Cas9). Fornendo la nucleasi Cas9 complessata con un RNA guida sintetico (gRNA) in una cellula, il genoma della cellula può essere tagliato nella posizione desiderata, consentendo la rimozione dei geni esistenti e/o l'aggiunta di nuovi in vivo. La tecnica è considerata molto significativa nel campo della biotecnologia e della medicina poiché consente di modificare i genomi in vivo in modo molto preciso, economico e semplice. Può essere utilizzato nella creazione di nuovi medicinali, prodotti agricoli e organismi geneticamente modificati o come mezzo per controllare agenti patogeni e parassiti. Ha anche possibilità di uso nel trattamento delle malattie genetiche ereditarie e delle malattie derivanti da mutazioni somatiche come il cancro. Sebbene ampiamente accettata in ambito agrario e biotecnologico, il suo utilizzo nella modificazione genetica della linea germinale umana è ad oggi molto controverso. [[File:MEGANUCLEASE-ZFN-TALEN-CRISPR-text-to-path.svg|centro|miniatura|668x668px|Schema di utilizzo di CRISPR/Cas9 (e altre tecniche prima utilizzate come ZFN e TALEN)]] Il sistema CRISPR/Cas può essere utilizzato, tra l'altro, per l'editing del genoma (delezioni/ eliminazioni di geni  e inserimenti) e quindi anche per la terapia genica. Tuttavia, ciò che potrebbe essere problematico per le applicazioni umane è che il sistema immunitario riconosce l’endonucleasi Cas9, che è di origine batterica, come antigene. Possibili applicazioni dell'editing genomico sono: * la rimozione dei genomi di agenti patogeni di malattie infettive croniche come il virus dell'epatite B e l'HIV * correggere le mutazioni nella generazione di cellule staminali pluripotenti indotte e di cellule staminali embrionali * trattamento delle malattie genetiche ereditarie * trattamento dei tumori === La farmacogenomica === La farmacogenomica (una combinazione di farmacologia e genomica ) è la tecnologia che analizza come il patrimonio genetico influenza la risposta di un individuo ai farmaci.  I ricercatori nel campo studiano l'influenza della variazione genetica sulle risposte ai farmaci nei pazienti correlando l'espressione genica o i polimorfismi a singolo nucleotide con l'efficacia o la tossicità di un farmaco .  Lo scopo della farmacogenomica è quello di sviluppare farmaci che, rispetto al genotipo dei pazienti, garantiscono la massima efficacia con effetti avversi minimi.  Tali approcci promettono l'avvento della "medicina personalizzata"; in cui i farmaci e le combinazioni di farmaci sono ottimizzati per il patrimonio genetico unico di ogni individuo. === I test genetici === [[File:Phenylketonuria_testing.jpg|miniatura|260x260px|Test della fenilchetonuria su un neonato]] I test genetici consentono la diagnosi genetica delle vulnerabilità alle malattie ereditarie e possono anche essere utilizzati per determinare la parentela di un bambino (madre e padre genetici) o in generale l'ascendenza di una persona . Oltre a studiare i cromosomi a livello di singoli geni, i test genetici in senso più ampio includono test biochimici per la possibile presenza di malattie genetiche o forme mutanti di geni associate a un rischio aumentato di sviluppare disturbi genetici. I test genetici identificano cambiamenti nei cromosomi , nei geni o nelle proteine.  Nella maggior parte dei casi, i test vengono utilizzati per trovare cambiamenti associati a disturbi ereditari. I risultati di un test genetico possono confermare o escludere una sospetta condizione genetica o aiutare a determinare la possibilità di una persona di sviluppare o trasmettere un disturbo genetico . Nel 2011 erano in uso diverse centinaia di test genetici.  Poiché i test genetici possono aprire problemi etici o psicologici, i test genetici sono spesso accompagnati da consulenza genetica. == Le biotecnologie verdi == === Biotecnologie verdi con transgenesi (con geni estranei all'organismo GM) === Le colture geneticamente modificate ("colture GM" o "colture biotech") sono piante utilizzate in agricoltura , il cui DNA è stato modificato con tecniche di ingegneria genetica . Nella maggior parte dei casi, l'obiettivo principale è introdurre una nuova caratteristica che non si verifica naturalmente nella specie. Le aziende biotecnologiche possono contribuire alla futura sicurezza alimentare migliorando la nutrizione e la vitalità dell'agricoltura urbana. Inoltre, la protezione dei diritti di proprietà intellettuale incoraggia gli investimenti del settore privato nell'agrobiotecnologia. Esempi nelle colture alimentari includono la '''resistenza a certi parassiti''',  '''malattie''',  '''condizioni ambientali stressanti''',  '''resistenza ai trattamenti chimici''' (ad esempio resistenza a un erbicida  ), riduzione del deterioramento,  o '''miglioramento''' del profilo nutrizionale della coltura.  Esempi nelle colture non alimentari includono la '''produzione di agenti farmaceutici''' ,  '''biocarburanti''' ,  e altri beni utili all'industria,  così come per la '''biorisanamento''' . Gli agricoltori hanno ampiamente adottato la tecnologia GM. Tra il 1996 e il 2011, la superficie totale di terra coltivata con colture GM è aumentata di un fattore 94, da 17.000 a 1.600.000 chilometri quadrati (da 4.200.000 a 395.400.000 acri).  Nel 2010, il 10% delle terre coltivate del mondo è stato piantato con colture GM.  Nel 2011, 11 diverse colture transgeniche sono state coltivate commercialmente su 395 milioni di acri (160 milioni di ettari) in 29 paesi come Stati Uniti, Brasile , Argentina , India , Canada, Cina, Paraguay, Pakistan, Sud Africa, Uruguay, Bolivia, Australia, Filippine, Myanmar, Burkina Faso, Messico e Spagna. [[File:Feldbefreiung.jpg|miniatura|376x376px|Mais Bt]] Gli alimenti geneticamente modificati sono alimenti prodotti da organismi che hanno subito modifiche specifiche nel loro DNA con metodi di ingegneria genetica . Queste tecniche hanno consentito l'introduzione di nuove caratteristiche delle colture e un controllo molto maggiore sulla struttura genetica di un alimento rispetto a quanto precedentemente consentito da metodi quali l'allevamento selettivo e l'allevamento per mutazione .  La vendita commerciale di alimenti geneticamente modificati è iniziata nel 1994, quando la Calgene ha commercializzato per la prima volta il suo pomodoro a maturazione ritardata Flavr Savr .  Ad oggi la maggior parte delle modifiche genetiche degli alimenti si è concentrata principalmente su colture commerciali molto richieste dagli agricoltori come '''soia''' , '''mais''' , canola (una varietà di '''colza''') e olio di semi di '''cotone''' . Questi sono stati progettati per '''resistere a patogeni ed erbicidi''' e per profili nutrizionali migliori. Anche il bestiame GM è stato sviluppato sperimentalmente; nel novembre 2013 nessuno era disponibile sul mercato,  ma nel 2015 la FDA ha approvato il primo salmone GM per la produzione e il consumo commerciale. Il '''mais Bt''': si tratta di una modifica genetica che permette alla pianta di difendersi dagli attacchi degli insetti, dovuta a un gene inserito nel suo DNA, che gli permette di produrre una proteina che danneggia gli insetti che cercano di nutrirsene. Il gene inserito, tratto dal Bacillus thuringiensis, produce la Delta-endotossina (o tossina Bt), sostanza innocua per l'uomo ma velenosa per gli insetti dell'ordine dei Lepidotteri, tra cui la Piralide del mais europea. Per queste ragioni, le piante geneticamente modificate con la delta-endotossina vengono coltivate su larga scala in tutto il mondo. [[File:AreialSeedingPlane.jpg|sinistra|miniatura|Trattamento con erbicida della soia]] Si dicono '''''Roundup ready''''' (trad. pronto per il Roundup, abbreviato ''RR'') quelle colture geneticamente modificate al fine di tollerare erbicidi a base di glifosato. Si tratta di un marchio registrato dalla multinazionale Monsanto il cui nome (''Roundup'') deriva da quello commerciale del principio attivo distribuito dalla stessa Monsanto; la prima coltura RR è stata la soia, seguita da altre come cotone, mais, colza. I vantaggi delle colture ''Roundup ready'' consistono essenzialmente in un controllo delle piante infestanti assai semplificato, che non sarebbe possibile in colture tradizionali, basato solo sul diserbo chimico con glifosato anche in "copertura" (cioè in presenza della vegetazione della coltura, che per l'appunto è resa tollerante all'erbicida grazie all'inserimento di un transgene). La '''soia ''Roundup Ready''''' è in assoluto il prodotto transgenico maggiormente coltivato nel mondo, rappresentando l'87% della soia coltivata negli Stati Uniti, e il 60% a livello globale (nel 2005). Recentemente è stata sviluppata la seconda generazione di soia ''Roundup Ready'', che associa al gene per la resistenza agli erbicidi una produttività del 4-7% superiore alle altre varietà. Tuttavia il principio base secondo molti studiosi sarebbe pericoloso per l'uomo e per gli animali che si nutrono di mangimi a base di soia e altri mangimi trattati con il Glifosato in relazione alla possibilità che quest'ultimo residui nei prodotti alimentari. La reale pericolosità del Glifosato è oggetto di accesi dibattiti. [[File:Golden Rice.jpg|miniatura|387x387px|Golden rice]] Il '''Golden Rice''' o Riso dorato è una varietà di riso prodotta attraverso una modifica genetica che introduce la via di biosintesi del precursore beta-carotene della provitamina nelle parti commestibili del riso. In particolare sono stati introdotti i geni '''psy''' (fitoene sintasi) del Narciso e del Mais e il gene '''crtI''' (carotene desaturasi) di un batterio del suolo, Erwinia uredovora. La pro-vitamina A, che il metabolismo umano trasforma in vitamina A, è presente naturalmente in molti alimenti come le carote, il fegato, le uova e il burro, che risultano tuttavia inaccessibili a molti milioni di famiglie che si nutrono quasi esclusivamente di riso. Allo scopo di introdurre vitamina A nella dieta di queste popolazioni, è stata creata una pianta di riso ricca in beta-carotene. Secondo l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) oltre 100 milioni di bambini poveri nel mondo hanno una dieta carente di vitamina A e, per questa ragione, migliaia di bambini diventano ciechi ogni anno. Al fine di evitare patologie oculari, sarebbe sufficiente che queste popolazioni assumessero un quantitativo maggiore di vitamina. Il progetto è andato più lento del previsto e solo nel 2008 sono stati seminati i primi campi di Golden Rice nelle Filippine. I ritardi non sono dovuti soltanto a opposizione di molte organizzazioni anti-biotech responsabili della distruzione di diversi campi sperimentali ma anche per problemi legali in quanto la distribuzione, anche gratuita, del Golden Rice avrebbe causato una violazione dei diritti intellettuali di almeno una settantina di brevetti detenuti da multinazionali e università. Attualmente il Golden rice viene prodotto e distribuito unicamente in Bangladesh a causa dei rallentamenti provocati dallo scetticismo da parte della popolazione nei confronti dei possibili benefici dell’ingegneria genetica. Esiste un consenso scientifico  sul fatto che gli alimenti attualmente disponibili derivati ​​da colture geneticamente modificate non presentano rischi maggiori per la salute umana rispetto agli alimenti convenzionali,  ma che ogni alimento geneticamente modificato deve essere testato caso per caso prima di essere introdotto.  Tuttavia, i membri del pubblico sono molto meno propensi degli scienziati a percepire gli alimenti geneticamente modificati come sicuri.  Lo status legale e normativo degli alimenti geneticamente modificati varia a seconda del paese, con alcune nazioni che li vietano o li limitano, e altre che li consentono con gradi di regolamentazione molto diversi. Le colture geneticamente modificate offrono anche una serie di benefici ecologici, se non utilizzate in eccesso.  Le colture resistenti agli insetti hanno dimostrato di ridurre l’uso di pesticidi, riducendo quindi l’impatto ambientale dei pesticidi nel loro complesso.  Tuttavia, gli oppositori hanno sollevato obiezioni alle colture geneticamente modificate in sé per diversi motivi, tra cui preoccupazioni ambientali, se il cibo prodotto da colture geneticamente modificate sia sicuro, se le colture geneticamente modificate siano necessarie per soddisfare le esigenze alimentari mondiali e preoccupazioni economiche sollevate dal fatto che questi organismi sono soggetti alla legge sulla proprietà intellettuale. La biotecnologia ha diverse applicazioni nel campo della sicurezza alimentare. Colture come il riso dorato sono progettate per avere un contenuto nutrizionale più elevato e c'è il potenziale per prodotti alimentari con una durata di conservazione più lunga.  Sebbene non siano una forma di biotecnologia agricola, i vaccini possono aiutare a prevenire le malattie riscontrate nell'agricoltura animale. Inoltre, la biotecnologia agricola può accelerare i processi di allevamento per ottenere risultati più rapidi e fornire maggiori quantità di cibo.  La ​​biofortificazione transgenica nei cereali è stata considerata un metodo promettente per combattere la malnutrizione in India e in altri paesi.<gallery> File:Bt-toxin-crystals.jpg|Cristalli di tossina da ''Bacillus thuringiensis'' File:Corn borer.jpg|Bruco della piralide del mais File:Ostrinia nubilalis01.jpg|Adulto della piralide del mais File:Logo of Roundup Ready canola.svg|Il marchio Roundup della Monsanto File:Glyphosate-from-xtal-view-2-3D-bs-17.png|Glifosato File:Maiz RR.jpg|Coltivazione di mais trattata con glifosato File:Narzisse.jpg|Narciso File:Glyphosate USA 2019.png|Uso del glifosato negli Stati Uniti </gallery> === Biotecnologie verdi con cisgenesi (con geni della stessa specie) === [[File:Schurft bij appel (Venturia inaequalis on Malus domestica 'Schone van Boskoop').jpg|sinistra|miniatura|438x438px|Ticchiolatura del melo]] Cisgenesi (etimologia: cis = stesso lato; e genesi = origine) è un termine per organismi che sono stati progettati utilizzando un processo in cui i geni vengono trasferiti artificialmente tra organismi che altrimenti potrebbero essere allevati in modo convenzionale.  I geni vengono trasferiti solo tra organismi strettamente correlati.  Le sequenze di acidi nucleici devono essere isolate e introdotte utilizzando le stesse tecnologie utilizzate per produrre organismi transgenici, rendendo la cisgenesi simile per natura alla transgenesi. La cisgenesi è stata applicata al trasferimento di geni di resistenza naturale alla devastante malattia ''Phytophthora infestans'' nella patata  e alla ticchiolatura ( ''Venturia inaequalis'' ) nella mela. Alcune persone credono che la cisgenesi non debba affrontare la stessa supervisione normativa della modifica genetica creata tramite transgenesi, poiché è possibile, se non pratico, trasferire alleli tra specie strettamente correlate anche tramite incrocio tradizionale. In Europa , attualmente, questo processo è regolato dalle stesse leggi della transgenesi. Mentre i ricercatori dell'Università di Wageningen nei Paesi Bassi ritengono che questo dovrebbe essere cambiato. === Biotecnologie verdi con editing genomico === L'editing del genoma fornisce una nuova strategia per la manipolazione genetica nelle piante e probabilmente aiuterà nell'ingegneria dei tratti vegetali desiderati modificando i geni endogeni. Un esempio potenzialmente riuscito dell'applicazione delle tecniche di editing del genoma nel miglioramento delle colture può essere trovato nella banana, dove gli scienziati hanno utilizzato l'editing CRISPR/Cas9 per inattivare il virus endogeno della striatura della banana nel genoma B della banana ( ''Musa'' spp. ) per superare una sfida importante nell'allevamento delle banane. == Altre biotecnologie == === La biotecnologia industriale === La '''biotecnologia industriale''' (conosciuta principalmente in Europa come biotecnologia bianca) è l'applicazione della biotecnologia a scopi industriali, inclusa la '''fermentazione industriale''' . Include la pratica di utilizzare cellule come microrganismi , o componenti di cellule come enzimi , per generare prodotti utili a livello industriale in settori quali prodotti chimici, alimenti e mangimi, detersivi, carta e cellulosa, tessili e biocarburanti .  Negli ultimi decenni, sono stati compiuti progressi significativi nella creazione di organismi geneticamente modificati (OGM) che migliorano la diversità delle applicazioni e la redditività economica della biotecnologia industriale. Utilizzando materie prime rinnovabili per produrre una varietà di prodotti chimici e combustibili, la biotecnologia industriale sta attivamente avanzando verso la riduzione delle emissioni di gas serra e l'allontanamento da un'economia basata sulla petrolchimica. La '''biologia sintetica''' è considerata uno dei cardini essenziali della biotecnologia industriale per il suo contributo finanziario e sostenibile al settore manifatturiero. Insieme, la biotecnologia e la biologia sintetica svolgono un ruolo cruciale nella generazione di prodotti convenienti con caratteristiche rispettose della natura, utilizzando la produzione basata su biotecnologie anziché quella basata sui fossili.  La biologia sintetica può essere utilizzata per progettare microrganismi modello , come ''l'Escherichia coli'' , mediante strumenti di editing del genoma per migliorare la loro capacità di produrre prodotti basati su biotecnologie, come la bioproduzione di '''medicinali''' e '''biocarburanti''' .  Ad esempio, ''l'E. coli'' e ''il Saccharomyces cerevisiae'' in un consorzio potrebbero essere utilizzati come microbi industriali per produrre precursori dell'agente chemioterapico paclitaxel ('''taxolo''') applicando l' ingegneria metabolica in un approccio di co-coltura per sfruttare i benefici dei due microbi. Un altro esempio di applicazioni della biologia sintetica nella biotecnologia industriale è la riprogettazione dei percorsi metabolici di ''E. coli'' mediante sistemi CRISPR e CRISPRi verso la produzione di una sostanza chimica nota come '''1,4-butandiolo''' , che viene utilizzata nella produzione di '''fibre'''. Per produrre 1,4-butandiolo, gli autori alterano la regolazione metabolica di ''Escherichia coli'' mediante CRISPR per indurre una mutazione puntiforme nel gene ''glt'' A, il knockout del gene ''sad'' e il knock-in di sei geni ( ''cat'' 1, ''suc'' D, ''4hbd'' , ''cat'' 2, ''bld'' e ''bdh'' ). Mentre il sistema CRISPRi era utilizzato per abbattere i tre geni concorrenti ( ''gab'' D, ''ybg'' C e ''tes'' B) che influenzano il percorso di biosintesi di 1,4-butandiolo. Di conseguenza, la resa di 1,4-butandiolo è aumentata significativamente da 0,9 a 1,8 g/L. <gallery> File:Taxol.svg|Taxolo (farmaco chemioterapico) File:1,4-Butanediol-3D-balls.png|1,4-butandiolo File:Cycling kit full body alt 3 (cropped).jpg|L'elastane (Lycra) è prodotto col butandiolo </gallery> === La produzione di biocarburanti === '''Il biocarburante''' è un carburante ricavato da materiale biologico. È diverso dai combustibili fossili ricavati da materiale biologico fossilizzato. Il biocarburante può essere in forma solida , liquida o gassosa Esistono due modi comuni per convertire le piante in combustibili gassosi e liquidi. Uno è coltivare colture ad alto contenuto di zucchero (ad esempio canna da zucchero ) o amido (ad esempio mais ), e quindi utilizzare il lievito per fermentare alcol etilico ( etanolo ). Il secondo è coltivare piante che contengono elevate quantità di olio vegetale , come olio di palma , soia e alghe . Quando questi oli vengono riscaldati, la loro viscosità si riduce e possono essere bruciati direttamente in un motore diesel o trattati chimicamente per produrre combustibili come il biodiesel . Per migliaia di anni, il legno e i suoi sottoprodotti sono stati convertiti in biocarburanti come carbone di legna, gas di legna, metanolo o combustibile di etanolo. ''I <u>biocarburanti di prima generazione</u>'' (chiamati anche "biocarburanti convenzionali") sono ricavati da colture alimentari coltivate su terreni arabili.  Il contenuto di zucchero, amido o olio della coltura viene convertito in biodiesel o etanolo , mediante transesterificazione o fermentazione del lievito. La produzione di questi carburanti però sottraggono terreni agricoli utili per l'alimentazione umana e questo può creare dei problemi. I ''<u>biocarburanti di seconda generazione</u>'' risolvono il problema del " cibo contro carburante ", (chiamati anche biocarburanti avanzati o biocarburanti sostenibili o biocarburanti drop-in) sono realizzati da materie prime che non competono direttamente con le colture alimentari o foraggere, come i prodotti di scarto e le colture energetiche.  Un'ampia gamma di materie prime di scarto, come quelle derivate da attività agricole e forestali come paglia di riso, lolla di riso, trucioli di legno e segatura, può essere utilizzata per produrre biocarburanti avanzati attraverso processi biochimici e termochimici. [[File:Biodiesel.JPG|sinistra|miniatura|Biodiesel]] Le biotecnologie aiutano la produzione di biocarburanti di seconda generazione creando microorganismi (batteri e lieviti) che riescono ad avere una elevata resa dalla fermentazione della cellulosa di scarto. '''Il biodiesel''' è un tipo di carburante preparato elaborando olio vegetale , grasso animale, particolari tipi di alghe e forse anche liquami . È considerato un tipo di energia rinnovabile , poiché proviene tutto da piante e animali viventi. Può essere utilizzato per alimentare un motore, solitamente per veicoli , compresi gli aerei . Sostituisce il diesel che deriva dal petrolio, un tipo di combustibile fossile. La maggior parte del biodiesel è ricavata da '''semi oleosi''' . I semi oleosi sono qualsiasi tipo di seme che contenga abbastanza olio da essere utile per produrre olio vegetale. Un giorno le '''alghe''' potrebbero essere utilizzate per produrre più biodiesel di quanto non se ne produca oggi con l'olio vegetale. Le alghe possono essere coltivate in luoghi in cui non si può coltivare cibo, quindi non sottrarrebbero cibo alle persone.  Ma al momento è ancora troppo costoso, ma gli scienziati stanno cercando modi per migliorare il processo [[File:Ethanol fuel pump Brazil.jpg|miniatura|269x269px|Pompa di etanolo in Brasile]] Il '''bioetanolo''' di seconda generazione viene ottenuto idrolizzando grandi quantità di cellulosa che tramite l'uso di funghi o batteri trasformano la cellulosa in glucosio e altri zuccheri, poi avviene la fermentazione mediante lieviti o altri microbi. Ricerche innovative mirano a modificare geneticamente sia i batteri che i lieviti come ''Saccharomyces cerevisiae'' modificato in modo da produrre il doppio di etanolo. Altro filone di ricerca è quello di combinare le caratteristiche di scindere la cellulosa in glucosio con quella di trasformare gli zuccheri in etanolo mediante un unico organismo. Il bioetanolo da cellulosa è molto più costoso di quello ottenuto dalla canna da zucchero e solo importanti progressi scientifici possono renderlo conveniente. Si noti che il costo non è dovuto alla materia prima (cellulosa) ma alla sua trasformazione in bioetanolo. I processi industriali attuali fanno costare il bioetanolo da cellulosa tre volte quello ottenuto da canna da zucchero. La '''biotecnologia ambientale''' comprende varie discipline che svolgono un ruolo essenziale nella riduzione dei rifiuti ambientali e nella fornitura di processi sicuri per l'ambiente , come la biofiltrazione e la biodegradazione. La ​​bonifica dei rifiuti ambientali è un esempio di applicazione della biotecnologia ambientale; mentre la perdita di biodiversità o la perdita di contenimento di un microbo dannoso sono esempi di implicazioni ambientali della biotecnologia. Molte città hanno installato CityTrees , che utilizzano la biotecnologia per filtrare gli inquinanti dall'atmosfera urbana.<gallery> File:BS CityTree 2.JPG|Filtro urbano CityTrees </gallery> == La genomica e le sue applicazioni == Lo studio degli acidi nucleici è iniziato con la scoperta del DNA, è progredito verso lo studio dei geni e dei piccoli frammenti, e ora è esploso nel campo della '''genomica'''. La genomica è lo studio di interi genomi, incluso il set completo di geni, la loro sequenza e organizzazione dei nucleotidi e le loro interazioni all'interno di una specie e con altre specie. La tecnologia di sequenziamento del DNA ha contribuito ai progressi della genomica. Proprio come la tecnologia informatica ha portato a Google Maps che consente alle persone di ottenere informazioni dettagliate sulle posizioni in tutto il mondo, i ricercatori utilizzano le informazioni genomiche per creare mappe del DNA simili di diversi organismi. Queste scoperte hanno aiutato gli antropologi a comprendere meglio la migrazione umana e hanno aiutato il campo medico attraverso la mappatura delle malattie genetiche umane. Le informazioni genomiche possono contribuire alla comprensione scientifica in vari modi e la conoscenza in questo campo sta crescendo rapidamente. L'introduzione di progetti di sequenziamento del DNA e di sequenziamento dell'intero genoma, in particolare il progetto Genoma Umano, ha ampliato l'applicabilità delle informazioni sulla sequenza del DNA. Molti campi, come la metagenomica, la farmacogenomica e la genomica mitocondriale, utilizzano la genomica. La <u>comprensione e la ricerca di cure per le malattie è l'applicazione più comune della genomica</u>. === Prevedere il rischio di malattia a livello individuale === La previsione del rischio di malattia comporta lo screening di individui attualmente sani tramite analisi del genoma a livello individuale. I professionisti sanitari possono raccomandare un intervento con cambiamenti nello stile di vita e farmaci prima dell'insorgenza della malattia. Tuttavia, questo approccio è più applicabile quando il problema risiede in un singolo difetto genetico. Tali difetti rappresentano solo circa il 5 percento delle malattie nei paesi sviluppati. La maggior parte delle malattie comuni, come le malattie cardiache, sono multifattoriali o '''poligeniche''' , ovvero una caratteristica fenotipica che coinvolge due o più geni e coinvolge anche fattori ambientali come la dieta. Nell'aprile 2010, gli scienziati della Stanford University hanno pubblicato l'analisi del genoma di un individuo sano (Stephen Quake, uno scienziato della Stanford University, il cui genoma è stato sequenziato). L'analisi ha previsto la sua propensione ad acquisire varie malattie. Il team medico ha eseguito una valutazione del rischio per analizzare la percentuale di rischio di Quake per 55 diverse condizioni mediche. Il team ha trovato una rara mutazione genetica, che ha mostrato che era a rischio di infarto improvviso. I risultati hanno anche previsto che Quake aveva un rischio del 23 percento di sviluppare un cancro alla prostata e un rischio dell'1,4 percento di sviluppare l'Alzheimer. Gli scienziati hanno utilizzato database e diverse pubblicazioni per analizzare i dati genomici. Anche se il sequenziamento genomico sta diventando più conveniente e gli strumenti analitici stanno diventando più affidabili, i ricercatori devono ancora affrontare le questioni etiche che circondano l'analisi genomica a livello di popolazione. === Farmacogenomica e Tossicogenomica === '''La farmacogenomica''' , o tossicogenomica, comporta la valutazione dell'efficacia e della sicurezza dei farmaci sulla base delle informazioni provenienti dalla sequenza genomica di un individuo. Possiamo studiare le risposte genomiche ai farmaci utilizzando animali da esperimento (come ratti o topi da laboratorio) o cellule vive in laboratorio prima di intraprendere studi sugli esseri umani. Studiare i cambiamenti nell'espressione genica potrebbe fornire informazioni sul profilo di trascrizione in presenza del farmaco, che possiamo utilizzare come indicatore precoce del potenziale di effetti tossici. Ad esempio, i geni coinvolti nella crescita cellulare e nella morte cellulare controllata, se disturbati, potrebbero portare alla crescita di cellule cancerose. Gli studi sull'intero genoma possono anche aiutare a trovare nuovi geni coinvolti nella tossicità dei farmaci. I professionisti medici possono utilizzare le informazioni personali sulla sequenza del genoma per prescrivere farmaci che saranno più efficaci e meno tossici sulla base del genotipo del singolo paziente. Le firme genetiche potrebbero non essere completamente accurate, ma i professionisti medici possono testarle ulteriormente prima che si manifestino sintomi patologici. === Genomica microbica: Metagenomica === Tradizionalmente, gli studiosi hanno insegnato microbiologia con la convinzione che sia meglio studiare i microrganismi in condizioni '''di coltura pura''' . Ciò comporta l'isolamento di un singolo tipo di cellula e la sua coltura in laboratorio. Poiché i microrganismi possono attraversare diverse generazioni nel giro di poche ore, i loro profili di espressione genica si adattano molto rapidamente al nuovo ambiente di laboratorio. Inoltre, la stragrande maggioranza delle specie batteriche resiste alla coltura in isolamento. La maggior parte dei microrganismi non vive come entità isolate, ma in comunità microbiche o biofilm. Per tutti questi motivi, la coltura pura non è sempre il modo migliore per studiare i microrganismi. '''La metagenomica''' è lo studio dei genomi collettivi di più specie che crescono e interagiscono in una nicchia ambientale. La metagenomica può essere utilizzata per identificare nuove specie più rapidamente e per analizzare l'effetto degli inquinanti sull'ambiente. === Genomica microbica: creazione di nuovi biocarburanti === La conoscenza della genomica dei microrganismi viene utilizzata per trovare modi migliori per sfruttare i '''biocarburanti''' da alghe e cianobatteri. Le principali fonti di carburante oggi sono carbone, petrolio, legno e altri prodotti vegetali, come l'etanolo. Sebbene le piante siano risorse rinnovabili, c'è ancora bisogno di trovare più fonti alternative di energia rinnovabile per soddisfare la domanda energetica della nostra popolazione. Il mondo microbico è una delle più grandi risorse di geni che codificano nuovi enzimi e producono nuovi composti organici, e rimane in gran parte inutilizzato. I microrganismi vengono utilizzati per creare prodotti, come '''enzimi''' utilizzati nella ricerca, antibiotici e altri meccanismi antimicrobici. La genomica microbica sta aiutando a sviluppare '''strumenti diagnostici''', '''vaccini migliorati''', nuovi '''trattamenti per le malattie''' e tecniche avanzate di '''bonifica ambientale'''. === Genomica mitocondriale === I mitocondri sono organelli intracellulari che contengono il proprio DNA. Il DNA mitocondriale muta a un ritmo rapido e gli scienziati spesso lo usano per studiare le relazioni evolutive. Un'altra caratteristica che rende interessante lo studio del genoma mitocondriale è che il DNA mitocondriale nella maggior parte degli organismi multicellulari passa dalla madre durante il processo di fecondazione. Per questo motivo, gli scienziati spesso usano la genomica mitocondriale per '''tracciare la genealogia'''. === Genomica in ambito forense === Gli esperti hanno utilizzato informazioni e indizi tratti da campioni di DNA sulle scene del crimine come prove nei casi giudiziari e hanno utilizzato marcatori genetici nell''''analisi forense'''. Anche l'analisi genomica è diventata utile in questo campo. La prima pubblicazione che mostrava il primo utilizzo della genomica in ambito forense è uscita nel 2001. Si è trattato di un tentativo collaborativo tra istituti di ricerca accademica e l'FBI per risolvere i misteriosi casi di antrace comunicati tramite il servizio postale statunitense. Utilizzando la genomica microbica, i ricercatori hanno determinato che il colpevole ha utilizzato uno specifico ceppo di antrace in tutte le spedizioni. === Genomica in agricoltura === La genomica può ridurre in una certa misura le prove e gli insuccessi coinvolti nella ricerca scientifica, il che potrebbe '''migliorare la qualità e la quantità della resa delle colture agricole'''. Collegare i tratti ai geni o alle firme genetiche aiuta a migliorare la selezione delle colture per generare ibridi con le qualità più desiderabili. Gli scienziati utilizzano i dati genomici per <u>identificare i tratti desiderabili e quindi trasferirli a un organismo diverso</u>. I ricercatori stanno scoprendo come la genomica può migliorare la qualità e la quantità della produzione agricola. Ad esempio, gli scienziati potrebbero utilizzare i tratti desiderabili per creare un prodotto utile o migliorare un prodotto esistente, come rendere una coltura sensibile alla siccità più <u>tollerante alla stagione secca</u>. === La genomica e la proteomica === Le proteine ​​sono i prodotti finali dei geni, che aiutano a svolgere la funzione codificata dal gene. Gli amminoacidi comprendono le proteine ​​e svolgono ruoli importanti nella cellula. Tutti gli enzimi (tranne i ribozimi) sono proteine ​​che agiscono come catalizzatori per influenzare la velocità delle reazioni. Le proteine ​​sono anche molecole regolatrici e alcune sono ormoni. Le proteine ​​di trasporto, come l'emoglobina, aiutano a trasportare l'ossigeno a vari organi. Anche gli anticorpi che difendono dalle particelle estranee sono proteine. Nello stato di malattia, la funzione delle proteine ​​può essere compromessa a causa di cambiamenti a livello genetico o a causa dell'impatto diretto su una proteina specifica. Un '''proteoma''' è l'intero set di proteine ​​prodotto da un tipo di cellula. Possiamo studiare i proteomi usando la conoscenza dei genomi perché i geni codificano per gli mRNA e gli mRNA codificano le proteine. Sebbene l'analisi degli mRNA sia un passo nella giusta direzione, non tutti gli mRNA vengono tradotti in proteine. '''La proteomica''' è lo studio della funzione dei proteomi. La proteomica integra la genomica ed è utile quando gli scienziati vogliono testare le loro ipotesi basate sui geni. Sebbene tutte le cellule degli organismi multicellulari abbiano lo stesso set di geni, il set di proteine ​​prodotte in tessuti diversi è diverso e dipende dall'espressione genica. Pertanto, il <u>genoma è costante, ma il proteoma varia ed è dinamico all'interno di un organismo</u>. Inoltre, gli RNA possono essere alternativamente giuntati (tagliati e incollati per creare nuove combinazioni e nuove proteine) e molte proteine ​​si modificano dopo la traduzione tramite processi come scissione proteolitica, fosforilazione, glicosilazione e ubiquitinazione. Esistono anche interazioni proteina-proteina, che complicano lo studio dei proteomi. Sebbene il genoma fornisca un modello, l'architettura finale dipende da diversi fattori che possono modificare la progressione degli eventi che generano il proteoma. La metabolomica è correlata alla genomica e alla proteomica. La '''metabolomica''' implica lo studio dei metaboliti di piccole molecole in un organismo. Il '''metaboloma''' è l'insieme completo di metaboliti che sono correlati al corredo genetico di un organismo. La metabolomica offre un'opportunità di confrontare il corredo genetico e le caratteristiche fisiche, così come il corredo genetico e i fattori ambientali. L'obiettivo della ricerca sul metaboloma è identificare, quantificare e catalogare tutti i metaboliti nei tessuti e nei fluidi degli organismi viventi. ==== Tecniche di base nell'analisi delle proteine ==== L'obiettivo finale della proteomica è identificare o confrontare le proteine ​​espresse da un dato genoma in condizioni specifiche, studiare le interazioni tra le proteine ​​e utilizzare le informazioni per prevedere il comportamento cellulare o sviluppare bersagli farmacologici. Proprio come gli scienziati analizzano il genoma utilizzando la tecnica di base del sequenziamento del DNA, la proteomica richiede tecniche per l'analisi delle proteine. La tecnica di base per l'analisi delle proteine, analoga al sequenziamento del DNA, è la spettrometria di massa. La spettrometria di massa identifica e determina le caratteristiche di una molecola. I progressi nella spettrometria hanno consentito ai ricercatori di analizzare campioni di proteine ​​molto piccoli. La cristallografia a raggi X, ad esempio, consente agli scienziati di determinare la struttura tridimensionale di un cristallo proteico a risoluzione atomica. Un'altra tecnica di imaging proteico, la risonanza magnetica nucleare (NMR), utilizza le proprietà magnetiche degli atomi per determinare la struttura tridimensionale della proteina in soluzione acquosa. Gli scienziati hanno anche utilizzato i microarray proteici per studiare le interazioni proteiche. Adattamenti su larga scala dello schermo di base a due ibridi ( Figura 17.17 ) hanno fornito la base per i microarray proteici. Gli scienziati utilizzano software per computer per analizzare l'enorme quantità di dati per l'analisi proteomica. Le analisi su scala genomica e proteomica fanno parte della '''biologia dei sistemi''' , che è lo studio di interi sistemi biologici (genomi e proteomi) in base alle interazioni all'interno del sistema. L'Istituto europeo di bioinformatica e l'Organizzazione del proteoma umano (HUPO) stanno sviluppando e stabilendo strumenti efficaci per esaminare l'enorme pila di dati della biologia dei sistemi. Poiché le proteine ​​sono prodotti diretti dei geni e riflettono l'attività a livello genomico, è naturale usare i proteomi per confrontare i profili proteici di diverse cellule per identificare proteine ​​e geni coinvolti nei processi patologici. La maggior parte delle sperimentazioni sui farmaci farmaceutici ha come target le proteine. I ricercatori usano le informazioni che ottengono dalla proteomica per identificare nuovi farmaci e comprenderne i meccanismi d'azione. ==== Proteomica del cancro ==== I ricercatori stanno studiando i genomi e i proteomi dei pazienti per comprendere la base genetica delle malattie. La malattia più importante che i ricercatori stanno studiando con approcci proteomici è il cancro. Questi approcci migliorano lo screening e la diagnosi precoce del cancro. I ricercatori sono in grado di identificare proteine ​​la cui espressione indica il processo della malattia. Una singola proteina è un '''biomarcatore'''; mentre un insieme di proteine ​​con livelli di espressione alterati è una '''firma proteica''' . Affinché un biomarcatore o una firma proteica siano utili come candidati per lo screening e la diagnosi precoce del cancro, devono essere secreti nei fluidi corporei, come sudore, sangue o urina, in modo che gli operatori sanitari possano eseguire screening su larga scala in modo non invasivo. L'attuale problema con l'uso di biomarcatori per la diagnosi precoce del cancro è l'alto tasso di risultati falsi negativi. Un '''falso negativo''' è un risultato del test errato che avrebbe dovuto essere positivo. In altre parole, molti casi di cancro non vengono rilevati, il che rende i biomarcatori inaffidabili. Alcuni esempi di biomarcatori proteici nella diagnosi del cancro sono CA-125 per il cancro ovarico e PSA per il cancro alla prostata. Le firme proteiche potrebbero essere più affidabili dei biomarcatori per rilevare le cellule tumorali. I ricercatori stanno anche utilizzando la proteomica per sviluppare piani di trattamento personalizzati, che implicano la previsione se un individuo risponderà o meno a farmaci specifici e gli effetti collaterali che l'individuo potrebbe sperimentare. I ricercatori utilizzano anche la proteomica per prevedere la possibilità di recidiva della malattia. Il National Cancer Institute ha sviluppato programmi per migliorare la diagnosi e il trattamento del cancro. Le Clinical Proteomic Technologies for Cancer e l'Early Detection Research Network sono sforzi per identificare le firme proteiche specifiche per diversi tipi di cancro. Il Biomedical Proteomics Program identifica le firme proteiche e progetta terapie efficaci per i pazienti oncologici. == Fonti == https://en.wikipedia.org/wiki/Outline_of_biotechnology https://en.wikipedia.org/wiki/Biotechnology https://it.wikipedia.org/wiki/Biotecnologia https://de.wikipedia.org/wiki/Biotechnologie https://es.wikipedia.org/wiki/Biotecnolog%C3%ADa tgstoeq1znp2x8pi1nnghe5mtfva0p6 491862 491861 2026-04-15T05:59:02Z AGeremia 10319 /* La produzione di vaccini */ 491862 wikitext text/x-wiki {{Biologia per il liceo}} {{avanzamento|100%}} '''La biotecnologia''' è l'uso di agenti biologici per il progresso tecnologico. La biotecnologia è stata utilizzata per l'allevamento di bestiame e colture molto prima che le persone comprendessero le basi scientifiche di queste tecniche. Dalla scoperta della struttura del DNA nel 1953, il campo della biotecnologia è cresciuto rapidamente sia attraverso la ricerca accademica che attraverso aziende private. Le applicazioni principali di questa tecnologia sono in medicina (produzione di vaccini e antibiotici) e in agricoltura (modifica genetica delle colture per aumentare le rese). La biotecnologia ha anche molte applicazioni industriali, come la fermentazione, il trattamento delle fuoriuscite di petrolio e la produzione di biocarburanti. == Le prime applicazioni delle biotecnologie == [[File:The_Brewer_designed_and_engraved_in_the_Sixteenth._Century_by_J_Amman.png|miniatura|367x367px|Il Birraio, disegnato e inciso nel XVI secolo da Jost Amman.]] Le più antiche applicazioni della biotecnologia, conosciute da oltre 5.000 anni, sono la produzione di '''pane''' , '''vino''' o '''birra''' ( fermentazione alcolica ) utilizzando il '''lievito''', che appartiene ai funghi . L'uso di batteri lattici ha permesso anche di produrre pasta madre (pane lievitato) e prodotti a base di latte acido come '''formaggio''' , '''yogurt''' , latte acido o '''kefir''' . Uno dei primi usi della bioingegneria, oltre alla nutrizione, fu la concia e il decapaggio delle pelli utilizzando feci e altri materiali contenenti enzimi per produrre pelle. Gran parte della biotecnologia si basava su questi processi produttivi fino al Medioevo, intorno al 1650, quando apparve il primo processo biotecnico per la produzione dell''''aceto'''. La biotecnologia moderna si basa essenzialmente sulla microbiologia , emersa nella seconda metà del XIX secolo. Soprattutto, lo sviluppo di metodi di coltivazione , coltura pura e sterilizzazione da parte di Louis Pasteur gettò le basi per lo studio e l'applicazione ( microbiologia applicata ) dei '''microrganismi''' . Nel 1867 Pasteur riuscì a isolare i batteri dell'acido acetico e il lievito di birra utilizzando questi metodi . Intorno al 1890 lui e Robert Koch svilupparono le prime '''vaccinazioni''' basate su agenti patogeni isolati , gettando così le basi per la biotecnologia medica . Il giapponese Jōkichi Takamine fu il primo a isolare un unico enzima per uso tecnico, '''l'alfa-amilasi''' (che brevettò nel 1894). Alcuni anni dopo, il chimico tedesco Otto Röhm utilizzò le '''proteasi animali''' (enzimi di degradazione delle proteine) provenienti dagli scarti della macellazione come detergenti e additivi per la produzione della pelle. La produzione su larga scala di '''butanolo''' e '''acetone''' attraverso la fermentazione del batterio ''Clostridium acetobutylicum'' fu descritta e sviluppata nel 1916 dal chimico e poi presidente israeliano Charles Weizmann .  È stato il primo sviluppo della biotecnologia bianca . Il processo fu utilizzato fino alla metà del XX secolo, ma fu poi sostituito dalla più economica sintesi petrolchimica dalla frazione propene del petrolio . A partire dal 1920, '''l'acido citrico''' fu prodotto dalla fermentazione superficiale del fungo ''Aspergillus niger'' . Nel 1957, l' amminoacido '''acido glutammico''' fu prodotto per la prima volta utilizzando il batterio del suolo ''Corynebacterium glutamicum.'' Nel 1928/29 Alexander Fleming scoprì la prima '''penicillina antibiotica''' per uso medico nel fungo ''Penicillium chrysogenum'' . Questo fu seguito nel 1943 dall'antibiotico '''streptomicina''' di Selman Waksman , Albert Schatz ed Elizabeth Bugie . Nel 1949 la produzione di '''steroidi''' fu implementata su scala industriale. All'inizio degli anni '60, le '''proteasi''' di derivazione biotecnologica furono aggiunte per la prima volta ai '''detersivi''' per rimuovere le macchie proteiche . Nella produzione del formaggio , dal 1965, il '''caglio''' di vitello può essere sostituito dalla rennina prodotta da microrganismi . Dal 1970 in poi è stato possibile produrre biotecnicamente '''amilasi''' e altri enzimi che scindono l'amido, con i quali ad es. B. L'amido di mais viene convertito nel cosiddetto “'''sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio'''” e utilizzato come sostituto dello zucchero di canna ( saccarosio ), ad es. B. potrebbe essere utilizzato nella produzione di bevande.<gallery> File:Bread 2.jpg|Pane File:Red Wine Glass.jpg|Vino File:NCI Visuals Food Beer.jpg|Birra File:Hartkaese HardCheeses.jpg|Formaggio File:Turkish strained yogurt.jpg|Yogurt File:Essig-1.jpg|Aceto File:Zitronensäure - Citric acid.svg|Acido citrico File:Penicillin core.svg|Penicillina File:Salivary alpha-amylase 1SMD.png|Amilasi </gallery> == Le biotecnologie rosse == In medicina, le moderne biotecnologie hanno molte applicazioni in vari settori quali: * la scoperta e la produzione di farmaci * la produzione di vaccini efficaci e a basso rischio * la terapia genica * la terapia con cellule staminali * l'editing genetico con CRISPR/Cas9 a scopi terapeutici * la farmacogenomica * i test genetici (o screening genetici ). Nel 2021, quasi il 40% del valore aziendale totale delle aziende biotecnologiche farmaceutiche in tutto il mondo era attivo in oncologia , con neurologia e malattie rare come altre due grandi applicazioni. === La scoperta e produzione di farmaci === La biotecnologia ha contribuito alla scoperta e alla produzione di farmaci tradizionali a piccole molecole , nonché di farmaci che sono il prodotto della biotecnologia, la biofarmaceutica . La moderna biotecnologia può essere utilizzata per produrre medicinali esistenti in modo relativamente semplice ed economico. I primi prodotti geneticamente modificati sono stati medicinali progettati per curare malattie umane. Per citare un esempio, nel 1978 Genentech ha sviluppato '''l'insulina sintetica''' umana unendo il suo gene con un vettore plasmidico inserito nel batterio ''Escherichia coli''. L'insulina, ampiamente utilizzata per il trattamento del diabete, era precedentemente estratta dal pancreas di animali da macello (bovini o maiali). La biotecnologia utilizzata è quella del '''DNA ricombinante''', ovverosia si usano principalmente '''batteri geneticamente modificati''' in grado di produrre grandi quantità di proteine sintetiche a costi relativamente bassi. Molti farmaci vengono prodotti con la tecnologia del DNA ricombinante, ad esempio: # '''ormoni di natura proteica''' come '''l'ormone della crescita''' (GH), '''l'eritropoietina''' (Epo) e '''l'insulina'''. # '''fattori di coagulazione''' del sangue (fattore VIII e fattore IX) # '''anticorpi monoclonali'''. Sono simili agli anticorpi che il sistema immunitario umano usa per combattere batteri e virus, ma sono "progettati su misura" (usando la tecnologia degli ibridomi o altri metodi) e possono quindi essere realizzati specificamente per contrastare o bloccare qualsiasi sostanza nel corpo, o per colpire qualsiasi tipo di cellula specifica; # '''proteine di fusione''': le proteine di fusione o proteine chimeriche sono proteine formate a partire dalla traduzione di due o più geni originariamente indipendenti e successivamente fusi insieme, a causa di un processo naturale o di opportune modificazioni in laboratorio. Ciascuno di questi geni avrebbe dato origine a una proteina indipendente, se non fosse stato associato all'altro o agli altri geni. Un esempio di proteina di fusione ottenuta in laboratorio è l'''abatacept'': si tratta di un farmaco utilizzato nella terapia dell'artrite reumatoide ed è costituito da un'immunoglobulina fusa insieme all'antigene citotossico della popolazione CTLA-4 dei linfociti T. === La produzione di vaccini === Il '''vaccino''' è un preparato biologico prodotto allo scopo di conferire l'immunità acquisita attiva contro un particolare tipo di infezione ai soggetti a cui è somministrato. I vaccini possono essere prodotti in vario modo, i primi tre qui elencati sono prodotti con metodi tradizionali, quelli più recenti sfruttano più avanzate biotecnologie. # '''''Vaccini con organismi vivi attenuati''''', come i vaccini contro la <u>poliomielite di Sabin (OPV), febbre gialla, morbillo, parotite, rosolia, varicella, rotavirus e vaiolo</u>. I vaccini di questo tipo sono composti da '''organismi intatti, resi non patogenici''' trattandoli per ''attenuarne'' la capacità di causare la malattia oppure uccidendoli senza perderne l'immunogenicità. In generale, il maggior difetto dei vaccini attenuati è che possono regredire nella forma virulenta, cosa che non accade nei vaccini inattivati. Nonostante i ceppi selezionati abbiano una bassa patogenicità, la grande capacità di mutare dei virus può portare in rari casi ad un loro riacquisto di azione patogena. L'unico caso effettivamente documentato a riguardo è quello del vaccino attenuato antipolio (vaccino orale di Sabin) # '''''Vaccini con organismi inattivati o uccisi''''', come i vaccini contro la <u>poliomielite di Salk (IPV), rabbia, influenza, pertosse, colera, epatite A, febbre tifoide e peste</u>. I vaccini inattivati si ottengono '''trattando i patogeni in modo da rendere impossibile loro di replicarsi'''. Per ottenere l'obiettivo prefissato in linea teorica basta trattare il composto con del '''calore''', il quale però causa la denaturazione delle proteine (e conseguentemente la loro inattivazione a fini immunogenici); in genere si preferisce quindi un'inattivazione '''chimica''' con formaldeide o altre sostanze. A differenza dei vaccini attenuati, richiedono ripetuti richiami per mantenere lo stato di immunità nell'organismo e sono molto più sicuri dal momento che non mantengono la capacità di replicarsi e di regredire alla forma nativa. # '''''Vaccini con antigeni purificati''''' (o ''vaccini a subunità''), come i vaccini (costituiti da anatossine) contro il <u>tetano o la difterite</u>. I vaccini a subunità sono '''composti da antigeni purificati''', cioè antigeni o pezzi di essi ricavati da un microrganismo o dalle sue tossine. Molti organismi, come ad esempio il tetano e la difterite, esprimono la loro virulenza tramite delle esotossine. # '''''Vaccini con antigeni ricombinanti''' e peptidi sintetici'', come il vaccino contro <u>l'epatite B</u>. I peptidi sintetici e gli antigeni ricombinanti sono di interesse recente e prevedono la produzione degli antigeni voluti per formare il vaccino usando varie tecnologie, tra cui il DNA ricombinante. # '''''Vaccini a DNA o RNA''''', come diversi vaccini contro il <u>SARS-CoV2</u>. Queste due tecniche si basano sulla '''possibilità di far produrre alle cellule dell'organismo da immunizzare gli antigeni che devono scatenare la risposta immunitaria'''. Questo può avvenire in due modi: infettando le cellule con un virus non citopatico (cioè che non le uccide) oppure inoculando un plasmide contenente un cDNA: in entrambi i casi si introduce un acido nucleico codificante per l'antigene. Questi approcci hanno il vantaggio di essere gli unici capaci di generare una risposta dei linfociti citotossici. Un vaccino a RNA agisce mediante l'ingresso di frammenti di mRNA nelle cellule del soggetto vaccinato, inducendole a produrre antigeni dei microrganismi patogeni (ad esempio spike virali) o antigeni tumorali al fine di indurre una risposta immunitaria adattativa contro tali bersagli # '''''Vaccini coniugati''','' che consentono una maggiore risposta immunitaria e vengono spesso utilizzati nei vaccini contenenti antigeni polisaccaridici (più difficili da riconoscere per i linfociti) quali quelli contro meningococchi, pneumococchi ed Haemophilus influenzae di tipo B. Si tratta di raggruppamenti di vaccini diversi, ottenuti da microrganismi attenuati # '''Vaccini ottenuti da piante OGM'''. L'idea di produrre vaccini tramite piante transgeniche è stata identificata già nel 2003. Piante come il tabacco, la patata, il pomodoro e la banana possono avere geni inseriti che le inducono a produrre vaccini utilizzabili per gli esseri umani. Ad es. nel 2005, sono state sviluppate banane che producono un vaccino umano contro l' <u>epatite B</u>. Il vaccino può essere estratto e purificato dalla pianta, oppure somministrato direttamente col consumo della pianta stessa. Rappresenta un modo economico per produrre, conservare e somministrare un vaccino. Ad oggi, nelle piante si sono ottenuti con notevole successo un farmaco per il morbo di Gaucher, un anticorpo monoclonale contro Ebola, vaccini contro l’influenza aviaria e quella stagionale, epatite B e papilloma. <gallery> File:Polio vaccine poster.jpg|Questo manifesto del 1963 mostra il simbolo nazionale CDC di salute pubblica, la "Wellbee", incoraggiando il pubblico a ricevere un vaccino orale antipolio File:Poliodrops.jpg|Somministrazione del vaccino antipolio Sabin File:PittPolioVaccineCoL.jpg|Somministrazione della vaccinazione antipolio di tipo ''Salk'', nel 1957 File:Preparation of measles vaccines.jpg|Preparazione di virus attenuati coltivati in uova di gallina. Alcuni tipi di vaccini antinfluenzali sono esempi di vaccini preparati con tale metodo. File:Diphtheria toxin 1DDT.png|Esotossina della difterite File:Diphtheria antitoxin 1925 (cropped).jpg|Vaccino per la difterite del 1925 File:Opisthotonus in a patient suffering from tetanus - Painting by Sir Charles Bell - 1809.jpg|Il tetano si presenta come una paralisi spastica in tutto il corpo File:Hepatitis B virus v2 (3).svg|Virus dell'epatite B File:MRNA vaccines against the coronavirus.webm|Come funziona un vaccino a RNA File:52200595641faf19a1b91o. COVID-19 mRNA Vaccines.jpg|infografica sul vaccino a MRNA File:How mRNA COVID-19 Vaccines Work (English).pdf|Come funziona il vaccino a mRNA File:Moderna COVID-19 vaccine (2021) G.jpg|Vaccino Moderna a RNA </gallery> === La terapia genica === [[File:Viral mediated delivery of genes to neurons 1.jpg|miniatura|746x746px|Schema di una terapia genica mediata da virus]] Con '''terapia genica''' si intende la modifica del materiale genetico (DNA) all'interno delle cellule al fine di poter curare delle patologie (es. malattie genetiche). La terapia genica si propone di curare una patologia causata dall'assenza o dal difetto di uno o più geni (mutati) con la sostituzione con una variante "sana". Dunque, è necessario in primo luogo identificare il singolo gene o i diversi geni responsabili della malattia genetica. Sebbene le terapie siano generalmente sperimentali, si può tentare in secondo luogo - almeno per alcune malattie - la sostituzione dei geni malati sfruttando, ad esempio, come vettore un virus reso inattivo, svuotato preventivamente del suo corredo genetico. Con un meccanismo piuttosto complesso, che richiede l'uso di 'forbici' molecolari enzimatiche, enzimi di restrizione (con cui si preleva il gene "sano") si può poi 'correggere' il DNA, rimpiazzando le sequenze difettose, in modo tale che la cellula sintetizzi correttamente le proteine necessarie al corretto funzionamento metabolico. Esistono due tipologie di terapia genica: quella delle cellule germinali e quella delle cellule somatiche. La prima si propone di trasfettare le cellule della linea germinale come spermatozoi ed ovociti o le cellule staminali totipotenti dei primissimi stadi dello sviluppo dell'embrione (alla fase di 4-8 cellule), ma attualmente essa non viene messa in pratica sia per ragioni tecniche e, soprattutto, per i grandissimi dilemmi etici che solleva. La seconda tipologia, invece, si propone di modificare solamente le cellule somatiche, senza intaccare, quindi, la linea germinale; oggigiorno è la via più studiata e tentata. La terapia genica delle cellule somatiche, a sua volta, viene suddivisa in due gruppi: la terapia genica ''ex vivo'' e quella ''in vivo''. Di recente interesse è la possibilità dell'editing genico terapeutico con CRISPR/Cas9. ==== La terapia genica ''ex vivo'' ==== È la tipologia che venne messa in pratica per prima e consiste nel prelievo delle cellule somatiche della persona interessata. Esse, successivamente, vengono messe in coltura in laboratorio. Durante questo tempo vengono anche trasdotte con il gene d'interesse, inserito tramite un apposito vettore (spesso vengono usati vettori virali), e successivamente vengono reinfuse o reimpiantate nel corpo del soggetto. Tale procedura è sicuramente la più lunga e la più costosa delle due ma permette di selezionare ed amplificare le cellule d'interesse ed inoltre gode d'una maggior efficienza. È attualmente la modalità più utilizzata ma è riservata solamente a quei casi in cui sia possibile prelevare, mettere le cellule in cultura e reinserirle nell'organismo. ==== La terapia genica ''in vivo'' ==== Viene attuata in tutti quei casi in cui le cellule non possono essere messe in coltura, o prelevate e reimpiantate, come quelle del cervello o del cuore e della maggior parte degli organi interni; inoltre, rappresenta un modello terapeutico con elevata ottemperanza e molto economico ma, attualmente, di più difficile applicazione. In questo caso il gene, o l'oligonucleotide d'interesse viene inserito nell'organismo, tramite un opportuno vettore, direttamente per via locale o sistemica. ==== L'editing genetico ==== L'introduzione dell'editing genetico CRISPR ha aperto nuove porte alla sua applicazione e utilizzo nella terapia genica, poiché invece della semplice sostituzione di un gene, consente la correzione del particolare difetto genetico.  Soluzioni agli ostacoli medici, come l'eradicazione dei serbatoi latenti del virus dell'immunodeficienza umana ( HIV ) e la correzione della mutazione che causa l'anemia falciforme, potrebbero essere disponibili come opzione terapeutica in futuro. In vivo, i sistemi di editing genetico che utilizzano CRISPR sono stati utilizzati in studi sui topi per trattare il cancro e sono stati efficaci nel ridurre i tumori. ==== Applicazioni ==== Nel 1990 William French Anderson realizzò con successo la prima terapia genica applicata a un essere umano, una bambina affetta da ADA-SCID. Da allora sono molteplici le applicazioni, anche se molto costose, ad esempio: * '''Malattie ereditarie''' come: ** Terapia della SCID (costo ~ 600.000 €) ** Deficit di Ornitina-Transcarbamilasi ** Atrofia muscolare spinale (~ 2.000.000 €) ** β -talassemia (~ 1.600.000 €) ** Carenza di lipoproteina lipasi ** Adrenoleucodistrofia cerebrale ** Carenza di L-aminoacido decarbossilasi aromatica (AADC) ** Emofilia ** Amaurosi congenita di Leber (~ 720.000 €) ** Neuropatia ottica ereditaria di Leber (LHON) * '''Terapie del cancro''' ** Leucemia linfocitica acuta ** Linfoma diffuso a grandi cellule B ** Melanoma maligno (~ 50.000 €) ** Linfoma a cellule mantellari ** Mieloma multiplo * '''Terapia dell'infezione da HIV-1''' (in fase di sperimentazione) <gallery> File:ExVivoGeneTherapy.jpg|Schema della terapia genica ex vivo File:In vivo gene therapy.jpg|Schema della terapia genica In vivo File:Hemoglobin H disease.jpg|Globuli rossi anomali per la beta talassemia File:Albero-discendenza-vittoria.jpg|Albero genealogico della discendenza della Regina Vittoria, con indicati i casi accertati di omozigosi ed eterozigosi per l'emofilia File:A woman suffering from Hemophilia.png|Una donna affetta da emofilia, con incapacità di formare coaguli di sangue File:NodularMelanomaEvolution.jpg|Sviluppo di un melanoma maligno File:HI-Virion-it.svg|Il virus dell'HIV </gallery> === La terapia con cellule staminali === Le cellule staminali possono essere distinte in base al loro potenziale di differenziazione: * cellule staminali '''totipotenti''': capaci di dare origine a qualsiasi tipo di cellula, e quindi a un intero organismo; * cellule staminali '''pluripotenti''': capaci di produrre tutti i tipi cellulari tranne le appendici embrionali  ; * cellule staminali '''multipotenti''': capaci di dare origine a diversi tipi di cellule ma non appartenenti a tutti gli strati (ad esempio, le cellule della cresta neurale danno origine a cellule ectodermiche e mesodermiche ma non endodermiche  ) * cellule staminali '''unipotenti''': che possono produrre un solo tipo di cellula (possono però, come ogni cellula staminale, autorinnovarsi, da qui l'importanza di distinguerle dai precursori). Ad esempio, possiamo citare le cellule satelliti dei muscoli striati scheletrici. [[File:Stem_cells_diagram.png|centro|miniatura|620x620px|Cellule totipotenti, pluripotenti e unipotenti]] La terapia con cellule staminali è l'uso di cellule staminali per trattare o prevenire una malattia o una condizione. Il trapianto di midollo osseo è una forma di terapia con cellule staminali che è stata utilizzata per molti anni perché ha dimostrato di essere efficace negli studi clinici.  L'impianto di cellule staminali può aiutare a rafforzare il ventricolo sinistro del cuore, nonché a trattenere il tessuto cardiaco nei pazienti che hanno sofferto di infarti in passato. Per oltre 90 anni, il trapianto di cellule staminali emopoietiche (HSCT) è stato utilizzato per curare persone con condizioni come la leucemia e il linfoma; questa è l'unica forma di terapia con cellule staminali ampiamente praticata.  A partire dal 2016 , l'unica terapia consolidata che utilizza le cellule staminali è il trapianto di cellule staminali emopoietiche.  Questo di solito assume la forma di un trapianto di midollo osseo, ma le cellule possono anche essere derivate dal sangue del cordone ombelicale. Sono in corso ricerche per sviluppare varie fonti di cellule staminali e per applicare trattamenti con cellule staminali per malattie neurodegenerative  e condizioni come il diabete e le malattie cardiache. Una '''cellula staminale pluripotente indotta''' (conosciuta anche come '''iPS''' o '''iPSC''' dall'inglese ''Induced Pluripotent Stem Cell'') è un tipo di cellula staminale generata artificialmente a partire da una terminalmente differenziata (in genere una cellula somatica adulta), mediante l'introduzione di quattro geni specifici codificanti determinati fattori di trascrizione che ne inducono la conversione in cellula staminale di una specifica linea cellulare, che a sua volta potrà svilupparsi in cellula differenziata. Sulla base di tali proprietà, le iPSC offrono grandi speranze nel campo della medicina rigenerativa: la possibilità di indurne la differenziazione nella maggior parte dei tipi cellulari di un organismo (come ad esempio cellule neuronali, pancreatiche, cardiache ed epatiche), può essere sfruttata nella rigenerazione di tessuti o organi danneggiati. Le cellule staminali pluripotenti meglio caratterizzate sono quelle embrionali ma il loro utilizzo comporta problemi etici associati alla manipolazione e/o alla distruzione dell'embrione nella fase di preimpianto. Tali problemi possono essere evitati utilizzando cellule staminali derivate da quelle adulte indotte alla pluripotenza. Ciò permette la loro applicazione in trapianti autologhi, che riducono il rischio di rigetto, anche se tale tecnologia non è ritenuta del tutto sicura. Le iPSC vengono anche utilizzate per lo sviluppo di cure personalizzate sulla base della loro risposta a trattamenti farmacologici.<gallery> File:Stem cell treatments.svg|Malattie e condizioni in cui il trattamento con cellule staminali è promettente o emergente File:The development and the ways to rejuvenate cells - en.svg|Tipi di cellule staminali File:Schematic representation of delivery or induction of OSKM factors to convert somatic cells into pluripotent cells and differentiation the iPSC into a wide range of individual cells from the three germ layers.png|Rappresentazione schematica della conversione delle cellule somatiche in cellule pluripotenti e differenziazione delle iPSC in un'ampia gamma di singole cellule </gallery> === L'editing genetico con CRISPR/Cas9 === La tecnica CRISPR è una tecnica di editing genomico. Non è l'unica, in passato sono state messe a punto altre tecniche meno efficaci come la ZFN e la TALEN. L'acronimo CRISPR sta per "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats" e identifica una tecnica di ingegneria genetica usata in biologia molecolare. Si basa su una versione semplificata di un sistema di difesa contro i virsus che si trova nei batteri (CRISPR-Cas9). Fornendo la nucleasi Cas9 complessata con un RNA guida sintetico (gRNA) in una cellula, il genoma della cellula può essere tagliato nella posizione desiderata, consentendo la rimozione dei geni esistenti e/o l'aggiunta di nuovi in vivo. La tecnica è considerata molto significativa nel campo della biotecnologia e della medicina poiché consente di modificare i genomi in vivo in modo molto preciso, economico e semplice. Può essere utilizzato nella creazione di nuovi medicinali, prodotti agricoli e organismi geneticamente modificati o come mezzo per controllare agenti patogeni e parassiti. Ha anche possibilità di uso nel trattamento delle malattie genetiche ereditarie e delle malattie derivanti da mutazioni somatiche come il cancro. Sebbene ampiamente accettata in ambito agrario e biotecnologico, il suo utilizzo nella modificazione genetica della linea germinale umana è ad oggi molto controverso. [[File:MEGANUCLEASE-ZFN-TALEN-CRISPR-text-to-path.svg|centro|miniatura|668x668px|Schema di utilizzo di CRISPR/Cas9 (e altre tecniche prima utilizzate come ZFN e TALEN)]] Il sistema CRISPR/Cas può essere utilizzato, tra l'altro, per l'editing del genoma (delezioni/ eliminazioni di geni  e inserimenti) e quindi anche per la terapia genica. Tuttavia, ciò che potrebbe essere problematico per le applicazioni umane è che il sistema immunitario riconosce l’endonucleasi Cas9, che è di origine batterica, come antigene. Possibili applicazioni dell'editing genomico sono: * la rimozione dei genomi di agenti patogeni di malattie infettive croniche come il virus dell'epatite B e l'HIV * correggere le mutazioni nella generazione di cellule staminali pluripotenti indotte e di cellule staminali embrionali * trattamento delle malattie genetiche ereditarie * trattamento dei tumori === La farmacogenomica === La farmacogenomica (una combinazione di farmacologia e genomica ) è la tecnologia che analizza come il patrimonio genetico influenza la risposta di un individuo ai farmaci.  I ricercatori nel campo studiano l'influenza della variazione genetica sulle risposte ai farmaci nei pazienti correlando l'espressione genica o i polimorfismi a singolo nucleotide con l'efficacia o la tossicità di un farmaco .  Lo scopo della farmacogenomica è quello di sviluppare farmaci che, rispetto al genotipo dei pazienti, garantiscono la massima efficacia con effetti avversi minimi.  Tali approcci promettono l'avvento della "medicina personalizzata"; in cui i farmaci e le combinazioni di farmaci sono ottimizzati per il patrimonio genetico unico di ogni individuo. === I test genetici === [[File:Phenylketonuria_testing.jpg|miniatura|260x260px|Test della fenilchetonuria su un neonato]] I test genetici consentono la diagnosi genetica delle vulnerabilità alle malattie ereditarie e possono anche essere utilizzati per determinare la parentela di un bambino (madre e padre genetici) o in generale l'ascendenza di una persona . Oltre a studiare i cromosomi a livello di singoli geni, i test genetici in senso più ampio includono test biochimici per la possibile presenza di malattie genetiche o forme mutanti di geni associate a un rischio aumentato di sviluppare disturbi genetici. I test genetici identificano cambiamenti nei cromosomi , nei geni o nelle proteine.  Nella maggior parte dei casi, i test vengono utilizzati per trovare cambiamenti associati a disturbi ereditari. I risultati di un test genetico possono confermare o escludere una sospetta condizione genetica o aiutare a determinare la possibilità di una persona di sviluppare o trasmettere un disturbo genetico . Nel 2011 erano in uso diverse centinaia di test genetici.  Poiché i test genetici possono aprire problemi etici o psicologici, i test genetici sono spesso accompagnati da consulenza genetica. == Le biotecnologie verdi == === Biotecnologie verdi con transgenesi (con geni estranei all'organismo GM) === Le colture geneticamente modificate ("colture GM" o "colture biotech") sono piante utilizzate in agricoltura , il cui DNA è stato modificato con tecniche di ingegneria genetica . Nella maggior parte dei casi, l'obiettivo principale è introdurre una nuova caratteristica che non si verifica naturalmente nella specie. Le aziende biotecnologiche possono contribuire alla futura sicurezza alimentare migliorando la nutrizione e la vitalità dell'agricoltura urbana. Inoltre, la protezione dei diritti di proprietà intellettuale incoraggia gli investimenti del settore privato nell'agrobiotecnologia. Esempi nelle colture alimentari includono la '''resistenza a certi parassiti''',  '''malattie''',  '''condizioni ambientali stressanti''',  '''resistenza ai trattamenti chimici''' (ad esempio resistenza a un erbicida  ), riduzione del deterioramento,  o '''miglioramento''' del profilo nutrizionale della coltura.  Esempi nelle colture non alimentari includono la '''produzione di agenti farmaceutici''' ,  '''biocarburanti''' ,  e altri beni utili all'industria,  così come per la '''biorisanamento''' . Gli agricoltori hanno ampiamente adottato la tecnologia GM. Tra il 1996 e il 2011, la superficie totale di terra coltivata con colture GM è aumentata di un fattore 94, da 17.000 a 1.600.000 chilometri quadrati (da 4.200.000 a 395.400.000 acri).  Nel 2010, il 10% delle terre coltivate del mondo è stato piantato con colture GM.  Nel 2011, 11 diverse colture transgeniche sono state coltivate commercialmente su 395 milioni di acri (160 milioni di ettari) in 29 paesi come Stati Uniti, Brasile , Argentina , India , Canada, Cina, Paraguay, Pakistan, Sud Africa, Uruguay, Bolivia, Australia, Filippine, Myanmar, Burkina Faso, Messico e Spagna. [[File:Feldbefreiung.jpg|miniatura|376x376px|Mais Bt]] Gli alimenti geneticamente modificati sono alimenti prodotti da organismi che hanno subito modifiche specifiche nel loro DNA con metodi di ingegneria genetica . Queste tecniche hanno consentito l'introduzione di nuove caratteristiche delle colture e un controllo molto maggiore sulla struttura genetica di un alimento rispetto a quanto precedentemente consentito da metodi quali l'allevamento selettivo e l'allevamento per mutazione .  La vendita commerciale di alimenti geneticamente modificati è iniziata nel 1994, quando la Calgene ha commercializzato per la prima volta il suo pomodoro a maturazione ritardata Flavr Savr .  Ad oggi la maggior parte delle modifiche genetiche degli alimenti si è concentrata principalmente su colture commerciali molto richieste dagli agricoltori come '''soia''' , '''mais''' , canola (una varietà di '''colza''') e olio di semi di '''cotone''' . Questi sono stati progettati per '''resistere a patogeni ed erbicidi''' e per profili nutrizionali migliori. Anche il bestiame GM è stato sviluppato sperimentalmente; nel novembre 2013 nessuno era disponibile sul mercato,  ma nel 2015 la FDA ha approvato il primo salmone GM per la produzione e il consumo commerciale. Il '''mais Bt''': si tratta di una modifica genetica che permette alla pianta di difendersi dagli attacchi degli insetti, dovuta a un gene inserito nel suo DNA, che gli permette di produrre una proteina che danneggia gli insetti che cercano di nutrirsene. Il gene inserito, tratto dal Bacillus thuringiensis, produce la Delta-endotossina (o tossina Bt), sostanza innocua per l'uomo ma velenosa per gli insetti dell'ordine dei Lepidotteri, tra cui la Piralide del mais europea. Per queste ragioni, le piante geneticamente modificate con la delta-endotossina vengono coltivate su larga scala in tutto il mondo. [[File:AreialSeedingPlane.jpg|sinistra|miniatura|Trattamento con erbicida della soia]] Si dicono '''''Roundup ready''''' (trad. pronto per il Roundup, abbreviato ''RR'') quelle colture geneticamente modificate al fine di tollerare erbicidi a base di glifosato. Si tratta di un marchio registrato dalla multinazionale Monsanto il cui nome (''Roundup'') deriva da quello commerciale del principio attivo distribuito dalla stessa Monsanto; la prima coltura RR è stata la soia, seguita da altre come cotone, mais, colza. I vantaggi delle colture ''Roundup ready'' consistono essenzialmente in un controllo delle piante infestanti assai semplificato, che non sarebbe possibile in colture tradizionali, basato solo sul diserbo chimico con glifosato anche in "copertura" (cioè in presenza della vegetazione della coltura, che per l'appunto è resa tollerante all'erbicida grazie all'inserimento di un transgene). La '''soia ''Roundup Ready''''' è in assoluto il prodotto transgenico maggiormente coltivato nel mondo, rappresentando l'87% della soia coltivata negli Stati Uniti, e il 60% a livello globale (nel 2005). Recentemente è stata sviluppata la seconda generazione di soia ''Roundup Ready'', che associa al gene per la resistenza agli erbicidi una produttività del 4-7% superiore alle altre varietà. Tuttavia il principio base secondo molti studiosi sarebbe pericoloso per l'uomo e per gli animali che si nutrono di mangimi a base di soia e altri mangimi trattati con il Glifosato in relazione alla possibilità che quest'ultimo residui nei prodotti alimentari. La reale pericolosità del Glifosato è oggetto di accesi dibattiti. [[File:Golden Rice.jpg|miniatura|387x387px|Golden rice]] Il '''Golden Rice''' o Riso dorato è una varietà di riso prodotta attraverso una modifica genetica che introduce la via di biosintesi del precursore beta-carotene della provitamina nelle parti commestibili del riso. In particolare sono stati introdotti i geni '''psy''' (fitoene sintasi) del Narciso e del Mais e il gene '''crtI''' (carotene desaturasi) di un batterio del suolo, Erwinia uredovora. La pro-vitamina A, che il metabolismo umano trasforma in vitamina A, è presente naturalmente in molti alimenti come le carote, il fegato, le uova e il burro, che risultano tuttavia inaccessibili a molti milioni di famiglie che si nutrono quasi esclusivamente di riso. Allo scopo di introdurre vitamina A nella dieta di queste popolazioni, è stata creata una pianta di riso ricca in beta-carotene. Secondo l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) oltre 100 milioni di bambini poveri nel mondo hanno una dieta carente di vitamina A e, per questa ragione, migliaia di bambini diventano ciechi ogni anno. Al fine di evitare patologie oculari, sarebbe sufficiente che queste popolazioni assumessero un quantitativo maggiore di vitamina. Il progetto è andato più lento del previsto e solo nel 2008 sono stati seminati i primi campi di Golden Rice nelle Filippine. I ritardi non sono dovuti soltanto a opposizione di molte organizzazioni anti-biotech responsabili della distruzione di diversi campi sperimentali ma anche per problemi legali in quanto la distribuzione, anche gratuita, del Golden Rice avrebbe causato una violazione dei diritti intellettuali di almeno una settantina di brevetti detenuti da multinazionali e università. Attualmente il Golden rice viene prodotto e distribuito unicamente in Bangladesh a causa dei rallentamenti provocati dallo scetticismo da parte della popolazione nei confronti dei possibili benefici dell’ingegneria genetica. Esiste un consenso scientifico  sul fatto che gli alimenti attualmente disponibili derivati ​​da colture geneticamente modificate non presentano rischi maggiori per la salute umana rispetto agli alimenti convenzionali,  ma che ogni alimento geneticamente modificato deve essere testato caso per caso prima di essere introdotto.  Tuttavia, i membri del pubblico sono molto meno propensi degli scienziati a percepire gli alimenti geneticamente modificati come sicuri.  Lo status legale e normativo degli alimenti geneticamente modificati varia a seconda del paese, con alcune nazioni che li vietano o li limitano, e altre che li consentono con gradi di regolamentazione molto diversi. Le colture geneticamente modificate offrono anche una serie di benefici ecologici, se non utilizzate in eccesso.  Le colture resistenti agli insetti hanno dimostrato di ridurre l’uso di pesticidi, riducendo quindi l’impatto ambientale dei pesticidi nel loro complesso.  Tuttavia, gli oppositori hanno sollevato obiezioni alle colture geneticamente modificate in sé per diversi motivi, tra cui preoccupazioni ambientali, se il cibo prodotto da colture geneticamente modificate sia sicuro, se le colture geneticamente modificate siano necessarie per soddisfare le esigenze alimentari mondiali e preoccupazioni economiche sollevate dal fatto che questi organismi sono soggetti alla legge sulla proprietà intellettuale. La biotecnologia ha diverse applicazioni nel campo della sicurezza alimentare. Colture come il riso dorato sono progettate per avere un contenuto nutrizionale più elevato e c'è il potenziale per prodotti alimentari con una durata di conservazione più lunga.  Sebbene non siano una forma di biotecnologia agricola, i vaccini possono aiutare a prevenire le malattie riscontrate nell'agricoltura animale. Inoltre, la biotecnologia agricola può accelerare i processi di allevamento per ottenere risultati più rapidi e fornire maggiori quantità di cibo.  La ​​biofortificazione transgenica nei cereali è stata considerata un metodo promettente per combattere la malnutrizione in India e in altri paesi.<gallery> File:Bt-toxin-crystals.jpg|Cristalli di tossina da ''Bacillus thuringiensis'' File:Corn borer.jpg|Bruco della piralide del mais File:Ostrinia nubilalis01.jpg|Adulto della piralide del mais File:Logo of Roundup Ready canola.svg|Il marchio Roundup della Monsanto File:Glyphosate-from-xtal-view-2-3D-bs-17.png|Glifosato File:Maiz RR.jpg|Coltivazione di mais trattata con glifosato File:Narzisse.jpg|Narciso File:Glyphosate USA 2019.png|Uso del glifosato negli Stati Uniti </gallery> === Biotecnologie verdi con cisgenesi (con geni della stessa specie) === [[File:Schurft bij appel (Venturia inaequalis on Malus domestica 'Schone van Boskoop').jpg|sinistra|miniatura|438x438px|Ticchiolatura del melo]] Cisgenesi (etimologia: cis = stesso lato; e genesi = origine) è un termine per organismi che sono stati progettati utilizzando un processo in cui i geni vengono trasferiti artificialmente tra organismi che altrimenti potrebbero essere allevati in modo convenzionale.  I geni vengono trasferiti solo tra organismi strettamente correlati.  Le sequenze di acidi nucleici devono essere isolate e introdotte utilizzando le stesse tecnologie utilizzate per produrre organismi transgenici, rendendo la cisgenesi simile per natura alla transgenesi. La cisgenesi è stata applicata al trasferimento di geni di resistenza naturale alla devastante malattia ''Phytophthora infestans'' nella patata  e alla ticchiolatura ( ''Venturia inaequalis'' ) nella mela. Alcune persone credono che la cisgenesi non debba affrontare la stessa supervisione normativa della modifica genetica creata tramite transgenesi, poiché è possibile, se non pratico, trasferire alleli tra specie strettamente correlate anche tramite incrocio tradizionale. In Europa , attualmente, questo processo è regolato dalle stesse leggi della transgenesi. Mentre i ricercatori dell'Università di Wageningen nei Paesi Bassi ritengono che questo dovrebbe essere cambiato. === Biotecnologie verdi con editing genomico === L'editing del genoma fornisce una nuova strategia per la manipolazione genetica nelle piante e probabilmente aiuterà nell'ingegneria dei tratti vegetali desiderati modificando i geni endogeni. Un esempio potenzialmente riuscito dell'applicazione delle tecniche di editing del genoma nel miglioramento delle colture può essere trovato nella banana, dove gli scienziati hanno utilizzato l'editing CRISPR/Cas9 per inattivare il virus endogeno della striatura della banana nel genoma B della banana ( ''Musa'' spp. ) per superare una sfida importante nell'allevamento delle banane. == Altre biotecnologie == === La biotecnologia industriale === La '''biotecnologia industriale''' (conosciuta principalmente in Europa come biotecnologia bianca) è l'applicazione della biotecnologia a scopi industriali, inclusa la '''fermentazione industriale''' . Include la pratica di utilizzare cellule come microrganismi , o componenti di cellule come enzimi , per generare prodotti utili a livello industriale in settori quali prodotti chimici, alimenti e mangimi, detersivi, carta e cellulosa, tessili e biocarburanti .  Negli ultimi decenni, sono stati compiuti progressi significativi nella creazione di organismi geneticamente modificati (OGM) che migliorano la diversità delle applicazioni e la redditività economica della biotecnologia industriale. Utilizzando materie prime rinnovabili per produrre una varietà di prodotti chimici e combustibili, la biotecnologia industriale sta attivamente avanzando verso la riduzione delle emissioni di gas serra e l'allontanamento da un'economia basata sulla petrolchimica. La '''biologia sintetica''' è considerata uno dei cardini essenziali della biotecnologia industriale per il suo contributo finanziario e sostenibile al settore manifatturiero. Insieme, la biotecnologia e la biologia sintetica svolgono un ruolo cruciale nella generazione di prodotti convenienti con caratteristiche rispettose della natura, utilizzando la produzione basata su biotecnologie anziché quella basata sui fossili.  La biologia sintetica può essere utilizzata per progettare microrganismi modello , come ''l'Escherichia coli'' , mediante strumenti di editing del genoma per migliorare la loro capacità di produrre prodotti basati su biotecnologie, come la bioproduzione di '''medicinali''' e '''biocarburanti''' .  Ad esempio, ''l'E. coli'' e ''il Saccharomyces cerevisiae'' in un consorzio potrebbero essere utilizzati come microbi industriali per produrre precursori dell'agente chemioterapico paclitaxel ('''taxolo''') applicando l' ingegneria metabolica in un approccio di co-coltura per sfruttare i benefici dei due microbi. Un altro esempio di applicazioni della biologia sintetica nella biotecnologia industriale è la riprogettazione dei percorsi metabolici di ''E. coli'' mediante sistemi CRISPR e CRISPRi verso la produzione di una sostanza chimica nota come '''1,4-butandiolo''' , che viene utilizzata nella produzione di '''fibre'''. Per produrre 1,4-butandiolo, gli autori alterano la regolazione metabolica di ''Escherichia coli'' mediante CRISPR per indurre una mutazione puntiforme nel gene ''glt'' A, il knockout del gene ''sad'' e il knock-in di sei geni ( ''cat'' 1, ''suc'' D, ''4hbd'' , ''cat'' 2, ''bld'' e ''bdh'' ). Mentre il sistema CRISPRi era utilizzato per abbattere i tre geni concorrenti ( ''gab'' D, ''ybg'' C e ''tes'' B) che influenzano il percorso di biosintesi di 1,4-butandiolo. Di conseguenza, la resa di 1,4-butandiolo è aumentata significativamente da 0,9 a 1,8 g/L. <gallery> File:Taxol.svg|Taxolo (farmaco chemioterapico) File:1,4-Butanediol-3D-balls.png|1,4-butandiolo File:Cycling kit full body alt 3 (cropped).jpg|L'elastane (Lycra) è prodotto col butandiolo </gallery> === La produzione di biocarburanti === '''Il biocarburante''' è un carburante ricavato da materiale biologico. È diverso dai combustibili fossili ricavati da materiale biologico fossilizzato. Il biocarburante può essere in forma solida , liquida o gassosa Esistono due modi comuni per convertire le piante in combustibili gassosi e liquidi. Uno è coltivare colture ad alto contenuto di zucchero (ad esempio canna da zucchero ) o amido (ad esempio mais ), e quindi utilizzare il lievito per fermentare alcol etilico ( etanolo ). Il secondo è coltivare piante che contengono elevate quantità di olio vegetale , come olio di palma , soia e alghe . Quando questi oli vengono riscaldati, la loro viscosità si riduce e possono essere bruciati direttamente in un motore diesel o trattati chimicamente per produrre combustibili come il biodiesel . Per migliaia di anni, il legno e i suoi sottoprodotti sono stati convertiti in biocarburanti come carbone di legna, gas di legna, metanolo o combustibile di etanolo. ''I <u>biocarburanti di prima generazione</u>'' (chiamati anche "biocarburanti convenzionali") sono ricavati da colture alimentari coltivate su terreni arabili.  Il contenuto di zucchero, amido o olio della coltura viene convertito in biodiesel o etanolo , mediante transesterificazione o fermentazione del lievito. La produzione di questi carburanti però sottraggono terreni agricoli utili per l'alimentazione umana e questo può creare dei problemi. I ''<u>biocarburanti di seconda generazione</u>'' risolvono il problema del " cibo contro carburante ", (chiamati anche biocarburanti avanzati o biocarburanti sostenibili o biocarburanti drop-in) sono realizzati da materie prime che non competono direttamente con le colture alimentari o foraggere, come i prodotti di scarto e le colture energetiche.  Un'ampia gamma di materie prime di scarto, come quelle derivate da attività agricole e forestali come paglia di riso, lolla di riso, trucioli di legno e segatura, può essere utilizzata per produrre biocarburanti avanzati attraverso processi biochimici e termochimici. [[File:Biodiesel.JPG|sinistra|miniatura|Biodiesel]] Le biotecnologie aiutano la produzione di biocarburanti di seconda generazione creando microorganismi (batteri e lieviti) che riescono ad avere una elevata resa dalla fermentazione della cellulosa di scarto. '''Il biodiesel''' è un tipo di carburante preparato elaborando olio vegetale , grasso animale, particolari tipi di alghe e forse anche liquami . È considerato un tipo di energia rinnovabile , poiché proviene tutto da piante e animali viventi. Può essere utilizzato per alimentare un motore, solitamente per veicoli , compresi gli aerei . Sostituisce il diesel che deriva dal petrolio, un tipo di combustibile fossile. La maggior parte del biodiesel è ricavata da '''semi oleosi''' . I semi oleosi sono qualsiasi tipo di seme che contenga abbastanza olio da essere utile per produrre olio vegetale. Un giorno le '''alghe''' potrebbero essere utilizzate per produrre più biodiesel di quanto non se ne produca oggi con l'olio vegetale. Le alghe possono essere coltivate in luoghi in cui non si può coltivare cibo, quindi non sottrarrebbero cibo alle persone.  Ma al momento è ancora troppo costoso, ma gli scienziati stanno cercando modi per migliorare il processo [[File:Ethanol fuel pump Brazil.jpg|miniatura|269x269px|Pompa di etanolo in Brasile]] Il '''bioetanolo''' di seconda generazione viene ottenuto idrolizzando grandi quantità di cellulosa che tramite l'uso di funghi o batteri trasformano la cellulosa in glucosio e altri zuccheri, poi avviene la fermentazione mediante lieviti o altri microbi. Ricerche innovative mirano a modificare geneticamente sia i batteri che i lieviti come ''Saccharomyces cerevisiae'' modificato in modo da produrre il doppio di etanolo. Altro filone di ricerca è quello di combinare le caratteristiche di scindere la cellulosa in glucosio con quella di trasformare gli zuccheri in etanolo mediante un unico organismo. Il bioetanolo da cellulosa è molto più costoso di quello ottenuto dalla canna da zucchero e solo importanti progressi scientifici possono renderlo conveniente. Si noti che il costo non è dovuto alla materia prima (cellulosa) ma alla sua trasformazione in bioetanolo. I processi industriali attuali fanno costare il bioetanolo da cellulosa tre volte quello ottenuto da canna da zucchero. La '''biotecnologia ambientale''' comprende varie discipline che svolgono un ruolo essenziale nella riduzione dei rifiuti ambientali e nella fornitura di processi sicuri per l'ambiente , come la biofiltrazione e la biodegradazione. La ​​bonifica dei rifiuti ambientali è un esempio di applicazione della biotecnologia ambientale; mentre la perdita di biodiversità o la perdita di contenimento di un microbo dannoso sono esempi di implicazioni ambientali della biotecnologia. Molte città hanno installato CityTrees , che utilizzano la biotecnologia per filtrare gli inquinanti dall'atmosfera urbana.<gallery> File:BS CityTree 2.JPG|Filtro urbano CityTrees </gallery> == La genomica e le sue applicazioni == Lo studio degli acidi nucleici è iniziato con la scoperta del DNA, è progredito verso lo studio dei geni e dei piccoli frammenti, e ora è esploso nel campo della '''genomica'''. La genomica è lo studio di interi genomi, incluso il set completo di geni, la loro sequenza e organizzazione dei nucleotidi e le loro interazioni all'interno di una specie e con altre specie. La tecnologia di sequenziamento del DNA ha contribuito ai progressi della genomica. Proprio come la tecnologia informatica ha portato a Google Maps che consente alle persone di ottenere informazioni dettagliate sulle posizioni in tutto il mondo, i ricercatori utilizzano le informazioni genomiche per creare mappe del DNA simili di diversi organismi. Queste scoperte hanno aiutato gli antropologi a comprendere meglio la migrazione umana e hanno aiutato il campo medico attraverso la mappatura delle malattie genetiche umane. Le informazioni genomiche possono contribuire alla comprensione scientifica in vari modi e la conoscenza in questo campo sta crescendo rapidamente. L'introduzione di progetti di sequenziamento del DNA e di sequenziamento dell'intero genoma, in particolare il progetto Genoma Umano, ha ampliato l'applicabilità delle informazioni sulla sequenza del DNA. Molti campi, come la metagenomica, la farmacogenomica e la genomica mitocondriale, utilizzano la genomica. La <u>comprensione e la ricerca di cure per le malattie è l'applicazione più comune della genomica</u>. === Prevedere il rischio di malattia a livello individuale === La previsione del rischio di malattia comporta lo screening di individui attualmente sani tramite analisi del genoma a livello individuale. I professionisti sanitari possono raccomandare un intervento con cambiamenti nello stile di vita e farmaci prima dell'insorgenza della malattia. Tuttavia, questo approccio è più applicabile quando il problema risiede in un singolo difetto genetico. Tali difetti rappresentano solo circa il 5 percento delle malattie nei paesi sviluppati. La maggior parte delle malattie comuni, come le malattie cardiache, sono multifattoriali o '''poligeniche''' , ovvero una caratteristica fenotipica che coinvolge due o più geni e coinvolge anche fattori ambientali come la dieta. Nell'aprile 2010, gli scienziati della Stanford University hanno pubblicato l'analisi del genoma di un individuo sano (Stephen Quake, uno scienziato della Stanford University, il cui genoma è stato sequenziato). L'analisi ha previsto la sua propensione ad acquisire varie malattie. Il team medico ha eseguito una valutazione del rischio per analizzare la percentuale di rischio di Quake per 55 diverse condizioni mediche. Il team ha trovato una rara mutazione genetica, che ha mostrato che era a rischio di infarto improvviso. I risultati hanno anche previsto che Quake aveva un rischio del 23 percento di sviluppare un cancro alla prostata e un rischio dell'1,4 percento di sviluppare l'Alzheimer. Gli scienziati hanno utilizzato database e diverse pubblicazioni per analizzare i dati genomici. Anche se il sequenziamento genomico sta diventando più conveniente e gli strumenti analitici stanno diventando più affidabili, i ricercatori devono ancora affrontare le questioni etiche che circondano l'analisi genomica a livello di popolazione. === Farmacogenomica e Tossicogenomica === '''La farmacogenomica''' , o tossicogenomica, comporta la valutazione dell'efficacia e della sicurezza dei farmaci sulla base delle informazioni provenienti dalla sequenza genomica di un individuo. Possiamo studiare le risposte genomiche ai farmaci utilizzando animali da esperimento (come ratti o topi da laboratorio) o cellule vive in laboratorio prima di intraprendere studi sugli esseri umani. Studiare i cambiamenti nell'espressione genica potrebbe fornire informazioni sul profilo di trascrizione in presenza del farmaco, che possiamo utilizzare come indicatore precoce del potenziale di effetti tossici. Ad esempio, i geni coinvolti nella crescita cellulare e nella morte cellulare controllata, se disturbati, potrebbero portare alla crescita di cellule cancerose. Gli studi sull'intero genoma possono anche aiutare a trovare nuovi geni coinvolti nella tossicità dei farmaci. I professionisti medici possono utilizzare le informazioni personali sulla sequenza del genoma per prescrivere farmaci che saranno più efficaci e meno tossici sulla base del genotipo del singolo paziente. Le firme genetiche potrebbero non essere completamente accurate, ma i professionisti medici possono testarle ulteriormente prima che si manifestino sintomi patologici. === Genomica microbica: Metagenomica === Tradizionalmente, gli studiosi hanno insegnato microbiologia con la convinzione che sia meglio studiare i microrganismi in condizioni '''di coltura pura''' . Ciò comporta l'isolamento di un singolo tipo di cellula e la sua coltura in laboratorio. Poiché i microrganismi possono attraversare diverse generazioni nel giro di poche ore, i loro profili di espressione genica si adattano molto rapidamente al nuovo ambiente di laboratorio. Inoltre, la stragrande maggioranza delle specie batteriche resiste alla coltura in isolamento. La maggior parte dei microrganismi non vive come entità isolate, ma in comunità microbiche o biofilm. Per tutti questi motivi, la coltura pura non è sempre il modo migliore per studiare i microrganismi. '''La metagenomica''' è lo studio dei genomi collettivi di più specie che crescono e interagiscono in una nicchia ambientale. La metagenomica può essere utilizzata per identificare nuove specie più rapidamente e per analizzare l'effetto degli inquinanti sull'ambiente. === Genomica microbica: creazione di nuovi biocarburanti === La conoscenza della genomica dei microrganismi viene utilizzata per trovare modi migliori per sfruttare i '''biocarburanti''' da alghe e cianobatteri. Le principali fonti di carburante oggi sono carbone, petrolio, legno e altri prodotti vegetali, come l'etanolo. Sebbene le piante siano risorse rinnovabili, c'è ancora bisogno di trovare più fonti alternative di energia rinnovabile per soddisfare la domanda energetica della nostra popolazione. Il mondo microbico è una delle più grandi risorse di geni che codificano nuovi enzimi e producono nuovi composti organici, e rimane in gran parte inutilizzato. I microrganismi vengono utilizzati per creare prodotti, come '''enzimi''' utilizzati nella ricerca, antibiotici e altri meccanismi antimicrobici. La genomica microbica sta aiutando a sviluppare '''strumenti diagnostici''', '''vaccini migliorati''', nuovi '''trattamenti per le malattie''' e tecniche avanzate di '''bonifica ambientale'''. === Genomica mitocondriale === I mitocondri sono organelli intracellulari che contengono il proprio DNA. Il DNA mitocondriale muta a un ritmo rapido e gli scienziati spesso lo usano per studiare le relazioni evolutive. Un'altra caratteristica che rende interessante lo studio del genoma mitocondriale è che il DNA mitocondriale nella maggior parte degli organismi multicellulari passa dalla madre durante il processo di fecondazione. Per questo motivo, gli scienziati spesso usano la genomica mitocondriale per '''tracciare la genealogia'''. === Genomica in ambito forense === Gli esperti hanno utilizzato informazioni e indizi tratti da campioni di DNA sulle scene del crimine come prove nei casi giudiziari e hanno utilizzato marcatori genetici nell''''analisi forense'''. Anche l'analisi genomica è diventata utile in questo campo. La prima pubblicazione che mostrava il primo utilizzo della genomica in ambito forense è uscita nel 2001. Si è trattato di un tentativo collaborativo tra istituti di ricerca accademica e l'FBI per risolvere i misteriosi casi di antrace comunicati tramite il servizio postale statunitense. Utilizzando la genomica microbica, i ricercatori hanno determinato che il colpevole ha utilizzato uno specifico ceppo di antrace in tutte le spedizioni. === Genomica in agricoltura === La genomica può ridurre in una certa misura le prove e gli insuccessi coinvolti nella ricerca scientifica, il che potrebbe '''migliorare la qualità e la quantità della resa delle colture agricole'''. Collegare i tratti ai geni o alle firme genetiche aiuta a migliorare la selezione delle colture per generare ibridi con le qualità più desiderabili. Gli scienziati utilizzano i dati genomici per <u>identificare i tratti desiderabili e quindi trasferirli a un organismo diverso</u>. I ricercatori stanno scoprendo come la genomica può migliorare la qualità e la quantità della produzione agricola. Ad esempio, gli scienziati potrebbero utilizzare i tratti desiderabili per creare un prodotto utile o migliorare un prodotto esistente, come rendere una coltura sensibile alla siccità più <u>tollerante alla stagione secca</u>. === La genomica e la proteomica === Le proteine ​​sono i prodotti finali dei geni, che aiutano a svolgere la funzione codificata dal gene. Gli amminoacidi comprendono le proteine ​​e svolgono ruoli importanti nella cellula. Tutti gli enzimi (tranne i ribozimi) sono proteine ​​che agiscono come catalizzatori per influenzare la velocità delle reazioni. Le proteine ​​sono anche molecole regolatrici e alcune sono ormoni. Le proteine ​​di trasporto, come l'emoglobina, aiutano a trasportare l'ossigeno a vari organi. Anche gli anticorpi che difendono dalle particelle estranee sono proteine. Nello stato di malattia, la funzione delle proteine ​​può essere compromessa a causa di cambiamenti a livello genetico o a causa dell'impatto diretto su una proteina specifica. Un '''proteoma''' è l'intero set di proteine ​​prodotto da un tipo di cellula. Possiamo studiare i proteomi usando la conoscenza dei genomi perché i geni codificano per gli mRNA e gli mRNA codificano le proteine. Sebbene l'analisi degli mRNA sia un passo nella giusta direzione, non tutti gli mRNA vengono tradotti in proteine. '''La proteomica''' è lo studio della funzione dei proteomi. La proteomica integra la genomica ed è utile quando gli scienziati vogliono testare le loro ipotesi basate sui geni. Sebbene tutte le cellule degli organismi multicellulari abbiano lo stesso set di geni, il set di proteine ​​prodotte in tessuti diversi è diverso e dipende dall'espressione genica. Pertanto, il <u>genoma è costante, ma il proteoma varia ed è dinamico all'interno di un organismo</u>. Inoltre, gli RNA possono essere alternativamente giuntati (tagliati e incollati per creare nuove combinazioni e nuove proteine) e molte proteine ​​si modificano dopo la traduzione tramite processi come scissione proteolitica, fosforilazione, glicosilazione e ubiquitinazione. Esistono anche interazioni proteina-proteina, che complicano lo studio dei proteomi. Sebbene il genoma fornisca un modello, l'architettura finale dipende da diversi fattori che possono modificare la progressione degli eventi che generano il proteoma. La metabolomica è correlata alla genomica e alla proteomica. La '''metabolomica''' implica lo studio dei metaboliti di piccole molecole in un organismo. Il '''metaboloma''' è l'insieme completo di metaboliti che sono correlati al corredo genetico di un organismo. La metabolomica offre un'opportunità di confrontare il corredo genetico e le caratteristiche fisiche, così come il corredo genetico e i fattori ambientali. L'obiettivo della ricerca sul metaboloma è identificare, quantificare e catalogare tutti i metaboliti nei tessuti e nei fluidi degli organismi viventi. ==== Tecniche di base nell'analisi delle proteine ==== L'obiettivo finale della proteomica è identificare o confrontare le proteine ​​espresse da un dato genoma in condizioni specifiche, studiare le interazioni tra le proteine ​​e utilizzare le informazioni per prevedere il comportamento cellulare o sviluppare bersagli farmacologici. Proprio come gli scienziati analizzano il genoma utilizzando la tecnica di base del sequenziamento del DNA, la proteomica richiede tecniche per l'analisi delle proteine. La tecnica di base per l'analisi delle proteine, analoga al sequenziamento del DNA, è la spettrometria di massa. La spettrometria di massa identifica e determina le caratteristiche di una molecola. I progressi nella spettrometria hanno consentito ai ricercatori di analizzare campioni di proteine ​​molto piccoli. La cristallografia a raggi X, ad esempio, consente agli scienziati di determinare la struttura tridimensionale di un cristallo proteico a risoluzione atomica. Un'altra tecnica di imaging proteico, la risonanza magnetica nucleare (NMR), utilizza le proprietà magnetiche degli atomi per determinare la struttura tridimensionale della proteina in soluzione acquosa. Gli scienziati hanno anche utilizzato i microarray proteici per studiare le interazioni proteiche. Adattamenti su larga scala dello schermo di base a due ibridi ( Figura 17.17 ) hanno fornito la base per i microarray proteici. Gli scienziati utilizzano software per computer per analizzare l'enorme quantità di dati per l'analisi proteomica. Le analisi su scala genomica e proteomica fanno parte della '''biologia dei sistemi''' , che è lo studio di interi sistemi biologici (genomi e proteomi) in base alle interazioni all'interno del sistema. L'Istituto europeo di bioinformatica e l'Organizzazione del proteoma umano (HUPO) stanno sviluppando e stabilendo strumenti efficaci per esaminare l'enorme pila di dati della biologia dei sistemi. Poiché le proteine ​​sono prodotti diretti dei geni e riflettono l'attività a livello genomico, è naturale usare i proteomi per confrontare i profili proteici di diverse cellule per identificare proteine ​​e geni coinvolti nei processi patologici. La maggior parte delle sperimentazioni sui farmaci farmaceutici ha come target le proteine. I ricercatori usano le informazioni che ottengono dalla proteomica per identificare nuovi farmaci e comprenderne i meccanismi d'azione. ==== Proteomica del cancro ==== I ricercatori stanno studiando i genomi e i proteomi dei pazienti per comprendere la base genetica delle malattie. La malattia più importante che i ricercatori stanno studiando con approcci proteomici è il cancro. Questi approcci migliorano lo screening e la diagnosi precoce del cancro. I ricercatori sono in grado di identificare proteine ​​la cui espressione indica il processo della malattia. Una singola proteina è un '''biomarcatore'''; mentre un insieme di proteine ​​con livelli di espressione alterati è una '''firma proteica''' . Affinché un biomarcatore o una firma proteica siano utili come candidati per lo screening e la diagnosi precoce del cancro, devono essere secreti nei fluidi corporei, come sudore, sangue o urina, in modo che gli operatori sanitari possano eseguire screening su larga scala in modo non invasivo. L'attuale problema con l'uso di biomarcatori per la diagnosi precoce del cancro è l'alto tasso di risultati falsi negativi. Un '''falso negativo''' è un risultato del test errato che avrebbe dovuto essere positivo. In altre parole, molti casi di cancro non vengono rilevati, il che rende i biomarcatori inaffidabili. Alcuni esempi di biomarcatori proteici nella diagnosi del cancro sono CA-125 per il cancro ovarico e PSA per il cancro alla prostata. Le firme proteiche potrebbero essere più affidabili dei biomarcatori per rilevare le cellule tumorali. I ricercatori stanno anche utilizzando la proteomica per sviluppare piani di trattamento personalizzati, che implicano la previsione se un individuo risponderà o meno a farmaci specifici e gli effetti collaterali che l'individuo potrebbe sperimentare. I ricercatori utilizzano anche la proteomica per prevedere la possibilità di recidiva della malattia. Il National Cancer Institute ha sviluppato programmi per migliorare la diagnosi e il trattamento del cancro. Le Clinical Proteomic Technologies for Cancer e l'Early Detection Research Network sono sforzi per identificare le firme proteiche specifiche per diversi tipi di cancro. Il Biomedical Proteomics Program identifica le firme proteiche e progetta terapie efficaci per i pazienti oncologici. == Fonti == https://en.wikipedia.org/wiki/Outline_of_biotechnology https://en.wikipedia.org/wiki/Biotechnology https://it.wikipedia.org/wiki/Biotecnologia https://de.wikipedia.org/wiki/Biotechnologie https://es.wikipedia.org/wiki/Biotecnolog%C3%ADa 3ob7mxrkuaibm164oxka5mq2r700e0r 491863 491862 2026-04-15T06:00:42Z AGeremia 10319 /* La terapia genica ex vivo */ 491863 wikitext text/x-wiki {{Biologia per il liceo}} {{avanzamento|100%}} '''La biotecnologia''' è l'uso di agenti biologici per il progresso tecnologico. La biotecnologia è stata utilizzata per l'allevamento di bestiame e colture molto prima che le persone comprendessero le basi scientifiche di queste tecniche. Dalla scoperta della struttura del DNA nel 1953, il campo della biotecnologia è cresciuto rapidamente sia attraverso la ricerca accademica che attraverso aziende private. Le applicazioni principali di questa tecnologia sono in medicina (produzione di vaccini e antibiotici) e in agricoltura (modifica genetica delle colture per aumentare le rese). La biotecnologia ha anche molte applicazioni industriali, come la fermentazione, il trattamento delle fuoriuscite di petrolio e la produzione di biocarburanti. == Le prime applicazioni delle biotecnologie == [[File:The_Brewer_designed_and_engraved_in_the_Sixteenth._Century_by_J_Amman.png|miniatura|367x367px|Il Birraio, disegnato e inciso nel XVI secolo da Jost Amman.]] Le più antiche applicazioni della biotecnologia, conosciute da oltre 5.000 anni, sono la produzione di '''pane''' , '''vino''' o '''birra''' ( fermentazione alcolica ) utilizzando il '''lievito''', che appartiene ai funghi . L'uso di batteri lattici ha permesso anche di produrre pasta madre (pane lievitato) e prodotti a base di latte acido come '''formaggio''' , '''yogurt''' , latte acido o '''kefir''' . Uno dei primi usi della bioingegneria, oltre alla nutrizione, fu la concia e il decapaggio delle pelli utilizzando feci e altri materiali contenenti enzimi per produrre pelle. Gran parte della biotecnologia si basava su questi processi produttivi fino al Medioevo, intorno al 1650, quando apparve il primo processo biotecnico per la produzione dell''''aceto'''. La biotecnologia moderna si basa essenzialmente sulla microbiologia , emersa nella seconda metà del XIX secolo. Soprattutto, lo sviluppo di metodi di coltivazione , coltura pura e sterilizzazione da parte di Louis Pasteur gettò le basi per lo studio e l'applicazione ( microbiologia applicata ) dei '''microrganismi''' . Nel 1867 Pasteur riuscì a isolare i batteri dell'acido acetico e il lievito di birra utilizzando questi metodi . Intorno al 1890 lui e Robert Koch svilupparono le prime '''vaccinazioni''' basate su agenti patogeni isolati , gettando così le basi per la biotecnologia medica . Il giapponese Jōkichi Takamine fu il primo a isolare un unico enzima per uso tecnico, '''l'alfa-amilasi''' (che brevettò nel 1894). Alcuni anni dopo, il chimico tedesco Otto Röhm utilizzò le '''proteasi animali''' (enzimi di degradazione delle proteine) provenienti dagli scarti della macellazione come detergenti e additivi per la produzione della pelle. La produzione su larga scala di '''butanolo''' e '''acetone''' attraverso la fermentazione del batterio ''Clostridium acetobutylicum'' fu descritta e sviluppata nel 1916 dal chimico e poi presidente israeliano Charles Weizmann .  È stato il primo sviluppo della biotecnologia bianca . Il processo fu utilizzato fino alla metà del XX secolo, ma fu poi sostituito dalla più economica sintesi petrolchimica dalla frazione propene del petrolio . A partire dal 1920, '''l'acido citrico''' fu prodotto dalla fermentazione superficiale del fungo ''Aspergillus niger'' . Nel 1957, l' amminoacido '''acido glutammico''' fu prodotto per la prima volta utilizzando il batterio del suolo ''Corynebacterium glutamicum.'' Nel 1928/29 Alexander Fleming scoprì la prima '''penicillina antibiotica''' per uso medico nel fungo ''Penicillium chrysogenum'' . Questo fu seguito nel 1943 dall'antibiotico '''streptomicina''' di Selman Waksman , Albert Schatz ed Elizabeth Bugie . Nel 1949 la produzione di '''steroidi''' fu implementata su scala industriale. All'inizio degli anni '60, le '''proteasi''' di derivazione biotecnologica furono aggiunte per la prima volta ai '''detersivi''' per rimuovere le macchie proteiche . Nella produzione del formaggio , dal 1965, il '''caglio''' di vitello può essere sostituito dalla rennina prodotta da microrganismi . Dal 1970 in poi è stato possibile produrre biotecnicamente '''amilasi''' e altri enzimi che scindono l'amido, con i quali ad es. B. L'amido di mais viene convertito nel cosiddetto “'''sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio'''” e utilizzato come sostituto dello zucchero di canna ( saccarosio ), ad es. B. potrebbe essere utilizzato nella produzione di bevande.<gallery> File:Bread 2.jpg|Pane File:Red Wine Glass.jpg|Vino File:NCI Visuals Food Beer.jpg|Birra File:Hartkaese HardCheeses.jpg|Formaggio File:Turkish strained yogurt.jpg|Yogurt File:Essig-1.jpg|Aceto File:Zitronensäure - Citric acid.svg|Acido citrico File:Penicillin core.svg|Penicillina File:Salivary alpha-amylase 1SMD.png|Amilasi </gallery> == Le biotecnologie rosse == In medicina, le moderne biotecnologie hanno molte applicazioni in vari settori quali: * la scoperta e la produzione di farmaci * la produzione di vaccini efficaci e a basso rischio * la terapia genica * la terapia con cellule staminali * l'editing genetico con CRISPR/Cas9 a scopi terapeutici * la farmacogenomica * i test genetici (o screening genetici ). Nel 2021, quasi il 40% del valore aziendale totale delle aziende biotecnologiche farmaceutiche in tutto il mondo era attivo in oncologia , con neurologia e malattie rare come altre due grandi applicazioni. === La scoperta e produzione di farmaci === La biotecnologia ha contribuito alla scoperta e alla produzione di farmaci tradizionali a piccole molecole , nonché di farmaci che sono il prodotto della biotecnologia, la biofarmaceutica . La moderna biotecnologia può essere utilizzata per produrre medicinali esistenti in modo relativamente semplice ed economico. I primi prodotti geneticamente modificati sono stati medicinali progettati per curare malattie umane. Per citare un esempio, nel 1978 Genentech ha sviluppato '''l'insulina sintetica''' umana unendo il suo gene con un vettore plasmidico inserito nel batterio ''Escherichia coli''. L'insulina, ampiamente utilizzata per il trattamento del diabete, era precedentemente estratta dal pancreas di animali da macello (bovini o maiali). La biotecnologia utilizzata è quella del '''DNA ricombinante''', ovverosia si usano principalmente '''batteri geneticamente modificati''' in grado di produrre grandi quantità di proteine sintetiche a costi relativamente bassi. Molti farmaci vengono prodotti con la tecnologia del DNA ricombinante, ad esempio: # '''ormoni di natura proteica''' come '''l'ormone della crescita''' (GH), '''l'eritropoietina''' (Epo) e '''l'insulina'''. # '''fattori di coagulazione''' del sangue (fattore VIII e fattore IX) # '''anticorpi monoclonali'''. Sono simili agli anticorpi che il sistema immunitario umano usa per combattere batteri e virus, ma sono "progettati su misura" (usando la tecnologia degli ibridomi o altri metodi) e possono quindi essere realizzati specificamente per contrastare o bloccare qualsiasi sostanza nel corpo, o per colpire qualsiasi tipo di cellula specifica; # '''proteine di fusione''': le proteine di fusione o proteine chimeriche sono proteine formate a partire dalla traduzione di due o più geni originariamente indipendenti e successivamente fusi insieme, a causa di un processo naturale o di opportune modificazioni in laboratorio. Ciascuno di questi geni avrebbe dato origine a una proteina indipendente, se non fosse stato associato all'altro o agli altri geni. Un esempio di proteina di fusione ottenuta in laboratorio è l'''abatacept'': si tratta di un farmaco utilizzato nella terapia dell'artrite reumatoide ed è costituito da un'immunoglobulina fusa insieme all'antigene citotossico della popolazione CTLA-4 dei linfociti T. === La produzione di vaccini === Il '''vaccino''' è un preparato biologico prodotto allo scopo di conferire l'immunità acquisita attiva contro un particolare tipo di infezione ai soggetti a cui è somministrato. I vaccini possono essere prodotti in vario modo, i primi tre qui elencati sono prodotti con metodi tradizionali, quelli più recenti sfruttano più avanzate biotecnologie. # '''''Vaccini con organismi vivi attenuati''''', come i vaccini contro la <u>poliomielite di Sabin (OPV), febbre gialla, morbillo, parotite, rosolia, varicella, rotavirus e vaiolo</u>. I vaccini di questo tipo sono composti da '''organismi intatti, resi non patogenici''' trattandoli per ''attenuarne'' la capacità di causare la malattia oppure uccidendoli senza perderne l'immunogenicità. In generale, il maggior difetto dei vaccini attenuati è che possono regredire nella forma virulenta, cosa che non accade nei vaccini inattivati. Nonostante i ceppi selezionati abbiano una bassa patogenicità, la grande capacità di mutare dei virus può portare in rari casi ad un loro riacquisto di azione patogena. L'unico caso effettivamente documentato a riguardo è quello del vaccino attenuato antipolio (vaccino orale di Sabin) # '''''Vaccini con organismi inattivati o uccisi''''', come i vaccini contro la <u>poliomielite di Salk (IPV), rabbia, influenza, pertosse, colera, epatite A, febbre tifoide e peste</u>. I vaccini inattivati si ottengono '''trattando i patogeni in modo da rendere impossibile loro di replicarsi'''. Per ottenere l'obiettivo prefissato in linea teorica basta trattare il composto con del '''calore''', il quale però causa la denaturazione delle proteine (e conseguentemente la loro inattivazione a fini immunogenici); in genere si preferisce quindi un'inattivazione '''chimica''' con formaldeide o altre sostanze. A differenza dei vaccini attenuati, richiedono ripetuti richiami per mantenere lo stato di immunità nell'organismo e sono molto più sicuri dal momento che non mantengono la capacità di replicarsi e di regredire alla forma nativa. # '''''Vaccini con antigeni purificati''''' (o ''vaccini a subunità''), come i vaccini (costituiti da anatossine) contro il <u>tetano o la difterite</u>. I vaccini a subunità sono '''composti da antigeni purificati''', cioè antigeni o pezzi di essi ricavati da un microrganismo o dalle sue tossine. Molti organismi, come ad esempio il tetano e la difterite, esprimono la loro virulenza tramite delle esotossine. # '''''Vaccini con antigeni ricombinanti''' e peptidi sintetici'', come il vaccino contro <u>l'epatite B</u>. I peptidi sintetici e gli antigeni ricombinanti sono di interesse recente e prevedono la produzione degli antigeni voluti per formare il vaccino usando varie tecnologie, tra cui il DNA ricombinante. # '''''Vaccini a DNA o RNA''''', come diversi vaccini contro il <u>SARS-CoV2</u>. Queste due tecniche si basano sulla '''possibilità di far produrre alle cellule dell'organismo da immunizzare gli antigeni che devono scatenare la risposta immunitaria'''. Questo può avvenire in due modi: infettando le cellule con un virus non citopatico (cioè che non le uccide) oppure inoculando un plasmide contenente un cDNA: in entrambi i casi si introduce un acido nucleico codificante per l'antigene. Questi approcci hanno il vantaggio di essere gli unici capaci di generare una risposta dei linfociti citotossici. Un vaccino a RNA agisce mediante l'ingresso di frammenti di mRNA nelle cellule del soggetto vaccinato, inducendole a produrre antigeni dei microrganismi patogeni (ad esempio spike virali) o antigeni tumorali al fine di indurre una risposta immunitaria adattativa contro tali bersagli # '''''Vaccini coniugati''','' che consentono una maggiore risposta immunitaria e vengono spesso utilizzati nei vaccini contenenti antigeni polisaccaridici (più difficili da riconoscere per i linfociti) quali quelli contro meningococchi, pneumococchi ed Haemophilus influenzae di tipo B. Si tratta di raggruppamenti di vaccini diversi, ottenuti da microrganismi attenuati # '''Vaccini ottenuti da piante OGM'''. L'idea di produrre vaccini tramite piante transgeniche è stata identificata già nel 2003. Piante come il tabacco, la patata, il pomodoro e la banana possono avere geni inseriti che le inducono a produrre vaccini utilizzabili per gli esseri umani. Ad es. nel 2005, sono state sviluppate banane che producono un vaccino umano contro l' <u>epatite B</u>. Il vaccino può essere estratto e purificato dalla pianta, oppure somministrato direttamente col consumo della pianta stessa. Rappresenta un modo economico per produrre, conservare e somministrare un vaccino. Ad oggi, nelle piante si sono ottenuti con notevole successo un farmaco per il morbo di Gaucher, un anticorpo monoclonale contro Ebola, vaccini contro l’influenza aviaria e quella stagionale, epatite B e papilloma. <gallery> File:Polio vaccine poster.jpg|Questo manifesto del 1963 mostra il simbolo nazionale CDC di salute pubblica, la "Wellbee", incoraggiando il pubblico a ricevere un vaccino orale antipolio File:Poliodrops.jpg|Somministrazione del vaccino antipolio Sabin File:PittPolioVaccineCoL.jpg|Somministrazione della vaccinazione antipolio di tipo ''Salk'', nel 1957 File:Preparation of measles vaccines.jpg|Preparazione di virus attenuati coltivati in uova di gallina. Alcuni tipi di vaccini antinfluenzali sono esempi di vaccini preparati con tale metodo. File:Diphtheria toxin 1DDT.png|Esotossina della difterite File:Diphtheria antitoxin 1925 (cropped).jpg|Vaccino per la difterite del 1925 File:Opisthotonus in a patient suffering from tetanus - Painting by Sir Charles Bell - 1809.jpg|Il tetano si presenta come una paralisi spastica in tutto il corpo File:Hepatitis B virus v2 (3).svg|Virus dell'epatite B File:MRNA vaccines against the coronavirus.webm|Come funziona un vaccino a RNA File:52200595641faf19a1b91o. COVID-19 mRNA Vaccines.jpg|infografica sul vaccino a MRNA File:How mRNA COVID-19 Vaccines Work (English).pdf|Come funziona il vaccino a mRNA File:Moderna COVID-19 vaccine (2021) G.jpg|Vaccino Moderna a RNA </gallery> === La terapia genica === [[File:Viral mediated delivery of genes to neurons 1.jpg|miniatura|746x746px|Schema di una terapia genica mediata da virus]] Con '''terapia genica''' si intende la modifica del materiale genetico (DNA) all'interno delle cellule al fine di poter curare delle patologie (es. malattie genetiche). La terapia genica si propone di curare una patologia causata dall'assenza o dal difetto di uno o più geni (mutati) con la sostituzione con una variante "sana". Dunque, è necessario in primo luogo identificare il singolo gene o i diversi geni responsabili della malattia genetica. Sebbene le terapie siano generalmente sperimentali, si può tentare in secondo luogo - almeno per alcune malattie - la sostituzione dei geni malati sfruttando, ad esempio, come vettore un virus reso inattivo, svuotato preventivamente del suo corredo genetico. Con un meccanismo piuttosto complesso, che richiede l'uso di 'forbici' molecolari enzimatiche, enzimi di restrizione (con cui si preleva il gene "sano") si può poi 'correggere' il DNA, rimpiazzando le sequenze difettose, in modo tale che la cellula sintetizzi correttamente le proteine necessarie al corretto funzionamento metabolico. Esistono due tipologie di terapia genica: quella delle '''cellule germinali''' e quella delle '''cellule somatiche'''. La <u>prima si propone di trasfettare le cellule della linea germinale come spermatozoi ed ovociti</u> o le cellule staminali totipotenti dei primissimi stadi dello sviluppo dell'embrione (alla fase di 4-8 cellule), ma attualmente essa non viene messa in pratica sia per ragioni tecniche e, soprattutto, per i grandissimi dilemmi etici che solleva. La <u>seconda tipologia, invece, si propone di modificare solamente le cellule somatiche</u>, senza intaccare, quindi, la linea germinale; oggigiorno è la via più studiata e tentata. La terapia genica delle cellule somatiche, a sua volta, viene suddivisa in due gruppi: la terapia genica ''ex vivo'' e quella ''in vivo''. Di recente interesse è la possibilità dell'editing genico terapeutico con CRISPR/Cas9. ==== La terapia genica ''ex vivo'' ==== È la tipologia che venne messa in pratica per prima e consiste nel prelievo delle cellule somatiche della persona interessata. Esse, successivamente, vengono messe in coltura in laboratorio. Durante questo tempo vengono anche trasdotte con il gene d'interesse, inserito tramite un apposito vettore (spesso vengono usati vettori virali), e successivamente vengono reinfuse o reimpiantate nel corpo del soggetto. Tale procedura è sicuramente la più lunga e la più costosa delle due ma permette di selezionare ed amplificare le cellule d'interesse ed inoltre gode d'una maggior efficienza. È attualmente la modalità più utilizzata ma è riservata solamente a quei casi in cui sia possibile prelevare, mettere le cellule in cultura e reinserirle nell'organismo. ==== La terapia genica ''in vivo'' ==== Viene attuata in tutti quei casi in cui le cellule non possono essere messe in coltura, o prelevate e reimpiantate, come quelle del cervello o del cuore e della maggior parte degli organi interni; inoltre, rappresenta un modello terapeutico con elevata ottemperanza e molto economico ma, attualmente, di più difficile applicazione. In questo caso il gene, o l'oligonucleotide d'interesse viene inserito nell'organismo, tramite un opportuno vettore, direttamente per via locale o sistemica. ==== L'editing genetico ==== L'introduzione dell'editing genetico CRISPR ha aperto nuove porte alla sua applicazione e utilizzo nella terapia genica, poiché invece della semplice sostituzione di un gene, consente la correzione del particolare difetto genetico.  Soluzioni agli ostacoli medici, come l'eradicazione dei serbatoi latenti del virus dell'immunodeficienza umana ( HIV ) e la correzione della mutazione che causa l'anemia falciforme, potrebbero essere disponibili come opzione terapeutica in futuro. In vivo, i sistemi di editing genetico che utilizzano CRISPR sono stati utilizzati in studi sui topi per trattare il cancro e sono stati efficaci nel ridurre i tumori. ==== Applicazioni ==== Nel 1990 William French Anderson realizzò con successo la prima terapia genica applicata a un essere umano, una bambina affetta da ADA-SCID. Da allora sono molteplici le applicazioni, anche se molto costose, ad esempio: * '''Malattie ereditarie''' come: ** Terapia della SCID (costo ~ 600.000 €) ** Deficit di Ornitina-Transcarbamilasi ** Atrofia muscolare spinale (~ 2.000.000 €) ** β -talassemia (~ 1.600.000 €) ** Carenza di lipoproteina lipasi ** Adrenoleucodistrofia cerebrale ** Carenza di L-aminoacido decarbossilasi aromatica (AADC) ** Emofilia ** Amaurosi congenita di Leber (~ 720.000 €) ** Neuropatia ottica ereditaria di Leber (LHON) * '''Terapie del cancro''' ** Leucemia linfocitica acuta ** Linfoma diffuso a grandi cellule B ** Melanoma maligno (~ 50.000 €) ** Linfoma a cellule mantellari ** Mieloma multiplo * '''Terapia dell'infezione da HIV-1''' (in fase di sperimentazione) <gallery> File:ExVivoGeneTherapy.jpg|Schema della terapia genica ex vivo File:In vivo gene therapy.jpg|Schema della terapia genica In vivo File:Hemoglobin H disease.jpg|Globuli rossi anomali per la beta talassemia File:Albero-discendenza-vittoria.jpg|Albero genealogico della discendenza della Regina Vittoria, con indicati i casi accertati di omozigosi ed eterozigosi per l'emofilia File:A woman suffering from Hemophilia.png|Una donna affetta da emofilia, con incapacità di formare coaguli di sangue File:NodularMelanomaEvolution.jpg|Sviluppo di un melanoma maligno File:HI-Virion-it.svg|Il virus dell'HIV </gallery> === La terapia con cellule staminali === Le cellule staminali possono essere distinte in base al loro potenziale di differenziazione: * cellule staminali '''totipotenti''': capaci di dare origine a qualsiasi tipo di cellula, e quindi a un intero organismo; * cellule staminali '''pluripotenti''': capaci di produrre tutti i tipi cellulari tranne le appendici embrionali  ; * cellule staminali '''multipotenti''': capaci di dare origine a diversi tipi di cellule ma non appartenenti a tutti gli strati (ad esempio, le cellule della cresta neurale danno origine a cellule ectodermiche e mesodermiche ma non endodermiche  ) * cellule staminali '''unipotenti''': che possono produrre un solo tipo di cellula (possono però, come ogni cellula staminale, autorinnovarsi, da qui l'importanza di distinguerle dai precursori). Ad esempio, possiamo citare le cellule satelliti dei muscoli striati scheletrici. [[File:Stem_cells_diagram.png|centro|miniatura|620x620px|Cellule totipotenti, pluripotenti e unipotenti]] La terapia con cellule staminali è l'uso di cellule staminali per trattare o prevenire una malattia o una condizione. Il trapianto di midollo osseo è una forma di terapia con cellule staminali che è stata utilizzata per molti anni perché ha dimostrato di essere efficace negli studi clinici.  L'impianto di cellule staminali può aiutare a rafforzare il ventricolo sinistro del cuore, nonché a trattenere il tessuto cardiaco nei pazienti che hanno sofferto di infarti in passato. Per oltre 90 anni, il trapianto di cellule staminali emopoietiche (HSCT) è stato utilizzato per curare persone con condizioni come la leucemia e il linfoma; questa è l'unica forma di terapia con cellule staminali ampiamente praticata.  A partire dal 2016 , l'unica terapia consolidata che utilizza le cellule staminali è il trapianto di cellule staminali emopoietiche.  Questo di solito assume la forma di un trapianto di midollo osseo, ma le cellule possono anche essere derivate dal sangue del cordone ombelicale. Sono in corso ricerche per sviluppare varie fonti di cellule staminali e per applicare trattamenti con cellule staminali per malattie neurodegenerative  e condizioni come il diabete e le malattie cardiache. Una '''cellula staminale pluripotente indotta''' (conosciuta anche come '''iPS''' o '''iPSC''' dall'inglese ''Induced Pluripotent Stem Cell'') è un tipo di cellula staminale generata artificialmente a partire da una terminalmente differenziata (in genere una cellula somatica adulta), mediante l'introduzione di quattro geni specifici codificanti determinati fattori di trascrizione che ne inducono la conversione in cellula staminale di una specifica linea cellulare, che a sua volta potrà svilupparsi in cellula differenziata. Sulla base di tali proprietà, le iPSC offrono grandi speranze nel campo della medicina rigenerativa: la possibilità di indurne la differenziazione nella maggior parte dei tipi cellulari di un organismo (come ad esempio cellule neuronali, pancreatiche, cardiache ed epatiche), può essere sfruttata nella rigenerazione di tessuti o organi danneggiati. Le cellule staminali pluripotenti meglio caratterizzate sono quelle embrionali ma il loro utilizzo comporta problemi etici associati alla manipolazione e/o alla distruzione dell'embrione nella fase di preimpianto. Tali problemi possono essere evitati utilizzando cellule staminali derivate da quelle adulte indotte alla pluripotenza. Ciò permette la loro applicazione in trapianti autologhi, che riducono il rischio di rigetto, anche se tale tecnologia non è ritenuta del tutto sicura. Le iPSC vengono anche utilizzate per lo sviluppo di cure personalizzate sulla base della loro risposta a trattamenti farmacologici.<gallery> File:Stem cell treatments.svg|Malattie e condizioni in cui il trattamento con cellule staminali è promettente o emergente File:The development and the ways to rejuvenate cells - en.svg|Tipi di cellule staminali File:Schematic representation of delivery or induction of OSKM factors to convert somatic cells into pluripotent cells and differentiation the iPSC into a wide range of individual cells from the three germ layers.png|Rappresentazione schematica della conversione delle cellule somatiche in cellule pluripotenti e differenziazione delle iPSC in un'ampia gamma di singole cellule </gallery> === L'editing genetico con CRISPR/Cas9 === La tecnica CRISPR è una tecnica di editing genomico. Non è l'unica, in passato sono state messe a punto altre tecniche meno efficaci come la ZFN e la TALEN. L'acronimo CRISPR sta per "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats" e identifica una tecnica di ingegneria genetica usata in biologia molecolare. Si basa su una versione semplificata di un sistema di difesa contro i virsus che si trova nei batteri (CRISPR-Cas9). Fornendo la nucleasi Cas9 complessata con un RNA guida sintetico (gRNA) in una cellula, il genoma della cellula può essere tagliato nella posizione desiderata, consentendo la rimozione dei geni esistenti e/o l'aggiunta di nuovi in vivo. La tecnica è considerata molto significativa nel campo della biotecnologia e della medicina poiché consente di modificare i genomi in vivo in modo molto preciso, economico e semplice. Può essere utilizzato nella creazione di nuovi medicinali, prodotti agricoli e organismi geneticamente modificati o come mezzo per controllare agenti patogeni e parassiti. Ha anche possibilità di uso nel trattamento delle malattie genetiche ereditarie e delle malattie derivanti da mutazioni somatiche come il cancro. Sebbene ampiamente accettata in ambito agrario e biotecnologico, il suo utilizzo nella modificazione genetica della linea germinale umana è ad oggi molto controverso. [[File:MEGANUCLEASE-ZFN-TALEN-CRISPR-text-to-path.svg|centro|miniatura|668x668px|Schema di utilizzo di CRISPR/Cas9 (e altre tecniche prima utilizzate come ZFN e TALEN)]] Il sistema CRISPR/Cas può essere utilizzato, tra l'altro, per l'editing del genoma (delezioni/ eliminazioni di geni  e inserimenti) e quindi anche per la terapia genica. Tuttavia, ciò che potrebbe essere problematico per le applicazioni umane è che il sistema immunitario riconosce l’endonucleasi Cas9, che è di origine batterica, come antigene. Possibili applicazioni dell'editing genomico sono: * la rimozione dei genomi di agenti patogeni di malattie infettive croniche come il virus dell'epatite B e l'HIV * correggere le mutazioni nella generazione di cellule staminali pluripotenti indotte e di cellule staminali embrionali * trattamento delle malattie genetiche ereditarie * trattamento dei tumori === La farmacogenomica === La farmacogenomica (una combinazione di farmacologia e genomica ) è la tecnologia che analizza come il patrimonio genetico influenza la risposta di un individuo ai farmaci.  I ricercatori nel campo studiano l'influenza della variazione genetica sulle risposte ai farmaci nei pazienti correlando l'espressione genica o i polimorfismi a singolo nucleotide con l'efficacia o la tossicità di un farmaco .  Lo scopo della farmacogenomica è quello di sviluppare farmaci che, rispetto al genotipo dei pazienti, garantiscono la massima efficacia con effetti avversi minimi.  Tali approcci promettono l'avvento della "medicina personalizzata"; in cui i farmaci e le combinazioni di farmaci sono ottimizzati per il patrimonio genetico unico di ogni individuo. === I test genetici === [[File:Phenylketonuria_testing.jpg|miniatura|260x260px|Test della fenilchetonuria su un neonato]] I test genetici consentono la diagnosi genetica delle vulnerabilità alle malattie ereditarie e possono anche essere utilizzati per determinare la parentela di un bambino (madre e padre genetici) o in generale l'ascendenza di una persona . Oltre a studiare i cromosomi a livello di singoli geni, i test genetici in senso più ampio includono test biochimici per la possibile presenza di malattie genetiche o forme mutanti di geni associate a un rischio aumentato di sviluppare disturbi genetici. I test genetici identificano cambiamenti nei cromosomi , nei geni o nelle proteine.  Nella maggior parte dei casi, i test vengono utilizzati per trovare cambiamenti associati a disturbi ereditari. I risultati di un test genetico possono confermare o escludere una sospetta condizione genetica o aiutare a determinare la possibilità di una persona di sviluppare o trasmettere un disturbo genetico . Nel 2011 erano in uso diverse centinaia di test genetici.  Poiché i test genetici possono aprire problemi etici o psicologici, i test genetici sono spesso accompagnati da consulenza genetica. == Le biotecnologie verdi == === Biotecnologie verdi con transgenesi (con geni estranei all'organismo GM) === Le colture geneticamente modificate ("colture GM" o "colture biotech") sono piante utilizzate in agricoltura , il cui DNA è stato modificato con tecniche di ingegneria genetica . Nella maggior parte dei casi, l'obiettivo principale è introdurre una nuova caratteristica che non si verifica naturalmente nella specie. Le aziende biotecnologiche possono contribuire alla futura sicurezza alimentare migliorando la nutrizione e la vitalità dell'agricoltura urbana. Inoltre, la protezione dei diritti di proprietà intellettuale incoraggia gli investimenti del settore privato nell'agrobiotecnologia. Esempi nelle colture alimentari includono la '''resistenza a certi parassiti''',  '''malattie''',  '''condizioni ambientali stressanti''',  '''resistenza ai trattamenti chimici''' (ad esempio resistenza a un erbicida  ), riduzione del deterioramento,  o '''miglioramento''' del profilo nutrizionale della coltura.  Esempi nelle colture non alimentari includono la '''produzione di agenti farmaceutici''' ,  '''biocarburanti''' ,  e altri beni utili all'industria,  così come per la '''biorisanamento''' . Gli agricoltori hanno ampiamente adottato la tecnologia GM. Tra il 1996 e il 2011, la superficie totale di terra coltivata con colture GM è aumentata di un fattore 94, da 17.000 a 1.600.000 chilometri quadrati (da 4.200.000 a 395.400.000 acri).  Nel 2010, il 10% delle terre coltivate del mondo è stato piantato con colture GM.  Nel 2011, 11 diverse colture transgeniche sono state coltivate commercialmente su 395 milioni di acri (160 milioni di ettari) in 29 paesi come Stati Uniti, Brasile , Argentina , India , Canada, Cina, Paraguay, Pakistan, Sud Africa, Uruguay, Bolivia, Australia, Filippine, Myanmar, Burkina Faso, Messico e Spagna. [[File:Feldbefreiung.jpg|miniatura|376x376px|Mais Bt]] Gli alimenti geneticamente modificati sono alimenti prodotti da organismi che hanno subito modifiche specifiche nel loro DNA con metodi di ingegneria genetica . Queste tecniche hanno consentito l'introduzione di nuove caratteristiche delle colture e un controllo molto maggiore sulla struttura genetica di un alimento rispetto a quanto precedentemente consentito da metodi quali l'allevamento selettivo e l'allevamento per mutazione .  La vendita commerciale di alimenti geneticamente modificati è iniziata nel 1994, quando la Calgene ha commercializzato per la prima volta il suo pomodoro a maturazione ritardata Flavr Savr .  Ad oggi la maggior parte delle modifiche genetiche degli alimenti si è concentrata principalmente su colture commerciali molto richieste dagli agricoltori come '''soia''' , '''mais''' , canola (una varietà di '''colza''') e olio di semi di '''cotone''' . Questi sono stati progettati per '''resistere a patogeni ed erbicidi''' e per profili nutrizionali migliori. Anche il bestiame GM è stato sviluppato sperimentalmente; nel novembre 2013 nessuno era disponibile sul mercato,  ma nel 2015 la FDA ha approvato il primo salmone GM per la produzione e il consumo commerciale. Il '''mais Bt''': si tratta di una modifica genetica che permette alla pianta di difendersi dagli attacchi degli insetti, dovuta a un gene inserito nel suo DNA, che gli permette di produrre una proteina che danneggia gli insetti che cercano di nutrirsene. Il gene inserito, tratto dal Bacillus thuringiensis, produce la Delta-endotossina (o tossina Bt), sostanza innocua per l'uomo ma velenosa per gli insetti dell'ordine dei Lepidotteri, tra cui la Piralide del mais europea. Per queste ragioni, le piante geneticamente modificate con la delta-endotossina vengono coltivate su larga scala in tutto il mondo. [[File:AreialSeedingPlane.jpg|sinistra|miniatura|Trattamento con erbicida della soia]] Si dicono '''''Roundup ready''''' (trad. pronto per il Roundup, abbreviato ''RR'') quelle colture geneticamente modificate al fine di tollerare erbicidi a base di glifosato. Si tratta di un marchio registrato dalla multinazionale Monsanto il cui nome (''Roundup'') deriva da quello commerciale del principio attivo distribuito dalla stessa Monsanto; la prima coltura RR è stata la soia, seguita da altre come cotone, mais, colza. I vantaggi delle colture ''Roundup ready'' consistono essenzialmente in un controllo delle piante infestanti assai semplificato, che non sarebbe possibile in colture tradizionali, basato solo sul diserbo chimico con glifosato anche in "copertura" (cioè in presenza della vegetazione della coltura, che per l'appunto è resa tollerante all'erbicida grazie all'inserimento di un transgene). La '''soia ''Roundup Ready''''' è in assoluto il prodotto transgenico maggiormente coltivato nel mondo, rappresentando l'87% della soia coltivata negli Stati Uniti, e il 60% a livello globale (nel 2005). Recentemente è stata sviluppata la seconda generazione di soia ''Roundup Ready'', che associa al gene per la resistenza agli erbicidi una produttività del 4-7% superiore alle altre varietà. Tuttavia il principio base secondo molti studiosi sarebbe pericoloso per l'uomo e per gli animali che si nutrono di mangimi a base di soia e altri mangimi trattati con il Glifosato in relazione alla possibilità che quest'ultimo residui nei prodotti alimentari. La reale pericolosità del Glifosato è oggetto di accesi dibattiti. [[File:Golden Rice.jpg|miniatura|387x387px|Golden rice]] Il '''Golden Rice''' o Riso dorato è una varietà di riso prodotta attraverso una modifica genetica che introduce la via di biosintesi del precursore beta-carotene della provitamina nelle parti commestibili del riso. In particolare sono stati introdotti i geni '''psy''' (fitoene sintasi) del Narciso e del Mais e il gene '''crtI''' (carotene desaturasi) di un batterio del suolo, Erwinia uredovora. La pro-vitamina A, che il metabolismo umano trasforma in vitamina A, è presente naturalmente in molti alimenti come le carote, il fegato, le uova e il burro, che risultano tuttavia inaccessibili a molti milioni di famiglie che si nutrono quasi esclusivamente di riso. Allo scopo di introdurre vitamina A nella dieta di queste popolazioni, è stata creata una pianta di riso ricca in beta-carotene. Secondo l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) oltre 100 milioni di bambini poveri nel mondo hanno una dieta carente di vitamina A e, per questa ragione, migliaia di bambini diventano ciechi ogni anno. Al fine di evitare patologie oculari, sarebbe sufficiente che queste popolazioni assumessero un quantitativo maggiore di vitamina. Il progetto è andato più lento del previsto e solo nel 2008 sono stati seminati i primi campi di Golden Rice nelle Filippine. I ritardi non sono dovuti soltanto a opposizione di molte organizzazioni anti-biotech responsabili della distruzione di diversi campi sperimentali ma anche per problemi legali in quanto la distribuzione, anche gratuita, del Golden Rice avrebbe causato una violazione dei diritti intellettuali di almeno una settantina di brevetti detenuti da multinazionali e università. Attualmente il Golden rice viene prodotto e distribuito unicamente in Bangladesh a causa dei rallentamenti provocati dallo scetticismo da parte della popolazione nei confronti dei possibili benefici dell’ingegneria genetica. Esiste un consenso scientifico  sul fatto che gli alimenti attualmente disponibili derivati ​​da colture geneticamente modificate non presentano rischi maggiori per la salute umana rispetto agli alimenti convenzionali,  ma che ogni alimento geneticamente modificato deve essere testato caso per caso prima di essere introdotto.  Tuttavia, i membri del pubblico sono molto meno propensi degli scienziati a percepire gli alimenti geneticamente modificati come sicuri.  Lo status legale e normativo degli alimenti geneticamente modificati varia a seconda del paese, con alcune nazioni che li vietano o li limitano, e altre che li consentono con gradi di regolamentazione molto diversi. Le colture geneticamente modificate offrono anche una serie di benefici ecologici, se non utilizzate in eccesso.  Le colture resistenti agli insetti hanno dimostrato di ridurre l’uso di pesticidi, riducendo quindi l’impatto ambientale dei pesticidi nel loro complesso.  Tuttavia, gli oppositori hanno sollevato obiezioni alle colture geneticamente modificate in sé per diversi motivi, tra cui preoccupazioni ambientali, se il cibo prodotto da colture geneticamente modificate sia sicuro, se le colture geneticamente modificate siano necessarie per soddisfare le esigenze alimentari mondiali e preoccupazioni economiche sollevate dal fatto che questi organismi sono soggetti alla legge sulla proprietà intellettuale. La biotecnologia ha diverse applicazioni nel campo della sicurezza alimentare. Colture come il riso dorato sono progettate per avere un contenuto nutrizionale più elevato e c'è il potenziale per prodotti alimentari con una durata di conservazione più lunga.  Sebbene non siano una forma di biotecnologia agricola, i vaccini possono aiutare a prevenire le malattie riscontrate nell'agricoltura animale. Inoltre, la biotecnologia agricola può accelerare i processi di allevamento per ottenere risultati più rapidi e fornire maggiori quantità di cibo.  La ​​biofortificazione transgenica nei cereali è stata considerata un metodo promettente per combattere la malnutrizione in India e in altri paesi.<gallery> File:Bt-toxin-crystals.jpg|Cristalli di tossina da ''Bacillus thuringiensis'' File:Corn borer.jpg|Bruco della piralide del mais File:Ostrinia nubilalis01.jpg|Adulto della piralide del mais File:Logo of Roundup Ready canola.svg|Il marchio Roundup della Monsanto File:Glyphosate-from-xtal-view-2-3D-bs-17.png|Glifosato File:Maiz RR.jpg|Coltivazione di mais trattata con glifosato File:Narzisse.jpg|Narciso File:Glyphosate USA 2019.png|Uso del glifosato negli Stati Uniti </gallery> === Biotecnologie verdi con cisgenesi (con geni della stessa specie) === [[File:Schurft bij appel (Venturia inaequalis on Malus domestica 'Schone van Boskoop').jpg|sinistra|miniatura|438x438px|Ticchiolatura del melo]] Cisgenesi (etimologia: cis = stesso lato; e genesi = origine) è un termine per organismi che sono stati progettati utilizzando un processo in cui i geni vengono trasferiti artificialmente tra organismi che altrimenti potrebbero essere allevati in modo convenzionale.  I geni vengono trasferiti solo tra organismi strettamente correlati.  Le sequenze di acidi nucleici devono essere isolate e introdotte utilizzando le stesse tecnologie utilizzate per produrre organismi transgenici, rendendo la cisgenesi simile per natura alla transgenesi. La cisgenesi è stata applicata al trasferimento di geni di resistenza naturale alla devastante malattia ''Phytophthora infestans'' nella patata  e alla ticchiolatura ( ''Venturia inaequalis'' ) nella mela. Alcune persone credono che la cisgenesi non debba affrontare la stessa supervisione normativa della modifica genetica creata tramite transgenesi, poiché è possibile, se non pratico, trasferire alleli tra specie strettamente correlate anche tramite incrocio tradizionale. In Europa , attualmente, questo processo è regolato dalle stesse leggi della transgenesi. Mentre i ricercatori dell'Università di Wageningen nei Paesi Bassi ritengono che questo dovrebbe essere cambiato. === Biotecnologie verdi con editing genomico === L'editing del genoma fornisce una nuova strategia per la manipolazione genetica nelle piante e probabilmente aiuterà nell'ingegneria dei tratti vegetali desiderati modificando i geni endogeni. Un esempio potenzialmente riuscito dell'applicazione delle tecniche di editing del genoma nel miglioramento delle colture può essere trovato nella banana, dove gli scienziati hanno utilizzato l'editing CRISPR/Cas9 per inattivare il virus endogeno della striatura della banana nel genoma B della banana ( ''Musa'' spp. ) per superare una sfida importante nell'allevamento delle banane. == Altre biotecnologie == === La biotecnologia industriale === La '''biotecnologia industriale''' (conosciuta principalmente in Europa come biotecnologia bianca) è l'applicazione della biotecnologia a scopi industriali, inclusa la '''fermentazione industriale''' . Include la pratica di utilizzare cellule come microrganismi , o componenti di cellule come enzimi , per generare prodotti utili a livello industriale in settori quali prodotti chimici, alimenti e mangimi, detersivi, carta e cellulosa, tessili e biocarburanti .  Negli ultimi decenni, sono stati compiuti progressi significativi nella creazione di organismi geneticamente modificati (OGM) che migliorano la diversità delle applicazioni e la redditività economica della biotecnologia industriale. Utilizzando materie prime rinnovabili per produrre una varietà di prodotti chimici e combustibili, la biotecnologia industriale sta attivamente avanzando verso la riduzione delle emissioni di gas serra e l'allontanamento da un'economia basata sulla petrolchimica. La '''biologia sintetica''' è considerata uno dei cardini essenziali della biotecnologia industriale per il suo contributo finanziario e sostenibile al settore manifatturiero. Insieme, la biotecnologia e la biologia sintetica svolgono un ruolo cruciale nella generazione di prodotti convenienti con caratteristiche rispettose della natura, utilizzando la produzione basata su biotecnologie anziché quella basata sui fossili.  La biologia sintetica può essere utilizzata per progettare microrganismi modello , come ''l'Escherichia coli'' , mediante strumenti di editing del genoma per migliorare la loro capacità di produrre prodotti basati su biotecnologie, come la bioproduzione di '''medicinali''' e '''biocarburanti''' .  Ad esempio, ''l'E. coli'' e ''il Saccharomyces cerevisiae'' in un consorzio potrebbero essere utilizzati come microbi industriali per produrre precursori dell'agente chemioterapico paclitaxel ('''taxolo''') applicando l' ingegneria metabolica in un approccio di co-coltura per sfruttare i benefici dei due microbi. Un altro esempio di applicazioni della biologia sintetica nella biotecnologia industriale è la riprogettazione dei percorsi metabolici di ''E. coli'' mediante sistemi CRISPR e CRISPRi verso la produzione di una sostanza chimica nota come '''1,4-butandiolo''' , che viene utilizzata nella produzione di '''fibre'''. Per produrre 1,4-butandiolo, gli autori alterano la regolazione metabolica di ''Escherichia coli'' mediante CRISPR per indurre una mutazione puntiforme nel gene ''glt'' A, il knockout del gene ''sad'' e il knock-in di sei geni ( ''cat'' 1, ''suc'' D, ''4hbd'' , ''cat'' 2, ''bld'' e ''bdh'' ). Mentre il sistema CRISPRi era utilizzato per abbattere i tre geni concorrenti ( ''gab'' D, ''ybg'' C e ''tes'' B) che influenzano il percorso di biosintesi di 1,4-butandiolo. Di conseguenza, la resa di 1,4-butandiolo è aumentata significativamente da 0,9 a 1,8 g/L. <gallery> File:Taxol.svg|Taxolo (farmaco chemioterapico) File:1,4-Butanediol-3D-balls.png|1,4-butandiolo File:Cycling kit full body alt 3 (cropped).jpg|L'elastane (Lycra) è prodotto col butandiolo </gallery> === La produzione di biocarburanti === '''Il biocarburante''' è un carburante ricavato da materiale biologico. È diverso dai combustibili fossili ricavati da materiale biologico fossilizzato. Il biocarburante può essere in forma solida , liquida o gassosa Esistono due modi comuni per convertire le piante in combustibili gassosi e liquidi. Uno è coltivare colture ad alto contenuto di zucchero (ad esempio canna da zucchero ) o amido (ad esempio mais ), e quindi utilizzare il lievito per fermentare alcol etilico ( etanolo ). Il secondo è coltivare piante che contengono elevate quantità di olio vegetale , come olio di palma , soia e alghe . Quando questi oli vengono riscaldati, la loro viscosità si riduce e possono essere bruciati direttamente in un motore diesel o trattati chimicamente per produrre combustibili come il biodiesel . Per migliaia di anni, il legno e i suoi sottoprodotti sono stati convertiti in biocarburanti come carbone di legna, gas di legna, metanolo o combustibile di etanolo. ''I <u>biocarburanti di prima generazione</u>'' (chiamati anche "biocarburanti convenzionali") sono ricavati da colture alimentari coltivate su terreni arabili.  Il contenuto di zucchero, amido o olio della coltura viene convertito in biodiesel o etanolo , mediante transesterificazione o fermentazione del lievito. La produzione di questi carburanti però sottraggono terreni agricoli utili per l'alimentazione umana e questo può creare dei problemi. I ''<u>biocarburanti di seconda generazione</u>'' risolvono il problema del " cibo contro carburante ", (chiamati anche biocarburanti avanzati o biocarburanti sostenibili o biocarburanti drop-in) sono realizzati da materie prime che non competono direttamente con le colture alimentari o foraggere, come i prodotti di scarto e le colture energetiche.  Un'ampia gamma di materie prime di scarto, come quelle derivate da attività agricole e forestali come paglia di riso, lolla di riso, trucioli di legno e segatura, può essere utilizzata per produrre biocarburanti avanzati attraverso processi biochimici e termochimici. [[File:Biodiesel.JPG|sinistra|miniatura|Biodiesel]] Le biotecnologie aiutano la produzione di biocarburanti di seconda generazione creando microorganismi (batteri e lieviti) che riescono ad avere una elevata resa dalla fermentazione della cellulosa di scarto. '''Il biodiesel''' è un tipo di carburante preparato elaborando olio vegetale , grasso animale, particolari tipi di alghe e forse anche liquami . È considerato un tipo di energia rinnovabile , poiché proviene tutto da piante e animali viventi. Può essere utilizzato per alimentare un motore, solitamente per veicoli , compresi gli aerei . Sostituisce il diesel che deriva dal petrolio, un tipo di combustibile fossile. La maggior parte del biodiesel è ricavata da '''semi oleosi''' . I semi oleosi sono qualsiasi tipo di seme che contenga abbastanza olio da essere utile per produrre olio vegetale. Un giorno le '''alghe''' potrebbero essere utilizzate per produrre più biodiesel di quanto non se ne produca oggi con l'olio vegetale. Le alghe possono essere coltivate in luoghi in cui non si può coltivare cibo, quindi non sottrarrebbero cibo alle persone.  Ma al momento è ancora troppo costoso, ma gli scienziati stanno cercando modi per migliorare il processo [[File:Ethanol fuel pump Brazil.jpg|miniatura|269x269px|Pompa di etanolo in Brasile]] Il '''bioetanolo''' di seconda generazione viene ottenuto idrolizzando grandi quantità di cellulosa che tramite l'uso di funghi o batteri trasformano la cellulosa in glucosio e altri zuccheri, poi avviene la fermentazione mediante lieviti o altri microbi. Ricerche innovative mirano a modificare geneticamente sia i batteri che i lieviti come ''Saccharomyces cerevisiae'' modificato in modo da produrre il doppio di etanolo. Altro filone di ricerca è quello di combinare le caratteristiche di scindere la cellulosa in glucosio con quella di trasformare gli zuccheri in etanolo mediante un unico organismo. Il bioetanolo da cellulosa è molto più costoso di quello ottenuto dalla canna da zucchero e solo importanti progressi scientifici possono renderlo conveniente. Si noti che il costo non è dovuto alla materia prima (cellulosa) ma alla sua trasformazione in bioetanolo. I processi industriali attuali fanno costare il bioetanolo da cellulosa tre volte quello ottenuto da canna da zucchero. La '''biotecnologia ambientale''' comprende varie discipline che svolgono un ruolo essenziale nella riduzione dei rifiuti ambientali e nella fornitura di processi sicuri per l'ambiente , come la biofiltrazione e la biodegradazione. La ​​bonifica dei rifiuti ambientali è un esempio di applicazione della biotecnologia ambientale; mentre la perdita di biodiversità o la perdita di contenimento di un microbo dannoso sono esempi di implicazioni ambientali della biotecnologia. Molte città hanno installato CityTrees , che utilizzano la biotecnologia per filtrare gli inquinanti dall'atmosfera urbana.<gallery> File:BS CityTree 2.JPG|Filtro urbano CityTrees </gallery> == La genomica e le sue applicazioni == Lo studio degli acidi nucleici è iniziato con la scoperta del DNA, è progredito verso lo studio dei geni e dei piccoli frammenti, e ora è esploso nel campo della '''genomica'''. La genomica è lo studio di interi genomi, incluso il set completo di geni, la loro sequenza e organizzazione dei nucleotidi e le loro interazioni all'interno di una specie e con altre specie. La tecnologia di sequenziamento del DNA ha contribuito ai progressi della genomica. Proprio come la tecnologia informatica ha portato a Google Maps che consente alle persone di ottenere informazioni dettagliate sulle posizioni in tutto il mondo, i ricercatori utilizzano le informazioni genomiche per creare mappe del DNA simili di diversi organismi. Queste scoperte hanno aiutato gli antropologi a comprendere meglio la migrazione umana e hanno aiutato il campo medico attraverso la mappatura delle malattie genetiche umane. Le informazioni genomiche possono contribuire alla comprensione scientifica in vari modi e la conoscenza in questo campo sta crescendo rapidamente. L'introduzione di progetti di sequenziamento del DNA e di sequenziamento dell'intero genoma, in particolare il progetto Genoma Umano, ha ampliato l'applicabilità delle informazioni sulla sequenza del DNA. Molti campi, come la metagenomica, la farmacogenomica e la genomica mitocondriale, utilizzano la genomica. La <u>comprensione e la ricerca di cure per le malattie è l'applicazione più comune della genomica</u>. === Prevedere il rischio di malattia a livello individuale === La previsione del rischio di malattia comporta lo screening di individui attualmente sani tramite analisi del genoma a livello individuale. I professionisti sanitari possono raccomandare un intervento con cambiamenti nello stile di vita e farmaci prima dell'insorgenza della malattia. Tuttavia, questo approccio è più applicabile quando il problema risiede in un singolo difetto genetico. Tali difetti rappresentano solo circa il 5 percento delle malattie nei paesi sviluppati. La maggior parte delle malattie comuni, come le malattie cardiache, sono multifattoriali o '''poligeniche''' , ovvero una caratteristica fenotipica che coinvolge due o più geni e coinvolge anche fattori ambientali come la dieta. Nell'aprile 2010, gli scienziati della Stanford University hanno pubblicato l'analisi del genoma di un individuo sano (Stephen Quake, uno scienziato della Stanford University, il cui genoma è stato sequenziato). L'analisi ha previsto la sua propensione ad acquisire varie malattie. Il team medico ha eseguito una valutazione del rischio per analizzare la percentuale di rischio di Quake per 55 diverse condizioni mediche. Il team ha trovato una rara mutazione genetica, che ha mostrato che era a rischio di infarto improvviso. I risultati hanno anche previsto che Quake aveva un rischio del 23 percento di sviluppare un cancro alla prostata e un rischio dell'1,4 percento di sviluppare l'Alzheimer. Gli scienziati hanno utilizzato database e diverse pubblicazioni per analizzare i dati genomici. Anche se il sequenziamento genomico sta diventando più conveniente e gli strumenti analitici stanno diventando più affidabili, i ricercatori devono ancora affrontare le questioni etiche che circondano l'analisi genomica a livello di popolazione. === Farmacogenomica e Tossicogenomica === '''La farmacogenomica''' , o tossicogenomica, comporta la valutazione dell'efficacia e della sicurezza dei farmaci sulla base delle informazioni provenienti dalla sequenza genomica di un individuo. Possiamo studiare le risposte genomiche ai farmaci utilizzando animali da esperimento (come ratti o topi da laboratorio) o cellule vive in laboratorio prima di intraprendere studi sugli esseri umani. Studiare i cambiamenti nell'espressione genica potrebbe fornire informazioni sul profilo di trascrizione in presenza del farmaco, che possiamo utilizzare come indicatore precoce del potenziale di effetti tossici. Ad esempio, i geni coinvolti nella crescita cellulare e nella morte cellulare controllata, se disturbati, potrebbero portare alla crescita di cellule cancerose. Gli studi sull'intero genoma possono anche aiutare a trovare nuovi geni coinvolti nella tossicità dei farmaci. I professionisti medici possono utilizzare le informazioni personali sulla sequenza del genoma per prescrivere farmaci che saranno più efficaci e meno tossici sulla base del genotipo del singolo paziente. Le firme genetiche potrebbero non essere completamente accurate, ma i professionisti medici possono testarle ulteriormente prima che si manifestino sintomi patologici. === Genomica microbica: Metagenomica === Tradizionalmente, gli studiosi hanno insegnato microbiologia con la convinzione che sia meglio studiare i microrganismi in condizioni '''di coltura pura''' . Ciò comporta l'isolamento di un singolo tipo di cellula e la sua coltura in laboratorio. Poiché i microrganismi possono attraversare diverse generazioni nel giro di poche ore, i loro profili di espressione genica si adattano molto rapidamente al nuovo ambiente di laboratorio. Inoltre, la stragrande maggioranza delle specie batteriche resiste alla coltura in isolamento. La maggior parte dei microrganismi non vive come entità isolate, ma in comunità microbiche o biofilm. Per tutti questi motivi, la coltura pura non è sempre il modo migliore per studiare i microrganismi. '''La metagenomica''' è lo studio dei genomi collettivi di più specie che crescono e interagiscono in una nicchia ambientale. La metagenomica può essere utilizzata per identificare nuove specie più rapidamente e per analizzare l'effetto degli inquinanti sull'ambiente. === Genomica microbica: creazione di nuovi biocarburanti === La conoscenza della genomica dei microrganismi viene utilizzata per trovare modi migliori per sfruttare i '''biocarburanti''' da alghe e cianobatteri. Le principali fonti di carburante oggi sono carbone, petrolio, legno e altri prodotti vegetali, come l'etanolo. Sebbene le piante siano risorse rinnovabili, c'è ancora bisogno di trovare più fonti alternative di energia rinnovabile per soddisfare la domanda energetica della nostra popolazione. Il mondo microbico è una delle più grandi risorse di geni che codificano nuovi enzimi e producono nuovi composti organici, e rimane in gran parte inutilizzato. I microrganismi vengono utilizzati per creare prodotti, come '''enzimi''' utilizzati nella ricerca, antibiotici e altri meccanismi antimicrobici. La genomica microbica sta aiutando a sviluppare '''strumenti diagnostici''', '''vaccini migliorati''', nuovi '''trattamenti per le malattie''' e tecniche avanzate di '''bonifica ambientale'''. === Genomica mitocondriale === I mitocondri sono organelli intracellulari che contengono il proprio DNA. Il DNA mitocondriale muta a un ritmo rapido e gli scienziati spesso lo usano per studiare le relazioni evolutive. Un'altra caratteristica che rende interessante lo studio del genoma mitocondriale è che il DNA mitocondriale nella maggior parte degli organismi multicellulari passa dalla madre durante il processo di fecondazione. Per questo motivo, gli scienziati spesso usano la genomica mitocondriale per '''tracciare la genealogia'''. === Genomica in ambito forense === Gli esperti hanno utilizzato informazioni e indizi tratti da campioni di DNA sulle scene del crimine come prove nei casi giudiziari e hanno utilizzato marcatori genetici nell''''analisi forense'''. Anche l'analisi genomica è diventata utile in questo campo. La prima pubblicazione che mostrava il primo utilizzo della genomica in ambito forense è uscita nel 2001. Si è trattato di un tentativo collaborativo tra istituti di ricerca accademica e l'FBI per risolvere i misteriosi casi di antrace comunicati tramite il servizio postale statunitense. Utilizzando la genomica microbica, i ricercatori hanno determinato che il colpevole ha utilizzato uno specifico ceppo di antrace in tutte le spedizioni. === Genomica in agricoltura === La genomica può ridurre in una certa misura le prove e gli insuccessi coinvolti nella ricerca scientifica, il che potrebbe '''migliorare la qualità e la quantità della resa delle colture agricole'''. Collegare i tratti ai geni o alle firme genetiche aiuta a migliorare la selezione delle colture per generare ibridi con le qualità più desiderabili. Gli scienziati utilizzano i dati genomici per <u>identificare i tratti desiderabili e quindi trasferirli a un organismo diverso</u>. I ricercatori stanno scoprendo come la genomica può migliorare la qualità e la quantità della produzione agricola. Ad esempio, gli scienziati potrebbero utilizzare i tratti desiderabili per creare un prodotto utile o migliorare un prodotto esistente, come rendere una coltura sensibile alla siccità più <u>tollerante alla stagione secca</u>. === La genomica e la proteomica === Le proteine ​​sono i prodotti finali dei geni, che aiutano a svolgere la funzione codificata dal gene. Gli amminoacidi comprendono le proteine ​​e svolgono ruoli importanti nella cellula. Tutti gli enzimi (tranne i ribozimi) sono proteine ​​che agiscono come catalizzatori per influenzare la velocità delle reazioni. Le proteine ​​sono anche molecole regolatrici e alcune sono ormoni. Le proteine ​​di trasporto, come l'emoglobina, aiutano a trasportare l'ossigeno a vari organi. Anche gli anticorpi che difendono dalle particelle estranee sono proteine. Nello stato di malattia, la funzione delle proteine ​​può essere compromessa a causa di cambiamenti a livello genetico o a causa dell'impatto diretto su una proteina specifica. Un '''proteoma''' è l'intero set di proteine ​​prodotto da un tipo di cellula. Possiamo studiare i proteomi usando la conoscenza dei genomi perché i geni codificano per gli mRNA e gli mRNA codificano le proteine. Sebbene l'analisi degli mRNA sia un passo nella giusta direzione, non tutti gli mRNA vengono tradotti in proteine. '''La proteomica''' è lo studio della funzione dei proteomi. La proteomica integra la genomica ed è utile quando gli scienziati vogliono testare le loro ipotesi basate sui geni. Sebbene tutte le cellule degli organismi multicellulari abbiano lo stesso set di geni, il set di proteine ​​prodotte in tessuti diversi è diverso e dipende dall'espressione genica. Pertanto, il <u>genoma è costante, ma il proteoma varia ed è dinamico all'interno di un organismo</u>. Inoltre, gli RNA possono essere alternativamente giuntati (tagliati e incollati per creare nuove combinazioni e nuove proteine) e molte proteine ​​si modificano dopo la traduzione tramite processi come scissione proteolitica, fosforilazione, glicosilazione e ubiquitinazione. Esistono anche interazioni proteina-proteina, che complicano lo studio dei proteomi. Sebbene il genoma fornisca un modello, l'architettura finale dipende da diversi fattori che possono modificare la progressione degli eventi che generano il proteoma. La metabolomica è correlata alla genomica e alla proteomica. La '''metabolomica''' implica lo studio dei metaboliti di piccole molecole in un organismo. Il '''metaboloma''' è l'insieme completo di metaboliti che sono correlati al corredo genetico di un organismo. La metabolomica offre un'opportunità di confrontare il corredo genetico e le caratteristiche fisiche, così come il corredo genetico e i fattori ambientali. L'obiettivo della ricerca sul metaboloma è identificare, quantificare e catalogare tutti i metaboliti nei tessuti e nei fluidi degli organismi viventi. ==== Tecniche di base nell'analisi delle proteine ==== L'obiettivo finale della proteomica è identificare o confrontare le proteine ​​espresse da un dato genoma in condizioni specifiche, studiare le interazioni tra le proteine ​​e utilizzare le informazioni per prevedere il comportamento cellulare o sviluppare bersagli farmacologici. Proprio come gli scienziati analizzano il genoma utilizzando la tecnica di base del sequenziamento del DNA, la proteomica richiede tecniche per l'analisi delle proteine. La tecnica di base per l'analisi delle proteine, analoga al sequenziamento del DNA, è la spettrometria di massa. La spettrometria di massa identifica e determina le caratteristiche di una molecola. I progressi nella spettrometria hanno consentito ai ricercatori di analizzare campioni di proteine ​​molto piccoli. La cristallografia a raggi X, ad esempio, consente agli scienziati di determinare la struttura tridimensionale di un cristallo proteico a risoluzione atomica. Un'altra tecnica di imaging proteico, la risonanza magnetica nucleare (NMR), utilizza le proprietà magnetiche degli atomi per determinare la struttura tridimensionale della proteina in soluzione acquosa. Gli scienziati hanno anche utilizzato i microarray proteici per studiare le interazioni proteiche. Adattamenti su larga scala dello schermo di base a due ibridi ( Figura 17.17 ) hanno fornito la base per i microarray proteici. Gli scienziati utilizzano software per computer per analizzare l'enorme quantità di dati per l'analisi proteomica. Le analisi su scala genomica e proteomica fanno parte della '''biologia dei sistemi''' , che è lo studio di interi sistemi biologici (genomi e proteomi) in base alle interazioni all'interno del sistema. L'Istituto europeo di bioinformatica e l'Organizzazione del proteoma umano (HUPO) stanno sviluppando e stabilendo strumenti efficaci per esaminare l'enorme pila di dati della biologia dei sistemi. Poiché le proteine ​​sono prodotti diretti dei geni e riflettono l'attività a livello genomico, è naturale usare i proteomi per confrontare i profili proteici di diverse cellule per identificare proteine ​​e geni coinvolti nei processi patologici. La maggior parte delle sperimentazioni sui farmaci farmaceutici ha come target le proteine. I ricercatori usano le informazioni che ottengono dalla proteomica per identificare nuovi farmaci e comprenderne i meccanismi d'azione. ==== Proteomica del cancro ==== I ricercatori stanno studiando i genomi e i proteomi dei pazienti per comprendere la base genetica delle malattie. La malattia più importante che i ricercatori stanno studiando con approcci proteomici è il cancro. Questi approcci migliorano lo screening e la diagnosi precoce del cancro. I ricercatori sono in grado di identificare proteine ​​la cui espressione indica il processo della malattia. Una singola proteina è un '''biomarcatore'''; mentre un insieme di proteine ​​con livelli di espressione alterati è una '''firma proteica''' . Affinché un biomarcatore o una firma proteica siano utili come candidati per lo screening e la diagnosi precoce del cancro, devono essere secreti nei fluidi corporei, come sudore, sangue o urina, in modo che gli operatori sanitari possano eseguire screening su larga scala in modo non invasivo. L'attuale problema con l'uso di biomarcatori per la diagnosi precoce del cancro è l'alto tasso di risultati falsi negativi. Un '''falso negativo''' è un risultato del test errato che avrebbe dovuto essere positivo. In altre parole, molti casi di cancro non vengono rilevati, il che rende i biomarcatori inaffidabili. Alcuni esempi di biomarcatori proteici nella diagnosi del cancro sono CA-125 per il cancro ovarico e PSA per il cancro alla prostata. Le firme proteiche potrebbero essere più affidabili dei biomarcatori per rilevare le cellule tumorali. I ricercatori stanno anche utilizzando la proteomica per sviluppare piani di trattamento personalizzati, che implicano la previsione se un individuo risponderà o meno a farmaci specifici e gli effetti collaterali che l'individuo potrebbe sperimentare. I ricercatori utilizzano anche la proteomica per prevedere la possibilità di recidiva della malattia. Il National Cancer Institute ha sviluppato programmi per migliorare la diagnosi e il trattamento del cancro. Le Clinical Proteomic Technologies for Cancer e l'Early Detection Research Network sono sforzi per identificare le firme proteiche specifiche per diversi tipi di cancro. Il Biomedical Proteomics Program identifica le firme proteiche e progetta terapie efficaci per i pazienti oncologici. == Fonti == https://en.wikipedia.org/wiki/Outline_of_biotechnology https://en.wikipedia.org/wiki/Biotechnology https://it.wikipedia.org/wiki/Biotecnologia https://de.wikipedia.org/wiki/Biotechnologie https://es.wikipedia.org/wiki/Biotecnolog%C3%ADa oyai0rh30rjsnicwy7c8s9dzighkzdi 491864 491863 2026-04-15T07:22:00Z AGeremia 10319 /* La terapia genica */ 491864 wikitext text/x-wiki {{Biologia per il liceo}} {{avanzamento|100%}} '''La biotecnologia''' è l'uso di agenti biologici per il progresso tecnologico. La biotecnologia è stata utilizzata per l'allevamento di bestiame e colture molto prima che le persone comprendessero le basi scientifiche di queste tecniche. Dalla scoperta della struttura del DNA nel 1953, il campo della biotecnologia è cresciuto rapidamente sia attraverso la ricerca accademica che attraverso aziende private. Le applicazioni principali di questa tecnologia sono in medicina (produzione di vaccini e antibiotici) e in agricoltura (modifica genetica delle colture per aumentare le rese). La biotecnologia ha anche molte applicazioni industriali, come la fermentazione, il trattamento delle fuoriuscite di petrolio e la produzione di biocarburanti. == Le prime applicazioni delle biotecnologie == [[File:The_Brewer_designed_and_engraved_in_the_Sixteenth._Century_by_J_Amman.png|miniatura|367x367px|Il Birraio, disegnato e inciso nel XVI secolo da Jost Amman.]] Le più antiche applicazioni della biotecnologia, conosciute da oltre 5.000 anni, sono la produzione di '''pane''' , '''vino''' o '''birra''' ( fermentazione alcolica ) utilizzando il '''lievito''', che appartiene ai funghi . L'uso di batteri lattici ha permesso anche di produrre pasta madre (pane lievitato) e prodotti a base di latte acido come '''formaggio''' , '''yogurt''' , latte acido o '''kefir''' . Uno dei primi usi della bioingegneria, oltre alla nutrizione, fu la concia e il decapaggio delle pelli utilizzando feci e altri materiali contenenti enzimi per produrre pelle. Gran parte della biotecnologia si basava su questi processi produttivi fino al Medioevo, intorno al 1650, quando apparve il primo processo biotecnico per la produzione dell''''aceto'''. La biotecnologia moderna si basa essenzialmente sulla microbiologia , emersa nella seconda metà del XIX secolo. Soprattutto, lo sviluppo di metodi di coltivazione , coltura pura e sterilizzazione da parte di Louis Pasteur gettò le basi per lo studio e l'applicazione ( microbiologia applicata ) dei '''microrganismi''' . Nel 1867 Pasteur riuscì a isolare i batteri dell'acido acetico e il lievito di birra utilizzando questi metodi . Intorno al 1890 lui e Robert Koch svilupparono le prime '''vaccinazioni''' basate su agenti patogeni isolati , gettando così le basi per la biotecnologia medica . Il giapponese Jōkichi Takamine fu il primo a isolare un unico enzima per uso tecnico, '''l'alfa-amilasi''' (che brevettò nel 1894). Alcuni anni dopo, il chimico tedesco Otto Röhm utilizzò le '''proteasi animali''' (enzimi di degradazione delle proteine) provenienti dagli scarti della macellazione come detergenti e additivi per la produzione della pelle. La produzione su larga scala di '''butanolo''' e '''acetone''' attraverso la fermentazione del batterio ''Clostridium acetobutylicum'' fu descritta e sviluppata nel 1916 dal chimico e poi presidente israeliano Charles Weizmann .  È stato il primo sviluppo della biotecnologia bianca . Il processo fu utilizzato fino alla metà del XX secolo, ma fu poi sostituito dalla più economica sintesi petrolchimica dalla frazione propene del petrolio . A partire dal 1920, '''l'acido citrico''' fu prodotto dalla fermentazione superficiale del fungo ''Aspergillus niger'' . Nel 1957, l' amminoacido '''acido glutammico''' fu prodotto per la prima volta utilizzando il batterio del suolo ''Corynebacterium glutamicum.'' Nel 1928/29 Alexander Fleming scoprì la prima '''penicillina antibiotica''' per uso medico nel fungo ''Penicillium chrysogenum'' . Questo fu seguito nel 1943 dall'antibiotico '''streptomicina''' di Selman Waksman , Albert Schatz ed Elizabeth Bugie . Nel 1949 la produzione di '''steroidi''' fu implementata su scala industriale. All'inizio degli anni '60, le '''proteasi''' di derivazione biotecnologica furono aggiunte per la prima volta ai '''detersivi''' per rimuovere le macchie proteiche . Nella produzione del formaggio , dal 1965, il '''caglio''' di vitello può essere sostituito dalla rennina prodotta da microrganismi . Dal 1970 in poi è stato possibile produrre biotecnicamente '''amilasi''' e altri enzimi che scindono l'amido, con i quali ad es. B. L'amido di mais viene convertito nel cosiddetto “'''sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio'''” e utilizzato come sostituto dello zucchero di canna ( saccarosio ), ad es. B. potrebbe essere utilizzato nella produzione di bevande.<gallery> File:Bread 2.jpg|Pane File:Red Wine Glass.jpg|Vino File:NCI Visuals Food Beer.jpg|Birra File:Hartkaese HardCheeses.jpg|Formaggio File:Turkish strained yogurt.jpg|Yogurt File:Essig-1.jpg|Aceto File:Zitronensäure - Citric acid.svg|Acido citrico File:Penicillin core.svg|Penicillina File:Salivary alpha-amylase 1SMD.png|Amilasi </gallery> == Le biotecnologie rosse == In medicina, le moderne biotecnologie hanno molte applicazioni in vari settori quali: * la scoperta e la produzione di farmaci * la produzione di vaccini efficaci e a basso rischio * la terapia genica * la terapia con cellule staminali * l'editing genetico con CRISPR/Cas9 a scopi terapeutici * la farmacogenomica * i test genetici (o screening genetici ). Nel 2021, quasi il 40% del valore aziendale totale delle aziende biotecnologiche farmaceutiche in tutto il mondo era attivo in oncologia , con neurologia e malattie rare come altre due grandi applicazioni. === La scoperta e produzione di farmaci === La biotecnologia ha contribuito alla scoperta e alla produzione di farmaci tradizionali a piccole molecole , nonché di farmaci che sono il prodotto della biotecnologia, la biofarmaceutica . La moderna biotecnologia può essere utilizzata per produrre medicinali esistenti in modo relativamente semplice ed economico. I primi prodotti geneticamente modificati sono stati medicinali progettati per curare malattie umane. Per citare un esempio, nel 1978 Genentech ha sviluppato '''l'insulina sintetica''' umana unendo il suo gene con un vettore plasmidico inserito nel batterio ''Escherichia coli''. L'insulina, ampiamente utilizzata per il trattamento del diabete, era precedentemente estratta dal pancreas di animali da macello (bovini o maiali). La biotecnologia utilizzata è quella del '''DNA ricombinante''', ovverosia si usano principalmente '''batteri geneticamente modificati''' in grado di produrre grandi quantità di proteine sintetiche a costi relativamente bassi. Molti farmaci vengono prodotti con la tecnologia del DNA ricombinante, ad esempio: # '''ormoni di natura proteica''' come '''l'ormone della crescita''' (GH), '''l'eritropoietina''' (Epo) e '''l'insulina'''. # '''fattori di coagulazione''' del sangue (fattore VIII e fattore IX) # '''anticorpi monoclonali'''. Sono simili agli anticorpi che il sistema immunitario umano usa per combattere batteri e virus, ma sono "progettati su misura" (usando la tecnologia degli ibridomi o altri metodi) e possono quindi essere realizzati specificamente per contrastare o bloccare qualsiasi sostanza nel corpo, o per colpire qualsiasi tipo di cellula specifica; # '''proteine di fusione''': le proteine di fusione o proteine chimeriche sono proteine formate a partire dalla traduzione di due o più geni originariamente indipendenti e successivamente fusi insieme, a causa di un processo naturale o di opportune modificazioni in laboratorio. Ciascuno di questi geni avrebbe dato origine a una proteina indipendente, se non fosse stato associato all'altro o agli altri geni. Un esempio di proteina di fusione ottenuta in laboratorio è l'''abatacept'': si tratta di un farmaco utilizzato nella terapia dell'artrite reumatoide ed è costituito da un'immunoglobulina fusa insieme all'antigene citotossico della popolazione CTLA-4 dei linfociti T. === La produzione di vaccini === Il '''vaccino''' è un preparato biologico prodotto allo scopo di conferire l'immunità acquisita attiva contro un particolare tipo di infezione ai soggetti a cui è somministrato. I vaccini possono essere prodotti in vario modo, i primi tre qui elencati sono prodotti con metodi tradizionali, quelli più recenti sfruttano più avanzate biotecnologie. # '''''Vaccini con organismi vivi attenuati''''', come i vaccini contro la <u>poliomielite di Sabin (OPV), febbre gialla, morbillo, parotite, rosolia, varicella, rotavirus e vaiolo</u>. I vaccini di questo tipo sono composti da '''organismi intatti, resi non patogenici''' trattandoli per ''attenuarne'' la capacità di causare la malattia oppure uccidendoli senza perderne l'immunogenicità. In generale, il maggior difetto dei vaccini attenuati è che possono regredire nella forma virulenta, cosa che non accade nei vaccini inattivati. Nonostante i ceppi selezionati abbiano una bassa patogenicità, la grande capacità di mutare dei virus può portare in rari casi ad un loro riacquisto di azione patogena. L'unico caso effettivamente documentato a riguardo è quello del vaccino attenuato antipolio (vaccino orale di Sabin) # '''''Vaccini con organismi inattivati o uccisi''''', come i vaccini contro la <u>poliomielite di Salk (IPV), rabbia, influenza, pertosse, colera, epatite A, febbre tifoide e peste</u>. I vaccini inattivati si ottengono '''trattando i patogeni in modo da rendere impossibile loro di replicarsi'''. Per ottenere l'obiettivo prefissato in linea teorica basta trattare il composto con del '''calore''', il quale però causa la denaturazione delle proteine (e conseguentemente la loro inattivazione a fini immunogenici); in genere si preferisce quindi un'inattivazione '''chimica''' con formaldeide o altre sostanze. A differenza dei vaccini attenuati, richiedono ripetuti richiami per mantenere lo stato di immunità nell'organismo e sono molto più sicuri dal momento che non mantengono la capacità di replicarsi e di regredire alla forma nativa. # '''''Vaccini con antigeni purificati''''' (o ''vaccini a subunità''), come i vaccini (costituiti da anatossine) contro il <u>tetano o la difterite</u>. I vaccini a subunità sono '''composti da antigeni purificati''', cioè antigeni o pezzi di essi ricavati da un microrganismo o dalle sue tossine. Molti organismi, come ad esempio il tetano e la difterite, esprimono la loro virulenza tramite delle esotossine. # '''''Vaccini con antigeni ricombinanti''' e peptidi sintetici'', come il vaccino contro <u>l'epatite B</u>. I peptidi sintetici e gli antigeni ricombinanti sono di interesse recente e prevedono la produzione degli antigeni voluti per formare il vaccino usando varie tecnologie, tra cui il DNA ricombinante. # '''''Vaccini a DNA o RNA''''', come diversi vaccini contro il <u>SARS-CoV2</u>. Queste due tecniche si basano sulla '''possibilità di far produrre alle cellule dell'organismo da immunizzare gli antigeni che devono scatenare la risposta immunitaria'''. Questo può avvenire in due modi: infettando le cellule con un virus non citopatico (cioè che non le uccide) oppure inoculando un plasmide contenente un cDNA: in entrambi i casi si introduce un acido nucleico codificante per l'antigene. Questi approcci hanno il vantaggio di essere gli unici capaci di generare una risposta dei linfociti citotossici. Un vaccino a RNA agisce mediante l'ingresso di frammenti di mRNA nelle cellule del soggetto vaccinato, inducendole a produrre antigeni dei microrganismi patogeni (ad esempio spike virali) o antigeni tumorali al fine di indurre una risposta immunitaria adattativa contro tali bersagli # '''''Vaccini coniugati''','' che consentono una maggiore risposta immunitaria e vengono spesso utilizzati nei vaccini contenenti antigeni polisaccaridici (più difficili da riconoscere per i linfociti) quali quelli contro meningococchi, pneumococchi ed Haemophilus influenzae di tipo B. Si tratta di raggruppamenti di vaccini diversi, ottenuti da microrganismi attenuati # '''Vaccini ottenuti da piante OGM'''. L'idea di produrre vaccini tramite piante transgeniche è stata identificata già nel 2003. Piante come il tabacco, la patata, il pomodoro e la banana possono avere geni inseriti che le inducono a produrre vaccini utilizzabili per gli esseri umani. Ad es. nel 2005, sono state sviluppate banane che producono un vaccino umano contro l' <u>epatite B</u>. Il vaccino può essere estratto e purificato dalla pianta, oppure somministrato direttamente col consumo della pianta stessa. Rappresenta un modo economico per produrre, conservare e somministrare un vaccino. Ad oggi, nelle piante si sono ottenuti con notevole successo un farmaco per il morbo di Gaucher, un anticorpo monoclonale contro Ebola, vaccini contro l’influenza aviaria e quella stagionale, epatite B e papilloma. <gallery> File:Polio vaccine poster.jpg|Questo manifesto del 1963 mostra il simbolo nazionale CDC di salute pubblica, la "Wellbee", incoraggiando il pubblico a ricevere un vaccino orale antipolio File:Poliodrops.jpg|Somministrazione del vaccino antipolio Sabin File:PittPolioVaccineCoL.jpg|Somministrazione della vaccinazione antipolio di tipo ''Salk'', nel 1957 File:Preparation of measles vaccines.jpg|Preparazione di virus attenuati coltivati in uova di gallina. Alcuni tipi di vaccini antinfluenzali sono esempi di vaccini preparati con tale metodo. File:Diphtheria toxin 1DDT.png|Esotossina della difterite File:Diphtheria antitoxin 1925 (cropped).jpg|Vaccino per la difterite del 1925 File:Opisthotonus in a patient suffering from tetanus - Painting by Sir Charles Bell - 1809.jpg|Il tetano si presenta come una paralisi spastica in tutto il corpo File:Hepatitis B virus v2 (3).svg|Virus dell'epatite B File:MRNA vaccines against the coronavirus.webm|Come funziona un vaccino a RNA File:52200595641faf19a1b91o. COVID-19 mRNA Vaccines.jpg|infografica sul vaccino a MRNA File:How mRNA COVID-19 Vaccines Work (English).pdf|Come funziona il vaccino a mRNA File:Moderna COVID-19 vaccine (2021) G.jpg|Vaccino Moderna a RNA </gallery> === La terapia genica === [[File:Viral mediated delivery of genes to neurons 1.jpg|miniatura|746x746px|Schema di una terapia genica mediata da virus]] Con '''terapia genica''' si intende la modifica del materiale genetico (DNA) all'interno delle cellule al fine di poter curare delle patologie (es. malattie genetiche). La terapia genica si propone di curare una patologia causata dall'assenza o dal difetto di uno o più geni (mutati) con la sostituzione con una variante "sana". Dunque, è necessario in primo luogo <u>identificare il singolo gene o i diversi geni responsabili della malattia genetica</u>. Sebbene le terapie siano generalmente sperimentali, si può tentare in secondo luogo - almeno per alcune malattie - la <u>sostituzione dei geni malati</u> sfruttando, ad esempio, come vettore un virus reso inattivo, svuotato preventivamente del suo corredo genetico. Con un meccanismo piuttosto complesso, che richiede l'uso di 'forbici' molecolari enzimatiche, enzimi di restrizione (con cui si preleva il gene "sano") si può poi 'correggere' il DNA, rimpiazzando le sequenze difettose, in modo tale che la cellula sintetizzi correttamente le proteine necessarie al corretto funzionamento metabolico. Esistono due tipologie di terapia genica: quella delle '''cellule germinali''' e quella delle '''cellule somatiche'''. La <u>prima si propone di trasfettare le cellule della linea germinale come spermatozoi ed ovociti</u> o le cellule staminali totipotenti dei primissimi stadi dello sviluppo dell'embrione (alla fase di 4-8 cellule), ma attualmente essa non viene messa in pratica sia per ragioni tecniche e, soprattutto, per i grandissimi dilemmi etici che solleva. La <u>seconda tipologia, invece, si propone di modificare solamente le cellule somatiche</u>, senza intaccare, quindi, la linea germinale; oggigiorno è la via più studiata e tentata. La terapia genica delle cellule somatiche, a sua volta, viene suddivisa in due gruppi: la terapia genica ''ex vivo'' e quella ''in vivo''. Di recente interesse è la possibilità dell'editing genico terapeutico con CRISPR/Cas9. ==== La terapia genica ''ex vivo'' ==== È la tipologia che venne messa in pratica per prima e consiste nel <u>prelievo delle cellule somatiche della persona interessata</u>. Esse, successivamente, vengono messe in coltura in laboratorio. Durante questo tempo <u>viene inserito il gene d'interesse</u>, inserito tramite un apposito vettore (spesso vengono usati vettori virali), e successivamente vengono <u>reinfuse</u> o reimpiantate nel corpo del soggetto. Tale procedura è sicuramente la più lunga e la più costosa delle due ma permette di selezionare ed amplificare le cellule d'interesse ed inoltre gode d'una maggior efficienza. È attualmente la modalità più utilizzata ma è riservata solamente a quei casi in cui sia possibile prelevare, mettere le cellule in cultura e reinserirle nell'organismo. Ad esempio alcuni tipi di '''leucemia''' vengono curati in questo modo. Altro esempio è la immunodeficienza combinata severa ('''SCID'''). ==== La terapia genica ''in vivo'' ==== Viene attuata in tutti quei casi in cui le cellule non possono essere messe in coltura, o prelevate e reimpiantate, come quelle del cervello o del cuore e della maggior parte degli organi interni; inoltre, rappresenta un modello terapeutico con elevata ottemperanza e molto economico ma, attualmente, di più difficile applicazione. In questo caso il gene, o l'oligonucleotide d'interesse viene inserito nell'organismo, tramite un opportuno vettore, direttamente per via locale o sistemica. Ad esempio con questo metodo si è cercato di curare '''l’atrofia muscolare''' '''spinale'''. ==== L'editing genetico ==== L'introduzione dell'editing genetico '''CRISPR/Cas9''' ha aperto nuove porte alla sua applicazione e utilizzo nella terapia genica, poiché invece della semplice sostituzione di un gene, '''consente la correzione del particolare difetto genetico'''.  Soluzioni agli ostacoli medici, come '''l'eradicazione dei serbatoi latenti del virus dell'immunodeficienza umana ( HIV''' ) e la '''correzione della mutazione''' che causa '''l'anemia falciforme''', potrebbero essere disponibili come opzione terapeutica in futuro. In vivo, i sistemi di editing genetico che utilizzano CRISPR sono stati utilizzati in studi sui topi per '''trattare il cancro''' e sono stati efficaci nel ridurre i tumori. ==== Applicazioni ==== Nel 1990 William French Anderson realizzò con successo la prima terapia genica applicata a un essere umano, una bambina affetta da ADA-SCID. Da allora sono molteplici le applicazioni, anche se molto costose (dati riferiti al 2025), ad esempio: * '''Malattie ereditarie''' come: ** Terapia della SCID (costo ~ 600.000 €) ** Deficit di Ornitina-Transcarbamilasi ** Atrofia muscolare spinale (~ 2.000.000 €) ** β -talassemia (~ 1.600.000 €) ** Carenza di lipoproteina lipasi ** Adrenoleucodistrofia cerebrale ** Carenza di L-aminoacido decarbossilasi aromatica (AADC) ** Emofilia ** Amaurosi congenita di Leber (~ 720.000 €) ** Neuropatia ottica ereditaria di Leber (LHON) * '''Terapie del cancro''' ** Leucemia linfocitica acuta ** Linfoma diffuso a grandi cellule B ** Melanoma maligno (~ 50.000 €) ** Linfoma a cellule mantellari ** Mieloma multiplo * '''Terapia dell'infezione da HIV-1''' (in fase di sperimentazione) <gallery> File:ExVivoGeneTherapy.jpg|Schema della terapia genica ex vivo File:In vivo gene therapy.jpg|Schema della terapia genica In vivo File:Hemoglobin H disease.jpg|Globuli rossi anomali per la beta talassemia File:Albero-discendenza-vittoria.jpg|Albero genealogico della discendenza della Regina Vittoria, con indicati i casi accertati di omozigosi ed eterozigosi per l'emofilia File:A woman suffering from Hemophilia.png|Una donna affetta da emofilia, con incapacità di formare coaguli di sangue File:NodularMelanomaEvolution.jpg|Sviluppo di un melanoma maligno File:HI-Virion-it.svg|Il virus dell'HIV </gallery> === La terapia con cellule staminali === Le cellule staminali possono essere distinte in base al loro potenziale di differenziazione: * cellule staminali '''totipotenti''': capaci di dare origine a qualsiasi tipo di cellula, e quindi a un intero organismo; * cellule staminali '''pluripotenti''': capaci di produrre tutti i tipi cellulari tranne le appendici embrionali  ; * cellule staminali '''multipotenti''': capaci di dare origine a diversi tipi di cellule ma non appartenenti a tutti gli strati (ad esempio, le cellule della cresta neurale danno origine a cellule ectodermiche e mesodermiche ma non endodermiche  ) * cellule staminali '''unipotenti''': che possono produrre un solo tipo di cellula (possono però, come ogni cellula staminale, autorinnovarsi, da qui l'importanza di distinguerle dai precursori). Ad esempio, possiamo citare le cellule satelliti dei muscoli striati scheletrici. [[File:Stem_cells_diagram.png|centro|miniatura|620x620px|Cellule totipotenti, pluripotenti e unipotenti]] La terapia con cellule staminali è l'uso di cellule staminali per trattare o prevenire una malattia o una condizione. Il <u>trapianto di midollo osseo è una forma di terapia con cellule staminali che è stata utilizzata per molti anni</u> perché ha dimostrato di essere efficace negli studi clinici.  L'impianto di cellule staminali può aiutare a rafforzare il ventricolo sinistro del cuore, nonché a trattenere il tessuto cardiaco nei pazienti che hanno sofferto di infarti in passato. Per oltre 90 anni, il trapianto di cellule staminali emopoietiche (HSCT) è stato utilizzato per curare persone con condizioni come la leucemia e il linfoma; questa è l'unica forma di terapia con cellule staminali ampiamente praticata.  <u>A partire dal 2016 , l'unica terapia consolidata che utilizza le cellule staminali è il trapianto di cellule staminali emopoietiche.  Questo di solito assume la forma di un trapianto di midollo osseo, ma le cellule possono anche essere derivate dal sangue del cordone ombelicale</u>. Sono in corso ricerche per sviluppare varie fonti di cellule staminali e per applicare trattamenti con cellule staminali per malattie neurodegenerative  e condizioni come il diabete e le malattie cardiache. Una '''cellula staminale pluripotente indotta''' (conosciuta anche come '''iPS''' o '''iPSC''' dall'inglese ''Induced Pluripotent Stem Cell'') è un tipo di cellula staminale generata artificialmente a partire da una terminalmente differenziata (in genere una cellula somatica adulta), mediante l'introduzione di quattro geni specifici codificanti determinati fattori di trascrizione che ne inducono la conversione in cellula staminale di una specifica linea cellulare, che a sua volta potrà svilupparsi in cellula differenziata. Sulla base di tali proprietà, le iPSC offrono grandi speranze nel campo della medicina rigenerativa: la <u>possibilità di indurne la differenziazione nella maggior parte dei tipi cellulari di un organismo (come ad esempio cellule neuronali, pancreatiche, cardiache ed epatiche</u>), può essere sfruttata nella rigenerazione di tessuti o organi danneggiati. Le cellule staminali pluripotenti meglio caratterizzate sono <u>quelle embrionali ma il loro utilizzo comporta problemi etici</u> associati alla manipolazione e/o alla distruzione dell'embrione nella fase di preimpianto. Tali problemi possono essere evitati utilizzando cellule staminali derivate da quelle adulte indotte alla pluripotenza. Ciò permette la loro applicazione in <u>trapianti autologhi</u>, che riducono il rischio di rigetto, anche se tale tecnologia non è ritenuta del tutto sicura. Le iPSC vengono anche utilizzate per lo sviluppo di cure personalizzate sulla base della loro risposta a trattamenti farmacologici.<gallery> File:Stem cell treatments.svg|Malattie e condizioni in cui il trattamento con cellule staminali è promettente o emergente File:The development and the ways to rejuvenate cells - en.svg|Tipi di cellule staminali File:Schematic representation of delivery or induction of OSKM factors to convert somatic cells into pluripotent cells and differentiation the iPSC into a wide range of individual cells from the three germ layers.png|Rappresentazione schematica della conversione delle cellule somatiche in cellule pluripotenti e differenziazione delle iPSC in un'ampia gamma di singole cellule </gallery> === L'editing genetico con CRISPR/Cas9 === La tecnica CRISPR è una tecnica di editing genomico. Non è l'unica, in passato sono state messe a punto altre tecniche meno efficaci come la ZFN e la TALEN. L'acronimo CRISPR sta per "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats" e identifica una tecnica di ingegneria genetica usata in biologia molecolare. Si basa su una versione semplificata di un sistema di difesa contro i virsus che si trova nei batteri (CRISPR-Cas9). Fornendo la nucleasi Cas9 complessata con un RNA guida sintetico (gRNA) in una cellula, il genoma della cellula può essere tagliato nella posizione desiderata, consentendo la rimozione dei geni esistenti e/o l'aggiunta di nuovi in vivo. La tecnica è considerata molto significativa nel campo della biotecnologia e della medicina poiché consente di modificare i genomi in vivo in modo molto preciso, economico e semplice. Può essere utilizzato nella creazione di nuovi medicinali, prodotti agricoli e organismi geneticamente modificati o come mezzo per controllare agenti patogeni e parassiti. Ha anche possibilità di uso nel trattamento delle malattie genetiche ereditarie e delle malattie derivanti da mutazioni somatiche come il cancro. Sebbene ampiamente accettata in ambito agrario e biotecnologico, il suo utilizzo nella modificazione genetica della linea germinale umana è ad oggi molto controverso. [[File:MEGANUCLEASE-ZFN-TALEN-CRISPR-text-to-path.svg|centro|miniatura|668x668px|Schema di utilizzo di CRISPR/Cas9 (e altre tecniche prima utilizzate come ZFN e TALEN)]] Il sistema CRISPR/Cas può essere utilizzato, tra l'altro, per l'editing del genoma (delezioni/ eliminazioni di geni  e inserimenti) e quindi anche per la terapia genica. Tuttavia, ciò che potrebbe essere problematico per le applicazioni umane è che il sistema immunitario riconosce l’endonucleasi Cas9, che è di origine batterica, come antigene. Possibili applicazioni dell'editing genomico sono: * la rimozione dei genomi di agenti patogeni di malattie infettive croniche come il virus dell'epatite B e l'HIV * correggere le mutazioni nella generazione di cellule staminali pluripotenti indotte e di cellule staminali embrionali * trattamento delle malattie genetiche ereditarie * trattamento dei tumori === La farmacogenomica === La farmacogenomica (una combinazione di farmacologia e genomica ) è la tecnologia che <u>analizza come il patrimonio genetico influenza la risposta di un individuo ai farmaci</u>.  I ricercatori nel campo studiano l'influenza della variazione genetica sulle risposte ai farmaci nei pazienti correlando l'espressione genica o i polimorfismi a singolo nucleotide con l'efficacia o la tossicità di un farmaco .  Lo <u>scopo della farmacogenomica è quello di sviluppare farmaci che, rispetto al genotipo dei pazienti, garantiscono la massima efficacia con effetti avversi minimi</u>.  Tali approcci promettono l'avvento della "medicina personalizzata"; in cui i farmaci e le combinazioni di farmaci sono ottimizzati per il patrimonio genetico unico di ogni individuo. === I test genetici === [[File:Phenylketonuria_testing.jpg|miniatura|260x260px|Test della fenilchetonuria su un neonato]] I test genetici consentono la <u>diagnosi genetica delle vulnerabilità alle malattie ereditarie</u> e possono anche essere utilizzati per determinare la <u>parentela</u> di un bambino (madre e padre genetici) o in generale l'ascendenza di una persona . Oltre a studiare i cromosomi a livello di singoli geni, i test genetici in senso più ampio includono test biochimici per la possibile presenza di <u>malattie genetiche o forme mutanti di geni associate a un rischio aumentato di sviluppare disturbi genetici</u>. I test genetici identificano cambiamenti nei cromosomi , nei geni o nelle proteine.  Nella maggior parte dei casi, i test vengono utilizzati per trovare cambiamenti associati a disturbi ereditari. I risultati di un test genetico possono confermare o escludere una sospetta condizione genetica o aiutare a determinare la possibilità di una persona di sviluppare o trasmettere un disturbo genetico . Nel 2011 erano in uso diverse centinaia di test genetici.  Poiché i test genetici possono aprire problemi etici o psicologici, i test genetici sono spesso accompagnati da consulenza genetica. == Le biotecnologie verdi == === Biotecnologie verdi con transgenesi (con geni estranei all'organismo GM) === Le colture geneticamente modificate ("colture GM" o "colture biotech") sono piante utilizzate in agricoltura , il cui DNA è stato modificato con tecniche di ingegneria genetica . Nella maggior parte dei casi, l'obiettivo principale è introdurre una nuova caratteristica che non si verifica naturalmente nella specie. Le aziende biotecnologiche possono contribuire alla futura sicurezza alimentare migliorando la nutrizione e la vitalità dell'agricoltura urbana. Inoltre, la protezione dei diritti di proprietà intellettuale incoraggia gli investimenti del settore privato nell'agrobiotecnologia. Esempi nelle colture alimentari includono la '''resistenza a certi parassiti''',  '''malattie''',  '''condizioni ambientali stressanti''',  '''resistenza ai trattamenti chimici''' (ad esempio resistenza a un erbicida  ), riduzione del deterioramento,  o '''miglioramento''' del profilo nutrizionale della coltura.  Esempi nelle colture non alimentari includono la '''produzione di agenti farmaceutici''' ,  '''biocarburanti''' ,  e altri beni utili all'industria,  così come per la '''biorisanamento''' . Gli agricoltori hanno ampiamente adottato la tecnologia GM. Tra il 1996 e il 2011, la superficie totale di terra coltivata con colture GM è aumentata di un fattore 94, da 17.000 a 1.600.000 chilometri quadrati (da 4.200.000 a 395.400.000 acri).  Nel 2010, il 10% delle terre coltivate del mondo è stato piantato con colture GM.  Nel 2011, 11 diverse colture transgeniche sono state coltivate commercialmente su 395 milioni di acri (160 milioni di ettari) in 29 paesi come Stati Uniti, Brasile , Argentina , India , Canada, Cina, Paraguay, Pakistan, Sud Africa, Uruguay, Bolivia, Australia, Filippine, Myanmar, Burkina Faso, Messico e Spagna. [[File:Feldbefreiung.jpg|miniatura|376x376px|Mais Bt]] Gli alimenti geneticamente modificati sono alimenti prodotti da organismi che hanno subito modifiche specifiche nel loro DNA con metodi di ingegneria genetica . Queste tecniche hanno consentito l'introduzione di nuove caratteristiche delle colture e un controllo molto maggiore sulla struttura genetica di un alimento rispetto a quanto precedentemente consentito da metodi quali l'allevamento selettivo e l'allevamento per mutazione .  La vendita commerciale di alimenti geneticamente modificati è iniziata nel 1994, quando la Calgene ha commercializzato per la prima volta il suo pomodoro a maturazione ritardata Flavr Savr .  Ad oggi la maggior parte delle modifiche genetiche degli alimenti si è concentrata principalmente su colture commerciali molto richieste dagli agricoltori come '''soia''' , '''mais''' , canola (una varietà di '''colza''') e olio di semi di '''cotone''' . Questi sono stati progettati per '''resistere a patogeni ed erbicidi''' e per profili nutrizionali migliori. Anche il bestiame GM è stato sviluppato sperimentalmente; nel novembre 2013 nessuno era disponibile sul mercato,  ma nel 2015 la FDA ha approvato il primo salmone GM per la produzione e il consumo commerciale. Il '''mais Bt''': si tratta di una modifica genetica che permette alla pianta di difendersi dagli attacchi degli insetti, dovuta a un gene inserito nel suo DNA, che gli permette di produrre una proteina che danneggia gli insetti che cercano di nutrirsene. Il gene inserito, tratto dal Bacillus thuringiensis, produce la Delta-endotossina (o tossina Bt), sostanza innocua per l'uomo ma velenosa per gli insetti dell'ordine dei Lepidotteri, tra cui la Piralide del mais europea. Per queste ragioni, le piante geneticamente modificate con la delta-endotossina vengono coltivate su larga scala in tutto il mondo. [[File:AreialSeedingPlane.jpg|sinistra|miniatura|Trattamento con erbicida della soia]] Si dicono '''''Roundup ready''''' (trad. pronto per il Roundup, abbreviato ''RR'') quelle colture geneticamente modificate al fine di tollerare erbicidi a base di glifosato. Si tratta di un marchio registrato dalla multinazionale Monsanto il cui nome (''Roundup'') deriva da quello commerciale del principio attivo distribuito dalla stessa Monsanto; la prima coltura RR è stata la soia, seguita da altre come cotone, mais, colza. I vantaggi delle colture ''Roundup ready'' consistono essenzialmente in un controllo delle piante infestanti assai semplificato, che non sarebbe possibile in colture tradizionali, basato solo sul diserbo chimico con glifosato anche in "copertura" (cioè in presenza della vegetazione della coltura, che per l'appunto è resa tollerante all'erbicida grazie all'inserimento di un transgene). La '''soia ''Roundup Ready''''' è in assoluto il prodotto transgenico maggiormente coltivato nel mondo, rappresentando l'87% della soia coltivata negli Stati Uniti, e il 60% a livello globale (nel 2005). Recentemente è stata sviluppata la seconda generazione di soia ''Roundup Ready'', che associa al gene per la resistenza agli erbicidi una produttività del 4-7% superiore alle altre varietà. Tuttavia il principio base secondo molti studiosi sarebbe pericoloso per l'uomo e per gli animali che si nutrono di mangimi a base di soia e altri mangimi trattati con il Glifosato in relazione alla possibilità che quest'ultimo residui nei prodotti alimentari. La reale pericolosità del Glifosato è oggetto di accesi dibattiti. [[File:Golden Rice.jpg|miniatura|387x387px|Golden rice]] Il '''Golden Rice''' o Riso dorato è una varietà di riso prodotta attraverso una modifica genetica che introduce la via di biosintesi del precursore beta-carotene della provitamina nelle parti commestibili del riso. In particolare sono stati introdotti i geni '''psy''' (fitoene sintasi) del Narciso e del Mais e il gene '''crtI''' (carotene desaturasi) di un batterio del suolo, Erwinia uredovora. La pro-vitamina A, che il metabolismo umano trasforma in vitamina A, è presente naturalmente in molti alimenti come le carote, il fegato, le uova e il burro, che risultano tuttavia inaccessibili a molti milioni di famiglie che si nutrono quasi esclusivamente di riso. Allo scopo di introdurre vitamina A nella dieta di queste popolazioni, è stata creata una pianta di riso ricca in beta-carotene. Secondo l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) oltre 100 milioni di bambini poveri nel mondo hanno una dieta carente di vitamina A e, per questa ragione, migliaia di bambini diventano ciechi ogni anno. Al fine di evitare patologie oculari, sarebbe sufficiente che queste popolazioni assumessero un quantitativo maggiore di vitamina. Il progetto è andato più lento del previsto e solo nel 2008 sono stati seminati i primi campi di Golden Rice nelle Filippine. I ritardi non sono dovuti soltanto a opposizione di molte organizzazioni anti-biotech responsabili della distruzione di diversi campi sperimentali ma anche per problemi legali in quanto la distribuzione, anche gratuita, del Golden Rice avrebbe causato una violazione dei diritti intellettuali di almeno una settantina di brevetti detenuti da multinazionali e università. Attualmente il Golden rice viene prodotto e distribuito unicamente in Bangladesh a causa dei rallentamenti provocati dallo scetticismo da parte della popolazione nei confronti dei possibili benefici dell’ingegneria genetica. Esiste un consenso scientifico  sul fatto che gli alimenti attualmente disponibili derivati ​​da colture geneticamente modificate non presentano rischi maggiori per la salute umana rispetto agli alimenti convenzionali,  ma che ogni alimento geneticamente modificato deve essere testato caso per caso prima di essere introdotto.  Tuttavia, i membri del pubblico sono molto meno propensi degli scienziati a percepire gli alimenti geneticamente modificati come sicuri.  Lo status legale e normativo degli alimenti geneticamente modificati varia a seconda del paese, con alcune nazioni che li vietano o li limitano, e altre che li consentono con gradi di regolamentazione molto diversi. Le colture geneticamente modificate offrono anche una serie di benefici ecologici, se non utilizzate in eccesso.  Le colture resistenti agli insetti hanno dimostrato di ridurre l’uso di pesticidi, riducendo quindi l’impatto ambientale dei pesticidi nel loro complesso.  Tuttavia, gli oppositori hanno sollevato obiezioni alle colture geneticamente modificate in sé per diversi motivi, tra cui preoccupazioni ambientali, se il cibo prodotto da colture geneticamente modificate sia sicuro, se le colture geneticamente modificate siano necessarie per soddisfare le esigenze alimentari mondiali e preoccupazioni economiche sollevate dal fatto che questi organismi sono soggetti alla legge sulla proprietà intellettuale. La biotecnologia ha diverse applicazioni nel campo della sicurezza alimentare. Colture come il riso dorato sono progettate per avere un contenuto nutrizionale più elevato e c'è il potenziale per prodotti alimentari con una durata di conservazione più lunga.  Sebbene non siano una forma di biotecnologia agricola, i vaccini possono aiutare a prevenire le malattie riscontrate nell'agricoltura animale. Inoltre, la biotecnologia agricola può accelerare i processi di allevamento per ottenere risultati più rapidi e fornire maggiori quantità di cibo.  La ​​biofortificazione transgenica nei cereali è stata considerata un metodo promettente per combattere la malnutrizione in India e in altri paesi.<gallery> File:Bt-toxin-crystals.jpg|Cristalli di tossina da ''Bacillus thuringiensis'' File:Corn borer.jpg|Bruco della piralide del mais File:Ostrinia nubilalis01.jpg|Adulto della piralide del mais File:Logo of Roundup Ready canola.svg|Il marchio Roundup della Monsanto File:Glyphosate-from-xtal-view-2-3D-bs-17.png|Glifosato File:Maiz RR.jpg|Coltivazione di mais trattata con glifosato File:Narzisse.jpg|Narciso File:Glyphosate USA 2019.png|Uso del glifosato negli Stati Uniti </gallery> === Biotecnologie verdi con cisgenesi (con geni della stessa specie) === [[File:Schurft bij appel (Venturia inaequalis on Malus domestica 'Schone van Boskoop').jpg|sinistra|miniatura|438x438px|Ticchiolatura del melo]] Cisgenesi (etimologia: cis = stesso lato; e genesi = origine) è un termine per organismi che sono stati progettati utilizzando un processo in cui i geni vengono trasferiti artificialmente tra organismi che altrimenti potrebbero essere allevati in modo convenzionale.  I geni vengono trasferiti solo tra organismi strettamente correlati.  Le sequenze di acidi nucleici devono essere isolate e introdotte utilizzando le stesse tecnologie utilizzate per produrre organismi transgenici, rendendo la cisgenesi simile per natura alla transgenesi. La cisgenesi è stata applicata al trasferimento di geni di resistenza naturale alla devastante malattia ''Phytophthora infestans'' nella patata  e alla ticchiolatura ( ''Venturia inaequalis'' ) nella mela. Alcune persone credono che la cisgenesi non debba affrontare la stessa supervisione normativa della modifica genetica creata tramite transgenesi, poiché è possibile, se non pratico, trasferire alleli tra specie strettamente correlate anche tramite incrocio tradizionale. In Europa , attualmente, questo processo è regolato dalle stesse leggi della transgenesi. Mentre i ricercatori dell'Università di Wageningen nei Paesi Bassi ritengono che questo dovrebbe essere cambiato. === Biotecnologie verdi con editing genomico === L'editing del genoma fornisce una nuova strategia per la manipolazione genetica nelle piante e probabilmente aiuterà nell'ingegneria dei tratti vegetali desiderati modificando i geni endogeni. Un esempio potenzialmente riuscito dell'applicazione delle tecniche di editing del genoma nel miglioramento delle colture può essere trovato nella banana, dove gli scienziati hanno utilizzato l'editing CRISPR/Cas9 per inattivare il virus endogeno della striatura della banana nel genoma B della banana ( ''Musa'' spp. ) per superare una sfida importante nell'allevamento delle banane. == Altre biotecnologie == === La biotecnologia industriale === La '''biotecnologia industriale''' (conosciuta principalmente in Europa come biotecnologia bianca) è l'applicazione della biotecnologia a scopi industriali, inclusa la '''fermentazione industriale''' . Include la pratica di utilizzare cellule come microrganismi , o componenti di cellule come enzimi , per generare prodotti utili a livello industriale in settori quali prodotti chimici, alimenti e mangimi, detersivi, carta e cellulosa, tessili e biocarburanti .  Negli ultimi decenni, sono stati compiuti progressi significativi nella creazione di organismi geneticamente modificati (OGM) che migliorano la diversità delle applicazioni e la redditività economica della biotecnologia industriale. Utilizzando materie prime rinnovabili per produrre una varietà di prodotti chimici e combustibili, la biotecnologia industriale sta attivamente avanzando verso la riduzione delle emissioni di gas serra e l'allontanamento da un'economia basata sulla petrolchimica. La '''biologia sintetica''' è considerata uno dei cardini essenziali della biotecnologia industriale per il suo contributo finanziario e sostenibile al settore manifatturiero. Insieme, la biotecnologia e la biologia sintetica svolgono un ruolo cruciale nella generazione di prodotti convenienti con caratteristiche rispettose della natura, utilizzando la produzione basata su biotecnologie anziché quella basata sui fossili.  La biologia sintetica può essere utilizzata per progettare microrganismi modello , come ''l'Escherichia coli'' , mediante strumenti di editing del genoma per migliorare la loro capacità di produrre prodotti basati su biotecnologie, come la bioproduzione di '''medicinali''' e '''biocarburanti''' .  Ad esempio, ''l'E. coli'' e ''il Saccharomyces cerevisiae'' in un consorzio potrebbero essere utilizzati come microbi industriali per produrre precursori dell'agente chemioterapico paclitaxel ('''taxolo''') applicando l' ingegneria metabolica in un approccio di co-coltura per sfruttare i benefici dei due microbi. Un altro esempio di applicazioni della biologia sintetica nella biotecnologia industriale è la riprogettazione dei percorsi metabolici di ''E. coli'' mediante sistemi CRISPR e CRISPRi verso la produzione di una sostanza chimica nota come '''1,4-butandiolo''' , che viene utilizzata nella produzione di '''fibre'''. Per produrre 1,4-butandiolo, gli autori alterano la regolazione metabolica di ''Escherichia coli'' mediante CRISPR per indurre una mutazione puntiforme nel gene ''glt'' A, il knockout del gene ''sad'' e il knock-in di sei geni ( ''cat'' 1, ''suc'' D, ''4hbd'' , ''cat'' 2, ''bld'' e ''bdh'' ). Mentre il sistema CRISPRi era utilizzato per abbattere i tre geni concorrenti ( ''gab'' D, ''ybg'' C e ''tes'' B) che influenzano il percorso di biosintesi di 1,4-butandiolo. Di conseguenza, la resa di 1,4-butandiolo è aumentata significativamente da 0,9 a 1,8 g/L. <gallery> File:Taxol.svg|Taxolo (farmaco chemioterapico) File:1,4-Butanediol-3D-balls.png|1,4-butandiolo File:Cycling kit full body alt 3 (cropped).jpg|L'elastane (Lycra) è prodotto col butandiolo </gallery> === La produzione di biocarburanti === '''Il biocarburante''' è un carburante ricavato da materiale biologico. È diverso dai combustibili fossili ricavati da materiale biologico fossilizzato. Il biocarburante può essere in forma solida , liquida o gassosa Esistono due modi comuni per convertire le piante in combustibili gassosi e liquidi. Uno è coltivare colture ad alto contenuto di zucchero (ad esempio canna da zucchero ) o amido (ad esempio mais ), e quindi utilizzare il lievito per fermentare alcol etilico ( etanolo ). Il secondo è coltivare piante che contengono elevate quantità di olio vegetale , come olio di palma , soia e alghe . Quando questi oli vengono riscaldati, la loro viscosità si riduce e possono essere bruciati direttamente in un motore diesel o trattati chimicamente per produrre combustibili come il biodiesel . Per migliaia di anni, il legno e i suoi sottoprodotti sono stati convertiti in biocarburanti come carbone di legna, gas di legna, metanolo o combustibile di etanolo. ''I <u>biocarburanti di prima generazione</u>'' (chiamati anche "biocarburanti convenzionali") sono ricavati da colture alimentari coltivate su terreni arabili.  Il contenuto di zucchero, amido o olio della coltura viene convertito in biodiesel o etanolo , mediante transesterificazione o fermentazione del lievito. La produzione di questi carburanti però sottraggono terreni agricoli utili per l'alimentazione umana e questo può creare dei problemi. I ''<u>biocarburanti di seconda generazione</u>'' risolvono il problema del " cibo contro carburante ", (chiamati anche biocarburanti avanzati o biocarburanti sostenibili o biocarburanti drop-in) sono realizzati da materie prime che non competono direttamente con le colture alimentari o foraggere, come i prodotti di scarto e le colture energetiche.  Un'ampia gamma di materie prime di scarto, come quelle derivate da attività agricole e forestali come paglia di riso, lolla di riso, trucioli di legno e segatura, può essere utilizzata per produrre biocarburanti avanzati attraverso processi biochimici e termochimici. [[File:Biodiesel.JPG|sinistra|miniatura|Biodiesel]] Le biotecnologie aiutano la produzione di biocarburanti di seconda generazione creando microorganismi (batteri e lieviti) che riescono ad avere una elevata resa dalla fermentazione della cellulosa di scarto. '''Il biodiesel''' è un tipo di carburante preparato elaborando olio vegetale , grasso animale, particolari tipi di alghe e forse anche liquami . È considerato un tipo di energia rinnovabile , poiché proviene tutto da piante e animali viventi. Può essere utilizzato per alimentare un motore, solitamente per veicoli , compresi gli aerei . Sostituisce il diesel che deriva dal petrolio, un tipo di combustibile fossile. La maggior parte del biodiesel è ricavata da '''semi oleosi''' . I semi oleosi sono qualsiasi tipo di seme che contenga abbastanza olio da essere utile per produrre olio vegetale. Un giorno le '''alghe''' potrebbero essere utilizzate per produrre più biodiesel di quanto non se ne produca oggi con l'olio vegetale. Le alghe possono essere coltivate in luoghi in cui non si può coltivare cibo, quindi non sottrarrebbero cibo alle persone.  Ma al momento è ancora troppo costoso, ma gli scienziati stanno cercando modi per migliorare il processo [[File:Ethanol fuel pump Brazil.jpg|miniatura|269x269px|Pompa di etanolo in Brasile]] Il '''bioetanolo''' di seconda generazione viene ottenuto idrolizzando grandi quantità di cellulosa che tramite l'uso di funghi o batteri trasformano la cellulosa in glucosio e altri zuccheri, poi avviene la fermentazione mediante lieviti o altri microbi. Ricerche innovative mirano a modificare geneticamente sia i batteri che i lieviti come ''Saccharomyces cerevisiae'' modificato in modo da produrre il doppio di etanolo. Altro filone di ricerca è quello di combinare le caratteristiche di scindere la cellulosa in glucosio con quella di trasformare gli zuccheri in etanolo mediante un unico organismo. Il bioetanolo da cellulosa è molto più costoso di quello ottenuto dalla canna da zucchero e solo importanti progressi scientifici possono renderlo conveniente. Si noti che il costo non è dovuto alla materia prima (cellulosa) ma alla sua trasformazione in bioetanolo. I processi industriali attuali fanno costare il bioetanolo da cellulosa tre volte quello ottenuto da canna da zucchero. La '''biotecnologia ambientale''' comprende varie discipline che svolgono un ruolo essenziale nella riduzione dei rifiuti ambientali e nella fornitura di processi sicuri per l'ambiente , come la biofiltrazione e la biodegradazione. La ​​bonifica dei rifiuti ambientali è un esempio di applicazione della biotecnologia ambientale; mentre la perdita di biodiversità o la perdita di contenimento di un microbo dannoso sono esempi di implicazioni ambientali della biotecnologia. Molte città hanno installato CityTrees , che utilizzano la biotecnologia per filtrare gli inquinanti dall'atmosfera urbana.<gallery> File:BS CityTree 2.JPG|Filtro urbano CityTrees </gallery> == La genomica e le sue applicazioni == Lo studio degli acidi nucleici è iniziato con la scoperta del DNA, è progredito verso lo studio dei geni e dei piccoli frammenti, e ora è esploso nel campo della '''genomica'''. La genomica è lo studio di interi genomi, incluso il set completo di geni, la loro sequenza e organizzazione dei nucleotidi e le loro interazioni all'interno di una specie e con altre specie. La tecnologia di sequenziamento del DNA ha contribuito ai progressi della genomica. Proprio come la tecnologia informatica ha portato a Google Maps che consente alle persone di ottenere informazioni dettagliate sulle posizioni in tutto il mondo, i ricercatori utilizzano le informazioni genomiche per creare mappe del DNA simili di diversi organismi. Queste scoperte hanno aiutato gli antropologi a comprendere meglio la migrazione umana e hanno aiutato il campo medico attraverso la mappatura delle malattie genetiche umane. Le informazioni genomiche possono contribuire alla comprensione scientifica in vari modi e la conoscenza in questo campo sta crescendo rapidamente. L'introduzione di progetti di sequenziamento del DNA e di sequenziamento dell'intero genoma, in particolare il progetto Genoma Umano, ha ampliato l'applicabilità delle informazioni sulla sequenza del DNA. Molti campi, come la metagenomica, la farmacogenomica e la genomica mitocondriale, utilizzano la genomica. La <u>comprensione e la ricerca di cure per le malattie è l'applicazione più comune della genomica</u>. === Prevedere il rischio di malattia a livello individuale === La previsione del rischio di malattia comporta lo screening di individui attualmente sani tramite analisi del genoma a livello individuale. I professionisti sanitari possono raccomandare un intervento con cambiamenti nello stile di vita e farmaci prima dell'insorgenza della malattia. Tuttavia, questo approccio è più applicabile quando il problema risiede in un singolo difetto genetico. Tali difetti rappresentano solo circa il 5 percento delle malattie nei paesi sviluppati. La maggior parte delle malattie comuni, come le malattie cardiache, sono multifattoriali o '''poligeniche''' , ovvero una caratteristica fenotipica che coinvolge due o più geni e coinvolge anche fattori ambientali come la dieta. Nell'aprile 2010, gli scienziati della Stanford University hanno pubblicato l'analisi del genoma di un individuo sano (Stephen Quake, uno scienziato della Stanford University, il cui genoma è stato sequenziato). L'analisi ha previsto la sua propensione ad acquisire varie malattie. Il team medico ha eseguito una valutazione del rischio per analizzare la percentuale di rischio di Quake per 55 diverse condizioni mediche. Il team ha trovato una rara mutazione genetica, che ha mostrato che era a rischio di infarto improvviso. I risultati hanno anche previsto che Quake aveva un rischio del 23 percento di sviluppare un cancro alla prostata e un rischio dell'1,4 percento di sviluppare l'Alzheimer. Gli scienziati hanno utilizzato database e diverse pubblicazioni per analizzare i dati genomici. Anche se il sequenziamento genomico sta diventando più conveniente e gli strumenti analitici stanno diventando più affidabili, i ricercatori devono ancora affrontare le questioni etiche che circondano l'analisi genomica a livello di popolazione. === Farmacogenomica e Tossicogenomica === '''La farmacogenomica''' , o tossicogenomica, comporta la valutazione dell'efficacia e della sicurezza dei farmaci sulla base delle informazioni provenienti dalla sequenza genomica di un individuo. Possiamo studiare le risposte genomiche ai farmaci utilizzando animali da esperimento (come ratti o topi da laboratorio) o cellule vive in laboratorio prima di intraprendere studi sugli esseri umani. Studiare i cambiamenti nell'espressione genica potrebbe fornire informazioni sul profilo di trascrizione in presenza del farmaco, che possiamo utilizzare come indicatore precoce del potenziale di effetti tossici. Ad esempio, i geni coinvolti nella crescita cellulare e nella morte cellulare controllata, se disturbati, potrebbero portare alla crescita di cellule cancerose. Gli studi sull'intero genoma possono anche aiutare a trovare nuovi geni coinvolti nella tossicità dei farmaci. I professionisti medici possono utilizzare le informazioni personali sulla sequenza del genoma per prescrivere farmaci che saranno più efficaci e meno tossici sulla base del genotipo del singolo paziente. Le firme genetiche potrebbero non essere completamente accurate, ma i professionisti medici possono testarle ulteriormente prima che si manifestino sintomi patologici. === Genomica microbica: Metagenomica === Tradizionalmente, gli studiosi hanno insegnato microbiologia con la convinzione che sia meglio studiare i microrganismi in condizioni '''di coltura pura''' . Ciò comporta l'isolamento di un singolo tipo di cellula e la sua coltura in laboratorio. Poiché i microrganismi possono attraversare diverse generazioni nel giro di poche ore, i loro profili di espressione genica si adattano molto rapidamente al nuovo ambiente di laboratorio. Inoltre, la stragrande maggioranza delle specie batteriche resiste alla coltura in isolamento. La maggior parte dei microrganismi non vive come entità isolate, ma in comunità microbiche o biofilm. Per tutti questi motivi, la coltura pura non è sempre il modo migliore per studiare i microrganismi. '''La metagenomica''' è lo studio dei genomi collettivi di più specie che crescono e interagiscono in una nicchia ambientale. La metagenomica può essere utilizzata per identificare nuove specie più rapidamente e per analizzare l'effetto degli inquinanti sull'ambiente. === Genomica microbica: creazione di nuovi biocarburanti === La conoscenza della genomica dei microrganismi viene utilizzata per trovare modi migliori per sfruttare i '''biocarburanti''' da alghe e cianobatteri. Le principali fonti di carburante oggi sono carbone, petrolio, legno e altri prodotti vegetali, come l'etanolo. Sebbene le piante siano risorse rinnovabili, c'è ancora bisogno di trovare più fonti alternative di energia rinnovabile per soddisfare la domanda energetica della nostra popolazione. Il mondo microbico è una delle più grandi risorse di geni che codificano nuovi enzimi e producono nuovi composti organici, e rimane in gran parte inutilizzato. I microrganismi vengono utilizzati per creare prodotti, come '''enzimi''' utilizzati nella ricerca, antibiotici e altri meccanismi antimicrobici. La genomica microbica sta aiutando a sviluppare '''strumenti diagnostici''', '''vaccini migliorati''', nuovi '''trattamenti per le malattie''' e tecniche avanzate di '''bonifica ambientale'''. === Genomica mitocondriale === I mitocondri sono organelli intracellulari che contengono il proprio DNA. Il DNA mitocondriale muta a un ritmo rapido e gli scienziati spesso lo usano per studiare le relazioni evolutive. Un'altra caratteristica che rende interessante lo studio del genoma mitocondriale è che il DNA mitocondriale nella maggior parte degli organismi multicellulari passa dalla madre durante il processo di fecondazione. Per questo motivo, gli scienziati spesso usano la genomica mitocondriale per '''tracciare la genealogia'''. === Genomica in ambito forense === Gli esperti hanno utilizzato informazioni e indizi tratti da campioni di DNA sulle scene del crimine come prove nei casi giudiziari e hanno utilizzato marcatori genetici nell''''analisi forense'''. Anche l'analisi genomica è diventata utile in questo campo. La prima pubblicazione che mostrava il primo utilizzo della genomica in ambito forense è uscita nel 2001. Si è trattato di un tentativo collaborativo tra istituti di ricerca accademica e l'FBI per risolvere i misteriosi casi di antrace comunicati tramite il servizio postale statunitense. Utilizzando la genomica microbica, i ricercatori hanno determinato che il colpevole ha utilizzato uno specifico ceppo di antrace in tutte le spedizioni. === Genomica in agricoltura === La genomica può ridurre in una certa misura le prove e gli insuccessi coinvolti nella ricerca scientifica, il che potrebbe '''migliorare la qualità e la quantità della resa delle colture agricole'''. Collegare i tratti ai geni o alle firme genetiche aiuta a migliorare la selezione delle colture per generare ibridi con le qualità più desiderabili. Gli scienziati utilizzano i dati genomici per <u>identificare i tratti desiderabili e quindi trasferirli a un organismo diverso</u>. I ricercatori stanno scoprendo come la genomica può migliorare la qualità e la quantità della produzione agricola. Ad esempio, gli scienziati potrebbero utilizzare i tratti desiderabili per creare un prodotto utile o migliorare un prodotto esistente, come rendere una coltura sensibile alla siccità più <u>tollerante alla stagione secca</u>. === La genomica e la proteomica === Le proteine ​​sono i prodotti finali dei geni, che aiutano a svolgere la funzione codificata dal gene. Gli amminoacidi comprendono le proteine ​​e svolgono ruoli importanti nella cellula. Tutti gli enzimi (tranne i ribozimi) sono proteine ​​che agiscono come catalizzatori per influenzare la velocità delle reazioni. Le proteine ​​sono anche molecole regolatrici e alcune sono ormoni. Le proteine ​​di trasporto, come l'emoglobina, aiutano a trasportare l'ossigeno a vari organi. Anche gli anticorpi che difendono dalle particelle estranee sono proteine. Nello stato di malattia, la funzione delle proteine ​​può essere compromessa a causa di cambiamenti a livello genetico o a causa dell'impatto diretto su una proteina specifica. Un '''proteoma''' è l'intero set di proteine ​​prodotto da un tipo di cellula. Possiamo studiare i proteomi usando la conoscenza dei genomi perché i geni codificano per gli mRNA e gli mRNA codificano le proteine. Sebbene l'analisi degli mRNA sia un passo nella giusta direzione, non tutti gli mRNA vengono tradotti in proteine. '''La proteomica''' è lo studio della funzione dei proteomi. La proteomica integra la genomica ed è utile quando gli scienziati vogliono testare le loro ipotesi basate sui geni. Sebbene tutte le cellule degli organismi multicellulari abbiano lo stesso set di geni, il set di proteine ​​prodotte in tessuti diversi è diverso e dipende dall'espressione genica. Pertanto, il <u>genoma è costante, ma il proteoma varia ed è dinamico all'interno di un organismo</u>. Inoltre, gli RNA possono essere alternativamente giuntati (tagliati e incollati per creare nuove combinazioni e nuove proteine) e molte proteine ​​si modificano dopo la traduzione tramite processi come scissione proteolitica, fosforilazione, glicosilazione e ubiquitinazione. Esistono anche interazioni proteina-proteina, che complicano lo studio dei proteomi. Sebbene il genoma fornisca un modello, l'architettura finale dipende da diversi fattori che possono modificare la progressione degli eventi che generano il proteoma. La metabolomica è correlata alla genomica e alla proteomica. La '''metabolomica''' implica lo studio dei metaboliti di piccole molecole in un organismo. Il '''metaboloma''' è l'insieme completo di metaboliti che sono correlati al corredo genetico di un organismo. La metabolomica offre un'opportunità di confrontare il corredo genetico e le caratteristiche fisiche, così come il corredo genetico e i fattori ambientali. L'obiettivo della ricerca sul metaboloma è identificare, quantificare e catalogare tutti i metaboliti nei tessuti e nei fluidi degli organismi viventi. ==== Tecniche di base nell'analisi delle proteine ==== L'obiettivo finale della proteomica è identificare o confrontare le proteine ​​espresse da un dato genoma in condizioni specifiche, studiare le interazioni tra le proteine ​​e utilizzare le informazioni per prevedere il comportamento cellulare o sviluppare bersagli farmacologici. Proprio come gli scienziati analizzano il genoma utilizzando la tecnica di base del sequenziamento del DNA, la proteomica richiede tecniche per l'analisi delle proteine. La tecnica di base per l'analisi delle proteine, analoga al sequenziamento del DNA, è la spettrometria di massa. La spettrometria di massa identifica e determina le caratteristiche di una molecola. I progressi nella spettrometria hanno consentito ai ricercatori di analizzare campioni di proteine ​​molto piccoli. La cristallografia a raggi X, ad esempio, consente agli scienziati di determinare la struttura tridimensionale di un cristallo proteico a risoluzione atomica. Un'altra tecnica di imaging proteico, la risonanza magnetica nucleare (NMR), utilizza le proprietà magnetiche degli atomi per determinare la struttura tridimensionale della proteina in soluzione acquosa. Gli scienziati hanno anche utilizzato i microarray proteici per studiare le interazioni proteiche. Adattamenti su larga scala dello schermo di base a due ibridi ( Figura 17.17 ) hanno fornito la base per i microarray proteici. Gli scienziati utilizzano software per computer per analizzare l'enorme quantità di dati per l'analisi proteomica. Le analisi su scala genomica e proteomica fanno parte della '''biologia dei sistemi''' , che è lo studio di interi sistemi biologici (genomi e proteomi) in base alle interazioni all'interno del sistema. L'Istituto europeo di bioinformatica e l'Organizzazione del proteoma umano (HUPO) stanno sviluppando e stabilendo strumenti efficaci per esaminare l'enorme pila di dati della biologia dei sistemi. Poiché le proteine ​​sono prodotti diretti dei geni e riflettono l'attività a livello genomico, è naturale usare i proteomi per confrontare i profili proteici di diverse cellule per identificare proteine ​​e geni coinvolti nei processi patologici. La maggior parte delle sperimentazioni sui farmaci farmaceutici ha come target le proteine. I ricercatori usano le informazioni che ottengono dalla proteomica per identificare nuovi farmaci e comprenderne i meccanismi d'azione. ==== Proteomica del cancro ==== I ricercatori stanno studiando i genomi e i proteomi dei pazienti per comprendere la base genetica delle malattie. La malattia più importante che i ricercatori stanno studiando con approcci proteomici è il cancro. Questi approcci migliorano lo screening e la diagnosi precoce del cancro. I ricercatori sono in grado di identificare proteine ​​la cui espressione indica il processo della malattia. Una singola proteina è un '''biomarcatore'''; mentre un insieme di proteine ​​con livelli di espressione alterati è una '''firma proteica''' . Affinché un biomarcatore o una firma proteica siano utili come candidati per lo screening e la diagnosi precoce del cancro, devono essere secreti nei fluidi corporei, come sudore, sangue o urina, in modo che gli operatori sanitari possano eseguire screening su larga scala in modo non invasivo. L'attuale problema con l'uso di biomarcatori per la diagnosi precoce del cancro è l'alto tasso di risultati falsi negativi. Un '''falso negativo''' è un risultato del test errato che avrebbe dovuto essere positivo. In altre parole, molti casi di cancro non vengono rilevati, il che rende i biomarcatori inaffidabili. Alcuni esempi di biomarcatori proteici nella diagnosi del cancro sono CA-125 per il cancro ovarico e PSA per il cancro alla prostata. Le firme proteiche potrebbero essere più affidabili dei biomarcatori per rilevare le cellule tumorali. I ricercatori stanno anche utilizzando la proteomica per sviluppare piani di trattamento personalizzati, che implicano la previsione se un individuo risponderà o meno a farmaci specifici e gli effetti collaterali che l'individuo potrebbe sperimentare. I ricercatori utilizzano anche la proteomica per prevedere la possibilità di recidiva della malattia. Il National Cancer Institute ha sviluppato programmi per migliorare la diagnosi e il trattamento del cancro. Le Clinical Proteomic Technologies for Cancer e l'Early Detection Research Network sono sforzi per identificare le firme proteiche specifiche per diversi tipi di cancro. Il Biomedical Proteomics Program identifica le firme proteiche e progetta terapie efficaci per i pazienti oncologici. == Fonti == https://en.wikipedia.org/wiki/Outline_of_biotechnology https://en.wikipedia.org/wiki/Biotechnology https://it.wikipedia.org/wiki/Biotecnologia https://de.wikipedia.org/wiki/Biotechnologie https://es.wikipedia.org/wiki/Biotecnolog%C3%ADa chq6azw3wp5o27ipitvv0euiekukp19 491865 491864 2026-04-15T07:27:42Z AGeremia 10319 /* La produzione di vaccini */ 491865 wikitext text/x-wiki {{Biologia per il liceo}} {{avanzamento|100%}} '''La biotecnologia''' è l'uso di agenti biologici per il progresso tecnologico. La biotecnologia è stata utilizzata per l'allevamento di bestiame e colture molto prima che le persone comprendessero le basi scientifiche di queste tecniche. Dalla scoperta della struttura del DNA nel 1953, il campo della biotecnologia è cresciuto rapidamente sia attraverso la ricerca accademica che attraverso aziende private. Le applicazioni principali di questa tecnologia sono in medicina (produzione di vaccini e antibiotici) e in agricoltura (modifica genetica delle colture per aumentare le rese). La biotecnologia ha anche molte applicazioni industriali, come la fermentazione, il trattamento delle fuoriuscite di petrolio e la produzione di biocarburanti. == Le prime applicazioni delle biotecnologie == [[File:The_Brewer_designed_and_engraved_in_the_Sixteenth._Century_by_J_Amman.png|miniatura|367x367px|Il Birraio, disegnato e inciso nel XVI secolo da Jost Amman.]] Le più antiche applicazioni della biotecnologia, conosciute da oltre 5.000 anni, sono la produzione di '''pane''' , '''vino''' o '''birra''' ( fermentazione alcolica ) utilizzando il '''lievito''', che appartiene ai funghi . L'uso di batteri lattici ha permesso anche di produrre pasta madre (pane lievitato) e prodotti a base di latte acido come '''formaggio''' , '''yogurt''' , latte acido o '''kefir''' . Uno dei primi usi della bioingegneria, oltre alla nutrizione, fu la concia e il decapaggio delle pelli utilizzando feci e altri materiali contenenti enzimi per produrre pelle. Gran parte della biotecnologia si basava su questi processi produttivi fino al Medioevo, intorno al 1650, quando apparve il primo processo biotecnico per la produzione dell''''aceto'''. La biotecnologia moderna si basa essenzialmente sulla microbiologia , emersa nella seconda metà del XIX secolo. Soprattutto, lo sviluppo di metodi di coltivazione , coltura pura e sterilizzazione da parte di Louis Pasteur gettò le basi per lo studio e l'applicazione ( microbiologia applicata ) dei '''microrganismi''' . Nel 1867 Pasteur riuscì a isolare i batteri dell'acido acetico e il lievito di birra utilizzando questi metodi . Intorno al 1890 lui e Robert Koch svilupparono le prime '''vaccinazioni''' basate su agenti patogeni isolati , gettando così le basi per la biotecnologia medica . Il giapponese Jōkichi Takamine fu il primo a isolare un unico enzima per uso tecnico, '''l'alfa-amilasi''' (che brevettò nel 1894). Alcuni anni dopo, il chimico tedesco Otto Röhm utilizzò le '''proteasi animali''' (enzimi di degradazione delle proteine) provenienti dagli scarti della macellazione come detergenti e additivi per la produzione della pelle. La produzione su larga scala di '''butanolo''' e '''acetone''' attraverso la fermentazione del batterio ''Clostridium acetobutylicum'' fu descritta e sviluppata nel 1916 dal chimico e poi presidente israeliano Charles Weizmann .  È stato il primo sviluppo della biotecnologia bianca . Il processo fu utilizzato fino alla metà del XX secolo, ma fu poi sostituito dalla più economica sintesi petrolchimica dalla frazione propene del petrolio . A partire dal 1920, '''l'acido citrico''' fu prodotto dalla fermentazione superficiale del fungo ''Aspergillus niger'' . Nel 1957, l' amminoacido '''acido glutammico''' fu prodotto per la prima volta utilizzando il batterio del suolo ''Corynebacterium glutamicum.'' Nel 1928/29 Alexander Fleming scoprì la prima '''penicillina antibiotica''' per uso medico nel fungo ''Penicillium chrysogenum'' . Questo fu seguito nel 1943 dall'antibiotico '''streptomicina''' di Selman Waksman , Albert Schatz ed Elizabeth Bugie . Nel 1949 la produzione di '''steroidi''' fu implementata su scala industriale. All'inizio degli anni '60, le '''proteasi''' di derivazione biotecnologica furono aggiunte per la prima volta ai '''detersivi''' per rimuovere le macchie proteiche . Nella produzione del formaggio , dal 1965, il '''caglio''' di vitello può essere sostituito dalla rennina prodotta da microrganismi . Dal 1970 in poi è stato possibile produrre biotecnicamente '''amilasi''' e altri enzimi che scindono l'amido, con i quali ad es. B. L'amido di mais viene convertito nel cosiddetto “'''sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio'''” e utilizzato come sostituto dello zucchero di canna ( saccarosio ), ad es. B. potrebbe essere utilizzato nella produzione di bevande.<gallery> File:Bread 2.jpg|Pane File:Red Wine Glass.jpg|Vino File:NCI Visuals Food Beer.jpg|Birra File:Hartkaese HardCheeses.jpg|Formaggio File:Turkish strained yogurt.jpg|Yogurt File:Essig-1.jpg|Aceto File:Zitronensäure - Citric acid.svg|Acido citrico File:Penicillin core.svg|Penicillina File:Salivary alpha-amylase 1SMD.png|Amilasi </gallery> == Le biotecnologie rosse == In medicina, le moderne biotecnologie hanno molte applicazioni in vari settori quali: * la scoperta e la produzione di farmaci * la produzione di vaccini efficaci e a basso rischio * la terapia genica * la terapia con cellule staminali * l'editing genetico con CRISPR/Cas9 a scopi terapeutici * la farmacogenomica * i test genetici (o screening genetici ). Nel 2021, quasi il 40% del valore aziendale totale delle aziende biotecnologiche farmaceutiche in tutto il mondo era attivo in oncologia , con neurologia e malattie rare come altre due grandi applicazioni. === La scoperta e produzione di farmaci === La biotecnologia ha contribuito alla scoperta e alla produzione di farmaci tradizionali a piccole molecole , nonché di farmaci che sono il prodotto della biotecnologia, la biofarmaceutica . La moderna biotecnologia può essere utilizzata per produrre medicinali esistenti in modo relativamente semplice ed economico. I primi prodotti geneticamente modificati sono stati medicinali progettati per curare malattie umane. Per citare un esempio, nel 1978 Genentech ha sviluppato '''l'insulina sintetica''' umana unendo il suo gene con un vettore plasmidico inserito nel batterio ''Escherichia coli''. L'insulina, ampiamente utilizzata per il trattamento del diabete, era precedentemente estratta dal pancreas di animali da macello (bovini o maiali). La biotecnologia utilizzata è quella del '''DNA ricombinante''', ovverosia si usano principalmente '''batteri geneticamente modificati''' in grado di produrre grandi quantità di proteine sintetiche a costi relativamente bassi. Molti farmaci vengono prodotti con la tecnologia del DNA ricombinante, ad esempio: # '''ormoni di natura proteica''' come '''l'ormone della crescita''' (GH), '''l'eritropoietina''' (Epo) e '''l'insulina'''. # '''fattori di coagulazione''' del sangue (fattore VIII e fattore IX) # '''anticorpi monoclonali'''. Sono simili agli anticorpi che il sistema immunitario umano usa per combattere batteri e virus, ma sono "progettati su misura" (usando la tecnologia degli ibridomi o altri metodi) e possono quindi essere realizzati specificamente per contrastare o bloccare qualsiasi sostanza nel corpo, o per colpire qualsiasi tipo di cellula specifica; # '''proteine di fusione''': le proteine di fusione o proteine chimeriche sono proteine formate a partire dalla traduzione di due o più geni originariamente indipendenti e successivamente fusi insieme, a causa di un processo naturale o di opportune modificazioni in laboratorio. Ciascuno di questi geni avrebbe dato origine a una proteina indipendente, se non fosse stato associato all'altro o agli altri geni. Un esempio di proteina di fusione ottenuta in laboratorio è l'''abatacept'': si tratta di un farmaco utilizzato nella terapia dell'artrite reumatoide ed è costituito da un'immunoglobulina fusa insieme all'antigene citotossico della popolazione CTLA-4 dei linfociti T. === La produzione di vaccini === Il '''vaccino''' è un preparato biologico prodotto allo scopo di conferire l'immunità acquisita attiva contro un particolare tipo di infezione ai soggetti a cui è somministrato. I vaccini possono essere prodotti in vario modo, i primi tre qui elencati sono prodotti con metodi tradizionali, quelli più recenti sfruttano più avanzate biotecnologie. # '''''Vaccini con organismi vivi attenuati''''', come i vaccini contro la <u>poliomielite di Sabin (OPV), febbre gialla, morbillo, parotite, rosolia, varicella, rotavirus e vaiolo</u>. I vaccini di questo tipo sono composti da '''organismi intatti, resi non patogenici''' trattandoli per ''attenuarne'' la capacità di causare la malattia oppure uccidendoli senza perderne l'immunogenicità. In generale, il maggior difetto dei vaccini attenuati è che possono regredire nella forma virulenta, cosa che non accade nei vaccini inattivati. Nonostante i ceppi selezionati abbiano una bassa patogenicità, la grande capacità di mutare dei virus può portare in rari casi ad un loro riacquisto di azione patogena. L'unico caso effettivamente documentato a riguardo è quello del vaccino attenuato antipolio (vaccino orale di Sabin) # '''''Vaccini con organismi inattivati o uccisi''''', come i vaccini contro la <u>poliomielite di Salk (IPV), rabbia, influenza, pertosse, colera, epatite A, febbre tifoide e peste</u>. I vaccini inattivati si ottengono '''trattando i patogeni in modo da rendere impossibile loro di replicarsi'''. Per ottenere l'obiettivo prefissato in linea teorica basta trattare il composto con del '''calore''', il quale però causa la denaturazione delle proteine (e conseguentemente la loro inattivazione a fini immunogenici); in genere si preferisce quindi un'inattivazione '''chimica''' con formaldeide o altre sostanze. A differenza dei vaccini attenuati, richiedono ripetuti richiami per mantenere lo stato di immunità nell'organismo e sono molto più sicuri dal momento che non mantengono la capacità di replicarsi e di regredire alla forma nativa. # '''''Vaccini con antigeni purificati''''' (o ''vaccini a subunità''), come i vaccini (costituiti da anatossine) contro il <u>tetano o la difterite</u>. I vaccini a subunità sono '''composti da antigeni purificati''', cioè antigeni o pezzi di essi ricavati da un microrganismo o dalle sue tossine. Molti organismi, come ad esempio il tetano e la difterite, esprimono la loro virulenza tramite delle esotossine. # '''''Vaccini con antigeni ricombinanti''' '''e peptidi sintetici''' '''(ottenuti con le biotecnologie)''''', come il vaccino contro <u>l'epatite B</u>. I peptidi sintetici e gli antigeni ricombinanti sono di interesse recente e prevedono la produzione degli antigeni voluti per formare il vaccino usando varie tecnologie, tra cui il DNA ricombinante. # '''''Vaccini a DNA o RNA (ottenuti con le biotecnologie)''''', come diversi vaccini contro il <u>SARS-CoV2</u>. Queste due tecniche si basano sulla '''possibilità di far produrre alle cellule dell'organismo da immunizzare gli antigeni che devono scatenare la risposta immunitaria'''. Questo può avvenire in due modi: infettando le cellule con un virus non citopatico (cioè che non le uccide) oppure inoculando un plasmide contenente un cDNA: in entrambi i casi si introduce un acido nucleico codificante per l'antigene. Questi approcci hanno il vantaggio di essere gli unici capaci di generare una risposta dei linfociti citotossici. Un vaccino a RNA agisce mediante l'ingresso di frammenti di mRNA nelle cellule del soggetto vaccinato, inducendole a produrre antigeni dei microrganismi patogeni (ad esempio spike virali) o antigeni tumorali al fine di indurre una risposta immunitaria adattativa contro tali bersagli # '''''Vaccini coniugati (ottenuti con le biotecnologie)''','' che consentono una maggiore risposta immunitaria e vengono spesso utilizzati nei vaccini contenenti antigeni polisaccaridici (più difficili da riconoscere per i linfociti) quali quelli contro meningococchi, pneumococchi ed Haemophilus influenzae di tipo B. Si tratta di raggruppamenti di vaccini diversi, ottenuti da microrganismi attenuati # '''Vaccini ottenuti da piante OGM ''(ottenuti con le biotecnologie)'''''. L'idea di produrre vaccini tramite piante transgeniche è stata identificata già nel 2003. Piante come il tabacco, la patata, il pomodoro e la banana possono avere geni inseriti che le inducono a produrre vaccini utilizzabili per gli esseri umani. Ad es. nel 2005, sono state sviluppate banane che producono un vaccino umano contro l' <u>epatite B</u>. Il vaccino può essere estratto e purificato dalla pianta, oppure somministrato direttamente col consumo della pianta stessa. Rappresenta un modo economico per produrre, conservare e somministrare un vaccino. Ad oggi, nelle piante si sono ottenuti con notevole successo un farmaco per il morbo di Gaucher, un anticorpo monoclonale contro Ebola, vaccini contro l’influenza aviaria e quella stagionale, epatite B e papilloma. <gallery> File:Polio vaccine poster.jpg|Questo manifesto del 1963 mostra il simbolo nazionale CDC di salute pubblica, la "Wellbee", incoraggiando il pubblico a ricevere un vaccino orale antipolio File:Poliodrops.jpg|Somministrazione del vaccino antipolio Sabin File:PittPolioVaccineCoL.jpg|Somministrazione della vaccinazione antipolio di tipo ''Salk'', nel 1957 File:Preparation of measles vaccines.jpg|Preparazione di virus attenuati coltivati in uova di gallina. Alcuni tipi di vaccini antinfluenzali sono esempi di vaccini preparati con tale metodo. File:Diphtheria toxin 1DDT.png|Esotossina della difterite File:Diphtheria antitoxin 1925 (cropped).jpg|Vaccino per la difterite del 1925 File:Opisthotonus in a patient suffering from tetanus - Painting by Sir Charles Bell - 1809.jpg|Il tetano si presenta come una paralisi spastica in tutto il corpo File:Hepatitis B virus v2 (3).svg|Virus dell'epatite B File:MRNA vaccines against the coronavirus.webm|Come funziona un vaccino a RNA File:52200595641faf19a1b91o. COVID-19 mRNA Vaccines.jpg|infografica sul vaccino a MRNA File:How mRNA COVID-19 Vaccines Work (English).pdf|Come funziona il vaccino a mRNA File:Moderna COVID-19 vaccine (2021) G.jpg|Vaccino Moderna a RNA </gallery> === La terapia genica === [[File:Viral mediated delivery of genes to neurons 1.jpg|miniatura|746x746px|Schema di una terapia genica mediata da virus]] Con '''terapia genica''' si intende la modifica del materiale genetico (DNA) all'interno delle cellule al fine di poter curare delle patologie (es. malattie genetiche). La terapia genica si propone di curare una patologia causata dall'assenza o dal difetto di uno o più geni (mutati) con la sostituzione con una variante "sana". Dunque, è necessario in primo luogo <u>identificare il singolo gene o i diversi geni responsabili della malattia genetica</u>. Sebbene le terapie siano generalmente sperimentali, si può tentare in secondo luogo - almeno per alcune malattie - la <u>sostituzione dei geni malati</u> sfruttando, ad esempio, come vettore un virus reso inattivo, svuotato preventivamente del suo corredo genetico. Con un meccanismo piuttosto complesso, che richiede l'uso di 'forbici' molecolari enzimatiche, enzimi di restrizione (con cui si preleva il gene "sano") si può poi 'correggere' il DNA, rimpiazzando le sequenze difettose, in modo tale che la cellula sintetizzi correttamente le proteine necessarie al corretto funzionamento metabolico. Esistono due tipologie di terapia genica: quella delle '''cellule germinali''' e quella delle '''cellule somatiche'''. La <u>prima si propone di trasfettare le cellule della linea germinale come spermatozoi ed ovociti</u> o le cellule staminali totipotenti dei primissimi stadi dello sviluppo dell'embrione (alla fase di 4-8 cellule), ma attualmente essa non viene messa in pratica sia per ragioni tecniche e, soprattutto, per i grandissimi dilemmi etici che solleva. La <u>seconda tipologia, invece, si propone di modificare solamente le cellule somatiche</u>, senza intaccare, quindi, la linea germinale; oggigiorno è la via più studiata e tentata. La terapia genica delle cellule somatiche, a sua volta, viene suddivisa in due gruppi: la terapia genica ''ex vivo'' e quella ''in vivo''. Di recente interesse è la possibilità dell'editing genico terapeutico con CRISPR/Cas9. ==== La terapia genica ''ex vivo'' ==== È la tipologia che venne messa in pratica per prima e consiste nel <u>prelievo delle cellule somatiche della persona interessata</u>. Esse, successivamente, vengono messe in coltura in laboratorio. Durante questo tempo <u>viene inserito il gene d'interesse</u>, inserito tramite un apposito vettore (spesso vengono usati vettori virali), e successivamente vengono <u>reinfuse</u> o reimpiantate nel corpo del soggetto. Tale procedura è sicuramente la più lunga e la più costosa delle due ma permette di selezionare ed amplificare le cellule d'interesse ed inoltre gode d'una maggior efficienza. È attualmente la modalità più utilizzata ma è riservata solamente a quei casi in cui sia possibile prelevare, mettere le cellule in cultura e reinserirle nell'organismo. Ad esempio alcuni tipi di '''leucemia''' vengono curati in questo modo. Altro esempio è la immunodeficienza combinata severa ('''SCID'''). ==== La terapia genica ''in vivo'' ==== Viene attuata in tutti quei casi in cui le cellule non possono essere messe in coltura, o prelevate e reimpiantate, come quelle del cervello o del cuore e della maggior parte degli organi interni; inoltre, rappresenta un modello terapeutico con elevata ottemperanza e molto economico ma, attualmente, di più difficile applicazione. In questo caso il gene, o l'oligonucleotide d'interesse viene inserito nell'organismo, tramite un opportuno vettore, direttamente per via locale o sistemica. Ad esempio con questo metodo si è cercato di curare '''l’atrofia muscolare''' '''spinale'''. ==== L'editing genetico ==== L'introduzione dell'editing genetico '''CRISPR/Cas9''' ha aperto nuove porte alla sua applicazione e utilizzo nella terapia genica, poiché invece della semplice sostituzione di un gene, '''consente la correzione del particolare difetto genetico'''.  Soluzioni agli ostacoli medici, come '''l'eradicazione dei serbatoi latenti del virus dell'immunodeficienza umana ( HIV''' ) e la '''correzione della mutazione''' che causa '''l'anemia falciforme''', potrebbero essere disponibili come opzione terapeutica in futuro. In vivo, i sistemi di editing genetico che utilizzano CRISPR sono stati utilizzati in studi sui topi per '''trattare il cancro''' e sono stati efficaci nel ridurre i tumori. ==== Applicazioni ==== Nel 1990 William French Anderson realizzò con successo la prima terapia genica applicata a un essere umano, una bambina affetta da ADA-SCID. Da allora sono molteplici le applicazioni, anche se molto costose (dati riferiti al 2025), ad esempio: * '''Malattie ereditarie''' come: ** Terapia della SCID (costo ~ 600.000 €) ** Deficit di Ornitina-Transcarbamilasi ** Atrofia muscolare spinale (~ 2.000.000 €) ** β -talassemia (~ 1.600.000 €) ** Carenza di lipoproteina lipasi ** Adrenoleucodistrofia cerebrale ** Carenza di L-aminoacido decarbossilasi aromatica (AADC) ** Emofilia ** Amaurosi congenita di Leber (~ 720.000 €) ** Neuropatia ottica ereditaria di Leber (LHON) * '''Terapie del cancro''' ** Leucemia linfocitica acuta ** Linfoma diffuso a grandi cellule B ** Melanoma maligno (~ 50.000 €) ** Linfoma a cellule mantellari ** Mieloma multiplo * '''Terapia dell'infezione da HIV-1''' (in fase di sperimentazione) <gallery> File:ExVivoGeneTherapy.jpg|Schema della terapia genica ex vivo File:In vivo gene therapy.jpg|Schema della terapia genica In vivo File:Hemoglobin H disease.jpg|Globuli rossi anomali per la beta talassemia File:Albero-discendenza-vittoria.jpg|Albero genealogico della discendenza della Regina Vittoria, con indicati i casi accertati di omozigosi ed eterozigosi per l'emofilia File:A woman suffering from Hemophilia.png|Una donna affetta da emofilia, con incapacità di formare coaguli di sangue File:NodularMelanomaEvolution.jpg|Sviluppo di un melanoma maligno File:HI-Virion-it.svg|Il virus dell'HIV </gallery> === La terapia con cellule staminali === Le cellule staminali possono essere distinte in base al loro potenziale di differenziazione: * cellule staminali '''totipotenti''': capaci di dare origine a qualsiasi tipo di cellula, e quindi a un intero organismo; * cellule staminali '''pluripotenti''': capaci di produrre tutti i tipi cellulari tranne le appendici embrionali  ; * cellule staminali '''multipotenti''': capaci di dare origine a diversi tipi di cellule ma non appartenenti a tutti gli strati (ad esempio, le cellule della cresta neurale danno origine a cellule ectodermiche e mesodermiche ma non endodermiche  ) * cellule staminali '''unipotenti''': che possono produrre un solo tipo di cellula (possono però, come ogni cellula staminale, autorinnovarsi, da qui l'importanza di distinguerle dai precursori). Ad esempio, possiamo citare le cellule satelliti dei muscoli striati scheletrici. [[File:Stem_cells_diagram.png|centro|miniatura|620x620px|Cellule totipotenti, pluripotenti e unipotenti]] La terapia con cellule staminali è l'uso di cellule staminali per trattare o prevenire una malattia o una condizione. Il <u>trapianto di midollo osseo è una forma di terapia con cellule staminali che è stata utilizzata per molti anni</u> perché ha dimostrato di essere efficace negli studi clinici.  L'impianto di cellule staminali può aiutare a rafforzare il ventricolo sinistro del cuore, nonché a trattenere il tessuto cardiaco nei pazienti che hanno sofferto di infarti in passato. Per oltre 90 anni, il trapianto di cellule staminali emopoietiche (HSCT) è stato utilizzato per curare persone con condizioni come la leucemia e il linfoma; questa è l'unica forma di terapia con cellule staminali ampiamente praticata.  <u>A partire dal 2016 , l'unica terapia consolidata che utilizza le cellule staminali è il trapianto di cellule staminali emopoietiche.  Questo di solito assume la forma di un trapianto di midollo osseo, ma le cellule possono anche essere derivate dal sangue del cordone ombelicale</u>. Sono in corso ricerche per sviluppare varie fonti di cellule staminali e per applicare trattamenti con cellule staminali per malattie neurodegenerative  e condizioni come il diabete e le malattie cardiache. Una '''cellula staminale pluripotente indotta''' (conosciuta anche come '''iPS''' o '''iPSC''' dall'inglese ''Induced Pluripotent Stem Cell'') è un tipo di cellula staminale generata artificialmente a partire da una terminalmente differenziata (in genere una cellula somatica adulta), mediante l'introduzione di quattro geni specifici codificanti determinati fattori di trascrizione che ne inducono la conversione in cellula staminale di una specifica linea cellulare, che a sua volta potrà svilupparsi in cellula differenziata. Sulla base di tali proprietà, le iPSC offrono grandi speranze nel campo della medicina rigenerativa: la <u>possibilità di indurne la differenziazione nella maggior parte dei tipi cellulari di un organismo (come ad esempio cellule neuronali, pancreatiche, cardiache ed epatiche</u>), può essere sfruttata nella rigenerazione di tessuti o organi danneggiati. Le cellule staminali pluripotenti meglio caratterizzate sono <u>quelle embrionali ma il loro utilizzo comporta problemi etici</u> associati alla manipolazione e/o alla distruzione dell'embrione nella fase di preimpianto. Tali problemi possono essere evitati utilizzando cellule staminali derivate da quelle adulte indotte alla pluripotenza. Ciò permette la loro applicazione in <u>trapianti autologhi</u>, che riducono il rischio di rigetto, anche se tale tecnologia non è ritenuta del tutto sicura. Le iPSC vengono anche utilizzate per lo sviluppo di cure personalizzate sulla base della loro risposta a trattamenti farmacologici.<gallery> File:Stem cell treatments.svg|Malattie e condizioni in cui il trattamento con cellule staminali è promettente o emergente File:The development and the ways to rejuvenate cells - en.svg|Tipi di cellule staminali File:Schematic representation of delivery or induction of OSKM factors to convert somatic cells into pluripotent cells and differentiation the iPSC into a wide range of individual cells from the three germ layers.png|Rappresentazione schematica della conversione delle cellule somatiche in cellule pluripotenti e differenziazione delle iPSC in un'ampia gamma di singole cellule </gallery> === L'editing genetico con CRISPR/Cas9 === La tecnica CRISPR è una tecnica di editing genomico. Non è l'unica, in passato sono state messe a punto altre tecniche meno efficaci come la ZFN e la TALEN. L'acronimo CRISPR sta per "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats" e identifica una tecnica di ingegneria genetica usata in biologia molecolare. Si basa su una versione semplificata di un sistema di difesa contro i virsus che si trova nei batteri (CRISPR-Cas9). Fornendo la nucleasi Cas9 complessata con un RNA guida sintetico (gRNA) in una cellula, il genoma della cellula può essere tagliato nella posizione desiderata, consentendo la rimozione dei geni esistenti e/o l'aggiunta di nuovi in vivo. La tecnica è considerata molto significativa nel campo della biotecnologia e della medicina poiché consente di modificare i genomi in vivo in modo molto preciso, economico e semplice. Può essere utilizzato nella creazione di nuovi medicinali, prodotti agricoli e organismi geneticamente modificati o come mezzo per controllare agenti patogeni e parassiti. Ha anche possibilità di uso nel trattamento delle malattie genetiche ereditarie e delle malattie derivanti da mutazioni somatiche come il cancro. Sebbene ampiamente accettata in ambito agrario e biotecnologico, il suo utilizzo nella modificazione genetica della linea germinale umana è ad oggi molto controverso. [[File:MEGANUCLEASE-ZFN-TALEN-CRISPR-text-to-path.svg|centro|miniatura|668x668px|Schema di utilizzo di CRISPR/Cas9 (e altre tecniche prima utilizzate come ZFN e TALEN)]] Il sistema CRISPR/Cas può essere utilizzato, tra l'altro, per l'editing del genoma (delezioni/ eliminazioni di geni  e inserimenti) e quindi anche per la terapia genica. Tuttavia, ciò che potrebbe essere problematico per le applicazioni umane è che il sistema immunitario riconosce l’endonucleasi Cas9, che è di origine batterica, come antigene. Possibili applicazioni dell'editing genomico sono: * la rimozione dei genomi di agenti patogeni di malattie infettive croniche come il virus dell'epatite B e l'HIV * correggere le mutazioni nella generazione di cellule staminali pluripotenti indotte e di cellule staminali embrionali * trattamento delle malattie genetiche ereditarie * trattamento dei tumori === La farmacogenomica === La farmacogenomica (una combinazione di farmacologia e genomica ) è la tecnologia che <u>analizza come il patrimonio genetico influenza la risposta di un individuo ai farmaci</u>.  I ricercatori nel campo studiano l'influenza della variazione genetica sulle risposte ai farmaci nei pazienti correlando l'espressione genica o i polimorfismi a singolo nucleotide con l'efficacia o la tossicità di un farmaco .  Lo <u>scopo della farmacogenomica è quello di sviluppare farmaci che, rispetto al genotipo dei pazienti, garantiscono la massima efficacia con effetti avversi minimi</u>.  Tali approcci promettono l'avvento della "medicina personalizzata"; in cui i farmaci e le combinazioni di farmaci sono ottimizzati per il patrimonio genetico unico di ogni individuo. === I test genetici === [[File:Phenylketonuria_testing.jpg|miniatura|260x260px|Test della fenilchetonuria su un neonato]] I test genetici consentono la <u>diagnosi genetica delle vulnerabilità alle malattie ereditarie</u> e possono anche essere utilizzati per determinare la <u>parentela</u> di un bambino (madre e padre genetici) o in generale l'ascendenza di una persona . Oltre a studiare i cromosomi a livello di singoli geni, i test genetici in senso più ampio includono test biochimici per la possibile presenza di <u>malattie genetiche o forme mutanti di geni associate a un rischio aumentato di sviluppare disturbi genetici</u>. I test genetici identificano cambiamenti nei cromosomi , nei geni o nelle proteine.  Nella maggior parte dei casi, i test vengono utilizzati per trovare cambiamenti associati a disturbi ereditari. I risultati di un test genetico possono confermare o escludere una sospetta condizione genetica o aiutare a determinare la possibilità di una persona di sviluppare o trasmettere un disturbo genetico . Nel 2011 erano in uso diverse centinaia di test genetici.  Poiché i test genetici possono aprire problemi etici o psicologici, i test genetici sono spesso accompagnati da consulenza genetica. == Le biotecnologie verdi == === Biotecnologie verdi con transgenesi (con geni estranei all'organismo GM) === Le colture geneticamente modificate ("colture GM" o "colture biotech") sono piante utilizzate in agricoltura , il cui DNA è stato modificato con tecniche di ingegneria genetica . Nella maggior parte dei casi, l'obiettivo principale è introdurre una nuova caratteristica che non si verifica naturalmente nella specie. Le aziende biotecnologiche possono contribuire alla futura sicurezza alimentare migliorando la nutrizione e la vitalità dell'agricoltura urbana. Inoltre, la protezione dei diritti di proprietà intellettuale incoraggia gli investimenti del settore privato nell'agrobiotecnologia. Esempi nelle colture alimentari includono la '''resistenza a certi parassiti''',  '''malattie''',  '''condizioni ambientali stressanti''',  '''resistenza ai trattamenti chimici''' (ad esempio resistenza a un erbicida  ), riduzione del deterioramento,  o '''miglioramento''' del profilo nutrizionale della coltura.  Esempi nelle colture non alimentari includono la '''produzione di agenti farmaceutici''' ,  '''biocarburanti''' ,  e altri beni utili all'industria,  così come per la '''biorisanamento''' . Gli agricoltori hanno ampiamente adottato la tecnologia GM. Tra il 1996 e il 2011, la superficie totale di terra coltivata con colture GM è aumentata di un fattore 94, da 17.000 a 1.600.000 chilometri quadrati (da 4.200.000 a 395.400.000 acri).  Nel 2010, il 10% delle terre coltivate del mondo è stato piantato con colture GM.  Nel 2011, 11 diverse colture transgeniche sono state coltivate commercialmente su 395 milioni di acri (160 milioni di ettari) in 29 paesi come Stati Uniti, Brasile , Argentina , India , Canada, Cina, Paraguay, Pakistan, Sud Africa, Uruguay, Bolivia, Australia, Filippine, Myanmar, Burkina Faso, Messico e Spagna. [[File:Feldbefreiung.jpg|miniatura|376x376px|Mais Bt]] Gli alimenti geneticamente modificati sono alimenti prodotti da organismi che hanno subito modifiche specifiche nel loro DNA con metodi di ingegneria genetica . Queste tecniche hanno consentito l'introduzione di nuove caratteristiche delle colture e un controllo molto maggiore sulla struttura genetica di un alimento rispetto a quanto precedentemente consentito da metodi quali l'allevamento selettivo e l'allevamento per mutazione .  La vendita commerciale di alimenti geneticamente modificati è iniziata nel 1994, quando la Calgene ha commercializzato per la prima volta il suo pomodoro a maturazione ritardata Flavr Savr .  Ad oggi la maggior parte delle modifiche genetiche degli alimenti si è concentrata principalmente su colture commerciali molto richieste dagli agricoltori come '''soia''' , '''mais''' , canola (una varietà di '''colza''') e olio di semi di '''cotone''' . Questi sono stati progettati per '''resistere a patogeni ed erbicidi''' e per profili nutrizionali migliori. Anche il bestiame GM è stato sviluppato sperimentalmente; nel novembre 2013 nessuno era disponibile sul mercato,  ma nel 2015 la FDA ha approvato il primo salmone GM per la produzione e il consumo commerciale. Il '''mais Bt''': si tratta di una modifica genetica che permette alla pianta di difendersi dagli attacchi degli insetti, dovuta a un gene inserito nel suo DNA, che gli permette di produrre una proteina che danneggia gli insetti che cercano di nutrirsene. Il gene inserito, tratto dal Bacillus thuringiensis, produce la Delta-endotossina (o tossina Bt), sostanza innocua per l'uomo ma velenosa per gli insetti dell'ordine dei Lepidotteri, tra cui la Piralide del mais europea. Per queste ragioni, le piante geneticamente modificate con la delta-endotossina vengono coltivate su larga scala in tutto il mondo. [[File:AreialSeedingPlane.jpg|sinistra|miniatura|Trattamento con erbicida della soia]] Si dicono '''''Roundup ready''''' (trad. pronto per il Roundup, abbreviato ''RR'') quelle colture geneticamente modificate al fine di tollerare erbicidi a base di glifosato. Si tratta di un marchio registrato dalla multinazionale Monsanto il cui nome (''Roundup'') deriva da quello commerciale del principio attivo distribuito dalla stessa Monsanto; la prima coltura RR è stata la soia, seguita da altre come cotone, mais, colza. I vantaggi delle colture ''Roundup ready'' consistono essenzialmente in un controllo delle piante infestanti assai semplificato, che non sarebbe possibile in colture tradizionali, basato solo sul diserbo chimico con glifosato anche in "copertura" (cioè in presenza della vegetazione della coltura, che per l'appunto è resa tollerante all'erbicida grazie all'inserimento di un transgene). La '''soia ''Roundup Ready''''' è in assoluto il prodotto transgenico maggiormente coltivato nel mondo, rappresentando l'87% della soia coltivata negli Stati Uniti, e il 60% a livello globale (nel 2005). Recentemente è stata sviluppata la seconda generazione di soia ''Roundup Ready'', che associa al gene per la resistenza agli erbicidi una produttività del 4-7% superiore alle altre varietà. Tuttavia il principio base secondo molti studiosi sarebbe pericoloso per l'uomo e per gli animali che si nutrono di mangimi a base di soia e altri mangimi trattati con il Glifosato in relazione alla possibilità che quest'ultimo residui nei prodotti alimentari. La reale pericolosità del Glifosato è oggetto di accesi dibattiti. [[File:Golden Rice.jpg|miniatura|387x387px|Golden rice]] Il '''Golden Rice''' o Riso dorato è una varietà di riso prodotta attraverso una modifica genetica che introduce la via di biosintesi del precursore beta-carotene della provitamina nelle parti commestibili del riso. In particolare sono stati introdotti i geni '''psy''' (fitoene sintasi) del Narciso e del Mais e il gene '''crtI''' (carotene desaturasi) di un batterio del suolo, Erwinia uredovora. La pro-vitamina A, che il metabolismo umano trasforma in vitamina A, è presente naturalmente in molti alimenti come le carote, il fegato, le uova e il burro, che risultano tuttavia inaccessibili a molti milioni di famiglie che si nutrono quasi esclusivamente di riso. Allo scopo di introdurre vitamina A nella dieta di queste popolazioni, è stata creata una pianta di riso ricca in beta-carotene. Secondo l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) oltre 100 milioni di bambini poveri nel mondo hanno una dieta carente di vitamina A e, per questa ragione, migliaia di bambini diventano ciechi ogni anno. Al fine di evitare patologie oculari, sarebbe sufficiente che queste popolazioni assumessero un quantitativo maggiore di vitamina. Il progetto è andato più lento del previsto e solo nel 2008 sono stati seminati i primi campi di Golden Rice nelle Filippine. I ritardi non sono dovuti soltanto a opposizione di molte organizzazioni anti-biotech responsabili della distruzione di diversi campi sperimentali ma anche per problemi legali in quanto la distribuzione, anche gratuita, del Golden Rice avrebbe causato una violazione dei diritti intellettuali di almeno una settantina di brevetti detenuti da multinazionali e università. Attualmente il Golden rice viene prodotto e distribuito unicamente in Bangladesh a causa dei rallentamenti provocati dallo scetticismo da parte della popolazione nei confronti dei possibili benefici dell’ingegneria genetica. Esiste un consenso scientifico  sul fatto che gli alimenti attualmente disponibili derivati ​​da colture geneticamente modificate non presentano rischi maggiori per la salute umana rispetto agli alimenti convenzionali,  ma che ogni alimento geneticamente modificato deve essere testato caso per caso prima di essere introdotto.  Tuttavia, i membri del pubblico sono molto meno propensi degli scienziati a percepire gli alimenti geneticamente modificati come sicuri.  Lo status legale e normativo degli alimenti geneticamente modificati varia a seconda del paese, con alcune nazioni che li vietano o li limitano, e altre che li consentono con gradi di regolamentazione molto diversi. Le colture geneticamente modificate offrono anche una serie di benefici ecologici, se non utilizzate in eccesso.  Le colture resistenti agli insetti hanno dimostrato di ridurre l’uso di pesticidi, riducendo quindi l’impatto ambientale dei pesticidi nel loro complesso.  Tuttavia, gli oppositori hanno sollevato obiezioni alle colture geneticamente modificate in sé per diversi motivi, tra cui preoccupazioni ambientali, se il cibo prodotto da colture geneticamente modificate sia sicuro, se le colture geneticamente modificate siano necessarie per soddisfare le esigenze alimentari mondiali e preoccupazioni economiche sollevate dal fatto che questi organismi sono soggetti alla legge sulla proprietà intellettuale. La biotecnologia ha diverse applicazioni nel campo della sicurezza alimentare. Colture come il riso dorato sono progettate per avere un contenuto nutrizionale più elevato e c'è il potenziale per prodotti alimentari con una durata di conservazione più lunga.  Sebbene non siano una forma di biotecnologia agricola, i vaccini possono aiutare a prevenire le malattie riscontrate nell'agricoltura animale. Inoltre, la biotecnologia agricola può accelerare i processi di allevamento per ottenere risultati più rapidi e fornire maggiori quantità di cibo.  La ​​biofortificazione transgenica nei cereali è stata considerata un metodo promettente per combattere la malnutrizione in India e in altri paesi.<gallery> File:Bt-toxin-crystals.jpg|Cristalli di tossina da ''Bacillus thuringiensis'' File:Corn borer.jpg|Bruco della piralide del mais File:Ostrinia nubilalis01.jpg|Adulto della piralide del mais File:Logo of Roundup Ready canola.svg|Il marchio Roundup della Monsanto File:Glyphosate-from-xtal-view-2-3D-bs-17.png|Glifosato File:Maiz RR.jpg|Coltivazione di mais trattata con glifosato File:Narzisse.jpg|Narciso File:Glyphosate USA 2019.png|Uso del glifosato negli Stati Uniti </gallery> === Biotecnologie verdi con cisgenesi (con geni della stessa specie) === [[File:Schurft bij appel (Venturia inaequalis on Malus domestica 'Schone van Boskoop').jpg|sinistra|miniatura|438x438px|Ticchiolatura del melo]] Cisgenesi (etimologia: cis = stesso lato; e genesi = origine) è un termine per organismi che sono stati progettati utilizzando un processo in cui i geni vengono trasferiti artificialmente tra organismi che altrimenti potrebbero essere allevati in modo convenzionale.  I geni vengono trasferiti solo tra organismi strettamente correlati.  Le sequenze di acidi nucleici devono essere isolate e introdotte utilizzando le stesse tecnologie utilizzate per produrre organismi transgenici, rendendo la cisgenesi simile per natura alla transgenesi. La cisgenesi è stata applicata al trasferimento di geni di resistenza naturale alla devastante malattia ''Phytophthora infestans'' nella patata  e alla ticchiolatura ( ''Venturia inaequalis'' ) nella mela. Alcune persone credono che la cisgenesi non debba affrontare la stessa supervisione normativa della modifica genetica creata tramite transgenesi, poiché è possibile, se non pratico, trasferire alleli tra specie strettamente correlate anche tramite incrocio tradizionale. In Europa , attualmente, questo processo è regolato dalle stesse leggi della transgenesi. Mentre i ricercatori dell'Università di Wageningen nei Paesi Bassi ritengono che questo dovrebbe essere cambiato. === Biotecnologie verdi con editing genomico === L'editing del genoma fornisce una nuova strategia per la manipolazione genetica nelle piante e probabilmente aiuterà nell'ingegneria dei tratti vegetali desiderati modificando i geni endogeni. Un esempio potenzialmente riuscito dell'applicazione delle tecniche di editing del genoma nel miglioramento delle colture può essere trovato nella banana, dove gli scienziati hanno utilizzato l'editing CRISPR/Cas9 per inattivare il virus endogeno della striatura della banana nel genoma B della banana ( ''Musa'' spp. ) per superare una sfida importante nell'allevamento delle banane. == Altre biotecnologie == === La biotecnologia industriale === La '''biotecnologia industriale''' (conosciuta principalmente in Europa come biotecnologia bianca) è l'applicazione della biotecnologia a scopi industriali, inclusa la '''fermentazione industriale''' . Include la pratica di utilizzare cellule come microrganismi , o componenti di cellule come enzimi , per generare prodotti utili a livello industriale in settori quali prodotti chimici, alimenti e mangimi, detersivi, carta e cellulosa, tessili e biocarburanti .  Negli ultimi decenni, sono stati compiuti progressi significativi nella creazione di organismi geneticamente modificati (OGM) che migliorano la diversità delle applicazioni e la redditività economica della biotecnologia industriale. Utilizzando materie prime rinnovabili per produrre una varietà di prodotti chimici e combustibili, la biotecnologia industriale sta attivamente avanzando verso la riduzione delle emissioni di gas serra e l'allontanamento da un'economia basata sulla petrolchimica. La '''biologia sintetica''' è considerata uno dei cardini essenziali della biotecnologia industriale per il suo contributo finanziario e sostenibile al settore manifatturiero. Insieme, la biotecnologia e la biologia sintetica svolgono un ruolo cruciale nella generazione di prodotti convenienti con caratteristiche rispettose della natura, utilizzando la produzione basata su biotecnologie anziché quella basata sui fossili.  La biologia sintetica può essere utilizzata per progettare microrganismi modello , come ''l'Escherichia coli'' , mediante strumenti di editing del genoma per migliorare la loro capacità di produrre prodotti basati su biotecnologie, come la bioproduzione di '''medicinali''' e '''biocarburanti''' .  Ad esempio, ''l'E. coli'' e ''il Saccharomyces cerevisiae'' in un consorzio potrebbero essere utilizzati come microbi industriali per produrre precursori dell'agente chemioterapico paclitaxel ('''taxolo''') applicando l' ingegneria metabolica in un approccio di co-coltura per sfruttare i benefici dei due microbi. Un altro esempio di applicazioni della biologia sintetica nella biotecnologia industriale è la riprogettazione dei percorsi metabolici di ''E. coli'' mediante sistemi CRISPR e CRISPRi verso la produzione di una sostanza chimica nota come '''1,4-butandiolo''' , che viene utilizzata nella produzione di '''fibre'''. Per produrre 1,4-butandiolo, gli autori alterano la regolazione metabolica di ''Escherichia coli'' mediante CRISPR per indurre una mutazione puntiforme nel gene ''glt'' A, il knockout del gene ''sad'' e il knock-in di sei geni ( ''cat'' 1, ''suc'' D, ''4hbd'' , ''cat'' 2, ''bld'' e ''bdh'' ). Mentre il sistema CRISPRi era utilizzato per abbattere i tre geni concorrenti ( ''gab'' D, ''ybg'' C e ''tes'' B) che influenzano il percorso di biosintesi di 1,4-butandiolo. Di conseguenza, la resa di 1,4-butandiolo è aumentata significativamente da 0,9 a 1,8 g/L. <gallery> File:Taxol.svg|Taxolo (farmaco chemioterapico) File:1,4-Butanediol-3D-balls.png|1,4-butandiolo File:Cycling kit full body alt 3 (cropped).jpg|L'elastane (Lycra) è prodotto col butandiolo </gallery> === La produzione di biocarburanti === '''Il biocarburante''' è un carburante ricavato da materiale biologico. È diverso dai combustibili fossili ricavati da materiale biologico fossilizzato. Il biocarburante può essere in forma solida , liquida o gassosa Esistono due modi comuni per convertire le piante in combustibili gassosi e liquidi. Uno è coltivare colture ad alto contenuto di zucchero (ad esempio canna da zucchero ) o amido (ad esempio mais ), e quindi utilizzare il lievito per fermentare alcol etilico ( etanolo ). Il secondo è coltivare piante che contengono elevate quantità di olio vegetale , come olio di palma , soia e alghe . Quando questi oli vengono riscaldati, la loro viscosità si riduce e possono essere bruciati direttamente in un motore diesel o trattati chimicamente per produrre combustibili come il biodiesel . Per migliaia di anni, il legno e i suoi sottoprodotti sono stati convertiti in biocarburanti come carbone di legna, gas di legna, metanolo o combustibile di etanolo. ''I <u>biocarburanti di prima generazione</u>'' (chiamati anche "biocarburanti convenzionali") sono ricavati da colture alimentari coltivate su terreni arabili.  Il contenuto di zucchero, amido o olio della coltura viene convertito in biodiesel o etanolo , mediante transesterificazione o fermentazione del lievito. La produzione di questi carburanti però sottraggono terreni agricoli utili per l'alimentazione umana e questo può creare dei problemi. I ''<u>biocarburanti di seconda generazione</u>'' risolvono il problema del " cibo contro carburante ", (chiamati anche biocarburanti avanzati o biocarburanti sostenibili o biocarburanti drop-in) sono realizzati da materie prime che non competono direttamente con le colture alimentari o foraggere, come i prodotti di scarto e le colture energetiche.  Un'ampia gamma di materie prime di scarto, come quelle derivate da attività agricole e forestali come paglia di riso, lolla di riso, trucioli di legno e segatura, può essere utilizzata per produrre biocarburanti avanzati attraverso processi biochimici e termochimici. [[File:Biodiesel.JPG|sinistra|miniatura|Biodiesel]] Le biotecnologie aiutano la produzione di biocarburanti di seconda generazione creando microorganismi (batteri e lieviti) che riescono ad avere una elevata resa dalla fermentazione della cellulosa di scarto. '''Il biodiesel''' è un tipo di carburante preparato elaborando olio vegetale , grasso animale, particolari tipi di alghe e forse anche liquami . È considerato un tipo di energia rinnovabile , poiché proviene tutto da piante e animali viventi. Può essere utilizzato per alimentare un motore, solitamente per veicoli , compresi gli aerei . Sostituisce il diesel che deriva dal petrolio, un tipo di combustibile fossile. La maggior parte del biodiesel è ricavata da '''semi oleosi''' . I semi oleosi sono qualsiasi tipo di seme che contenga abbastanza olio da essere utile per produrre olio vegetale. Un giorno le '''alghe''' potrebbero essere utilizzate per produrre più biodiesel di quanto non se ne produca oggi con l'olio vegetale. Le alghe possono essere coltivate in luoghi in cui non si può coltivare cibo, quindi non sottrarrebbero cibo alle persone.  Ma al momento è ancora troppo costoso, ma gli scienziati stanno cercando modi per migliorare il processo [[File:Ethanol fuel pump Brazil.jpg|miniatura|269x269px|Pompa di etanolo in Brasile]] Il '''bioetanolo''' di seconda generazione viene ottenuto idrolizzando grandi quantità di cellulosa che tramite l'uso di funghi o batteri trasformano la cellulosa in glucosio e altri zuccheri, poi avviene la fermentazione mediante lieviti o altri microbi. Ricerche innovative mirano a modificare geneticamente sia i batteri che i lieviti come ''Saccharomyces cerevisiae'' modificato in modo da produrre il doppio di etanolo. Altro filone di ricerca è quello di combinare le caratteristiche di scindere la cellulosa in glucosio con quella di trasformare gli zuccheri in etanolo mediante un unico organismo. Il bioetanolo da cellulosa è molto più costoso di quello ottenuto dalla canna da zucchero e solo importanti progressi scientifici possono renderlo conveniente. Si noti che il costo non è dovuto alla materia prima (cellulosa) ma alla sua trasformazione in bioetanolo. I processi industriali attuali fanno costare il bioetanolo da cellulosa tre volte quello ottenuto da canna da zucchero. La '''biotecnologia ambientale''' comprende varie discipline che svolgono un ruolo essenziale nella riduzione dei rifiuti ambientali e nella fornitura di processi sicuri per l'ambiente , come la biofiltrazione e la biodegradazione. La ​​bonifica dei rifiuti ambientali è un esempio di applicazione della biotecnologia ambientale; mentre la perdita di biodiversità o la perdita di contenimento di un microbo dannoso sono esempi di implicazioni ambientali della biotecnologia. Molte città hanno installato CityTrees , che utilizzano la biotecnologia per filtrare gli inquinanti dall'atmosfera urbana.<gallery> File:BS CityTree 2.JPG|Filtro urbano CityTrees </gallery> == La genomica e le sue applicazioni == Lo studio degli acidi nucleici è iniziato con la scoperta del DNA, è progredito verso lo studio dei geni e dei piccoli frammenti, e ora è esploso nel campo della '''genomica'''. La genomica è lo studio di interi genomi, incluso il set completo di geni, la loro sequenza e organizzazione dei nucleotidi e le loro interazioni all'interno di una specie e con altre specie. La tecnologia di sequenziamento del DNA ha contribuito ai progressi della genomica. Proprio come la tecnologia informatica ha portato a Google Maps che consente alle persone di ottenere informazioni dettagliate sulle posizioni in tutto il mondo, i ricercatori utilizzano le informazioni genomiche per creare mappe del DNA simili di diversi organismi. Queste scoperte hanno aiutato gli antropologi a comprendere meglio la migrazione umana e hanno aiutato il campo medico attraverso la mappatura delle malattie genetiche umane. Le informazioni genomiche possono contribuire alla comprensione scientifica in vari modi e la conoscenza in questo campo sta crescendo rapidamente. L'introduzione di progetti di sequenziamento del DNA e di sequenziamento dell'intero genoma, in particolare il progetto Genoma Umano, ha ampliato l'applicabilità delle informazioni sulla sequenza del DNA. Molti campi, come la metagenomica, la farmacogenomica e la genomica mitocondriale, utilizzano la genomica. La <u>comprensione e la ricerca di cure per le malattie è l'applicazione più comune della genomica</u>. === Prevedere il rischio di malattia a livello individuale === La previsione del rischio di malattia comporta lo screening di individui attualmente sani tramite analisi del genoma a livello individuale. I professionisti sanitari possono raccomandare un intervento con cambiamenti nello stile di vita e farmaci prima dell'insorgenza della malattia. Tuttavia, questo approccio è più applicabile quando il problema risiede in un singolo difetto genetico. Tali difetti rappresentano solo circa il 5 percento delle malattie nei paesi sviluppati. La maggior parte delle malattie comuni, come le malattie cardiache, sono multifattoriali o '''poligeniche''' , ovvero una caratteristica fenotipica che coinvolge due o più geni e coinvolge anche fattori ambientali come la dieta. Nell'aprile 2010, gli scienziati della Stanford University hanno pubblicato l'analisi del genoma di un individuo sano (Stephen Quake, uno scienziato della Stanford University, il cui genoma è stato sequenziato). L'analisi ha previsto la sua propensione ad acquisire varie malattie. Il team medico ha eseguito una valutazione del rischio per analizzare la percentuale di rischio di Quake per 55 diverse condizioni mediche. Il team ha trovato una rara mutazione genetica, che ha mostrato che era a rischio di infarto improvviso. I risultati hanno anche previsto che Quake aveva un rischio del 23 percento di sviluppare un cancro alla prostata e un rischio dell'1,4 percento di sviluppare l'Alzheimer. Gli scienziati hanno utilizzato database e diverse pubblicazioni per analizzare i dati genomici. Anche se il sequenziamento genomico sta diventando più conveniente e gli strumenti analitici stanno diventando più affidabili, i ricercatori devono ancora affrontare le questioni etiche che circondano l'analisi genomica a livello di popolazione. === Farmacogenomica e Tossicogenomica === '''La farmacogenomica''' , o tossicogenomica, comporta la valutazione dell'efficacia e della sicurezza dei farmaci sulla base delle informazioni provenienti dalla sequenza genomica di un individuo. Possiamo studiare le risposte genomiche ai farmaci utilizzando animali da esperimento (come ratti o topi da laboratorio) o cellule vive in laboratorio prima di intraprendere studi sugli esseri umani. Studiare i cambiamenti nell'espressione genica potrebbe fornire informazioni sul profilo di trascrizione in presenza del farmaco, che possiamo utilizzare come indicatore precoce del potenziale di effetti tossici. Ad esempio, i geni coinvolti nella crescita cellulare e nella morte cellulare controllata, se disturbati, potrebbero portare alla crescita di cellule cancerose. Gli studi sull'intero genoma possono anche aiutare a trovare nuovi geni coinvolti nella tossicità dei farmaci. I professionisti medici possono utilizzare le informazioni personali sulla sequenza del genoma per prescrivere farmaci che saranno più efficaci e meno tossici sulla base del genotipo del singolo paziente. Le firme genetiche potrebbero non essere completamente accurate, ma i professionisti medici possono testarle ulteriormente prima che si manifestino sintomi patologici. === Genomica microbica: Metagenomica === Tradizionalmente, gli studiosi hanno insegnato microbiologia con la convinzione che sia meglio studiare i microrganismi in condizioni '''di coltura pura''' . Ciò comporta l'isolamento di un singolo tipo di cellula e la sua coltura in laboratorio. Poiché i microrganismi possono attraversare diverse generazioni nel giro di poche ore, i loro profili di espressione genica si adattano molto rapidamente al nuovo ambiente di laboratorio. Inoltre, la stragrande maggioranza delle specie batteriche resiste alla coltura in isolamento. La maggior parte dei microrganismi non vive come entità isolate, ma in comunità microbiche o biofilm. Per tutti questi motivi, la coltura pura non è sempre il modo migliore per studiare i microrganismi. '''La metagenomica''' è lo studio dei genomi collettivi di più specie che crescono e interagiscono in una nicchia ambientale. La metagenomica può essere utilizzata per identificare nuove specie più rapidamente e per analizzare l'effetto degli inquinanti sull'ambiente. === Genomica microbica: creazione di nuovi biocarburanti === La conoscenza della genomica dei microrganismi viene utilizzata per trovare modi migliori per sfruttare i '''biocarburanti''' da alghe e cianobatteri. Le principali fonti di carburante oggi sono carbone, petrolio, legno e altri prodotti vegetali, come l'etanolo. Sebbene le piante siano risorse rinnovabili, c'è ancora bisogno di trovare più fonti alternative di energia rinnovabile per soddisfare la domanda energetica della nostra popolazione. Il mondo microbico è una delle più grandi risorse di geni che codificano nuovi enzimi e producono nuovi composti organici, e rimane in gran parte inutilizzato. I microrganismi vengono utilizzati per creare prodotti, come '''enzimi''' utilizzati nella ricerca, antibiotici e altri meccanismi antimicrobici. La genomica microbica sta aiutando a sviluppare '''strumenti diagnostici''', '''vaccini migliorati''', nuovi '''trattamenti per le malattie''' e tecniche avanzate di '''bonifica ambientale'''. === Genomica mitocondriale === I mitocondri sono organelli intracellulari che contengono il proprio DNA. Il DNA mitocondriale muta a un ritmo rapido e gli scienziati spesso lo usano per studiare le relazioni evolutive. Un'altra caratteristica che rende interessante lo studio del genoma mitocondriale è che il DNA mitocondriale nella maggior parte degli organismi multicellulari passa dalla madre durante il processo di fecondazione. Per questo motivo, gli scienziati spesso usano la genomica mitocondriale per '''tracciare la genealogia'''. === Genomica in ambito forense === Gli esperti hanno utilizzato informazioni e indizi tratti da campioni di DNA sulle scene del crimine come prove nei casi giudiziari e hanno utilizzato marcatori genetici nell''''analisi forense'''. Anche l'analisi genomica è diventata utile in questo campo. La prima pubblicazione che mostrava il primo utilizzo della genomica in ambito forense è uscita nel 2001. Si è trattato di un tentativo collaborativo tra istituti di ricerca accademica e l'FBI per risolvere i misteriosi casi di antrace comunicati tramite il servizio postale statunitense. Utilizzando la genomica microbica, i ricercatori hanno determinato che il colpevole ha utilizzato uno specifico ceppo di antrace in tutte le spedizioni. === Genomica in agricoltura === La genomica può ridurre in una certa misura le prove e gli insuccessi coinvolti nella ricerca scientifica, il che potrebbe '''migliorare la qualità e la quantità della resa delle colture agricole'''. Collegare i tratti ai geni o alle firme genetiche aiuta a migliorare la selezione delle colture per generare ibridi con le qualità più desiderabili. Gli scienziati utilizzano i dati genomici per <u>identificare i tratti desiderabili e quindi trasferirli a un organismo diverso</u>. I ricercatori stanno scoprendo come la genomica può migliorare la qualità e la quantità della produzione agricola. Ad esempio, gli scienziati potrebbero utilizzare i tratti desiderabili per creare un prodotto utile o migliorare un prodotto esistente, come rendere una coltura sensibile alla siccità più <u>tollerante alla stagione secca</u>. === La genomica e la proteomica === Le proteine ​​sono i prodotti finali dei geni, che aiutano a svolgere la funzione codificata dal gene. Gli amminoacidi comprendono le proteine ​​e svolgono ruoli importanti nella cellula. Tutti gli enzimi (tranne i ribozimi) sono proteine ​​che agiscono come catalizzatori per influenzare la velocità delle reazioni. Le proteine ​​sono anche molecole regolatrici e alcune sono ormoni. Le proteine ​​di trasporto, come l'emoglobina, aiutano a trasportare l'ossigeno a vari organi. Anche gli anticorpi che difendono dalle particelle estranee sono proteine. Nello stato di malattia, la funzione delle proteine ​​può essere compromessa a causa di cambiamenti a livello genetico o a causa dell'impatto diretto su una proteina specifica. Un '''proteoma''' è l'intero set di proteine ​​prodotto da un tipo di cellula. Possiamo studiare i proteomi usando la conoscenza dei genomi perché i geni codificano per gli mRNA e gli mRNA codificano le proteine. Sebbene l'analisi degli mRNA sia un passo nella giusta direzione, non tutti gli mRNA vengono tradotti in proteine. '''La proteomica''' è lo studio della funzione dei proteomi. La proteomica integra la genomica ed è utile quando gli scienziati vogliono testare le loro ipotesi basate sui geni. Sebbene tutte le cellule degli organismi multicellulari abbiano lo stesso set di geni, il set di proteine ​​prodotte in tessuti diversi è diverso e dipende dall'espressione genica. Pertanto, il <u>genoma è costante, ma il proteoma varia ed è dinamico all'interno di un organismo</u>. Inoltre, gli RNA possono essere alternativamente giuntati (tagliati e incollati per creare nuove combinazioni e nuove proteine) e molte proteine ​​si modificano dopo la traduzione tramite processi come scissione proteolitica, fosforilazione, glicosilazione e ubiquitinazione. Esistono anche interazioni proteina-proteina, che complicano lo studio dei proteomi. Sebbene il genoma fornisca un modello, l'architettura finale dipende da diversi fattori che possono modificare la progressione degli eventi che generano il proteoma. La metabolomica è correlata alla genomica e alla proteomica. La '''metabolomica''' implica lo studio dei metaboliti di piccole molecole in un organismo. Il '''metaboloma''' è l'insieme completo di metaboliti che sono correlati al corredo genetico di un organismo. La metabolomica offre un'opportunità di confrontare il corredo genetico e le caratteristiche fisiche, così come il corredo genetico e i fattori ambientali. L'obiettivo della ricerca sul metaboloma è identificare, quantificare e catalogare tutti i metaboliti nei tessuti e nei fluidi degli organismi viventi. ==== Tecniche di base nell'analisi delle proteine ==== L'obiettivo finale della proteomica è identificare o confrontare le proteine ​​espresse da un dato genoma in condizioni specifiche, studiare le interazioni tra le proteine ​​e utilizzare le informazioni per prevedere il comportamento cellulare o sviluppare bersagli farmacologici. Proprio come gli scienziati analizzano il genoma utilizzando la tecnica di base del sequenziamento del DNA, la proteomica richiede tecniche per l'analisi delle proteine. La tecnica di base per l'analisi delle proteine, analoga al sequenziamento del DNA, è la spettrometria di massa. La spettrometria di massa identifica e determina le caratteristiche di una molecola. I progressi nella spettrometria hanno consentito ai ricercatori di analizzare campioni di proteine ​​molto piccoli. La cristallografia a raggi X, ad esempio, consente agli scienziati di determinare la struttura tridimensionale di un cristallo proteico a risoluzione atomica. Un'altra tecnica di imaging proteico, la risonanza magnetica nucleare (NMR), utilizza le proprietà magnetiche degli atomi per determinare la struttura tridimensionale della proteina in soluzione acquosa. Gli scienziati hanno anche utilizzato i microarray proteici per studiare le interazioni proteiche. Adattamenti su larga scala dello schermo di base a due ibridi ( Figura 17.17 ) hanno fornito la base per i microarray proteici. Gli scienziati utilizzano software per computer per analizzare l'enorme quantità di dati per l'analisi proteomica. Le analisi su scala genomica e proteomica fanno parte della '''biologia dei sistemi''' , che è lo studio di interi sistemi biologici (genomi e proteomi) in base alle interazioni all'interno del sistema. L'Istituto europeo di bioinformatica e l'Organizzazione del proteoma umano (HUPO) stanno sviluppando e stabilendo strumenti efficaci per esaminare l'enorme pila di dati della biologia dei sistemi. Poiché le proteine ​​sono prodotti diretti dei geni e riflettono l'attività a livello genomico, è naturale usare i proteomi per confrontare i profili proteici di diverse cellule per identificare proteine ​​e geni coinvolti nei processi patologici. La maggior parte delle sperimentazioni sui farmaci farmaceutici ha come target le proteine. I ricercatori usano le informazioni che ottengono dalla proteomica per identificare nuovi farmaci e comprenderne i meccanismi d'azione. ==== Proteomica del cancro ==== I ricercatori stanno studiando i genomi e i proteomi dei pazienti per comprendere la base genetica delle malattie. La malattia più importante che i ricercatori stanno studiando con approcci proteomici è il cancro. Questi approcci migliorano lo screening e la diagnosi precoce del cancro. I ricercatori sono in grado di identificare proteine ​​la cui espressione indica il processo della malattia. Una singola proteina è un '''biomarcatore'''; mentre un insieme di proteine ​​con livelli di espressione alterati è una '''firma proteica''' . Affinché un biomarcatore o una firma proteica siano utili come candidati per lo screening e la diagnosi precoce del cancro, devono essere secreti nei fluidi corporei, come sudore, sangue o urina, in modo che gli operatori sanitari possano eseguire screening su larga scala in modo non invasivo. L'attuale problema con l'uso di biomarcatori per la diagnosi precoce del cancro è l'alto tasso di risultati falsi negativi. Un '''falso negativo''' è un risultato del test errato che avrebbe dovuto essere positivo. In altre parole, molti casi di cancro non vengono rilevati, il che rende i biomarcatori inaffidabili. Alcuni esempi di biomarcatori proteici nella diagnosi del cancro sono CA-125 per il cancro ovarico e PSA per il cancro alla prostata. Le firme proteiche potrebbero essere più affidabili dei biomarcatori per rilevare le cellule tumorali. I ricercatori stanno anche utilizzando la proteomica per sviluppare piani di trattamento personalizzati, che implicano la previsione se un individuo risponderà o meno a farmaci specifici e gli effetti collaterali che l'individuo potrebbe sperimentare. I ricercatori utilizzano anche la proteomica per prevedere la possibilità di recidiva della malattia. Il National Cancer Institute ha sviluppato programmi per migliorare la diagnosi e il trattamento del cancro. Le Clinical Proteomic Technologies for Cancer e l'Early Detection Research Network sono sforzi per identificare le firme proteiche specifiche per diversi tipi di cancro. Il Biomedical Proteomics Program identifica le firme proteiche e progetta terapie efficaci per i pazienti oncologici. == Fonti == https://en.wikipedia.org/wiki/Outline_of_biotechnology https://en.wikipedia.org/wiki/Biotechnology https://it.wikipedia.org/wiki/Biotecnologia https://de.wikipedia.org/wiki/Biotechnologie https://es.wikipedia.org/wiki/Biotecnolog%C3%ADa 6io1knlk11fqncmgu2wwky98oyaeyil 0 59076 491848 491805 2026-04-14T17:15:47Z Momimariani1962 41308 491848 wikitext text/x-wiki {{Disposizioni foniche di organi a canne}} [[File:Organo Tonoli Santi Ermacora e Fortunato.jpg|300px|centro]] * '''Costruttore:''' Giovanni Tonoli * '''Anno:''' 1862 * '''Restauri/modifiche:''' Mascioni (restauro, 1980) * '''Registri:''' 21 * '''Canne:''' ? * '''Trasmissione:''' meccanica sospesa * '''Consolle:''' a finestra, al centro della parete anteriore della cassa * '''Tastiere:''' 1 di 58 note (''Do¹''-''La⁵'', divisione Bassi/Soprani ''Si²''/''Do³'') * '''Pedaliera:''' a leggio di 18 tasti con la prima ottava scavezza (''Do<sup>1</small>''-''La²'', estensione reale ''Do¹''-''Si¹'') * '''Collocazione:''' in corpo unico, in controfacciata * '''Accessori:''' 2 pedaloni per Tiratutti<ref>Combinazione alla lombarda</ref> e Ripieno, Rollante<ref>azionato dall'ultimo tasto della pedaliera</ref> {| border="0" cellspacing="0" cellpadding="20" style="border-collapse:collapse;" | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Colonna di sinistra - ''Concerto''''' ---- |- |Terza Mano |- |Fagotto || 8' Bassi<ref name=tm1>ricostruito nel 1980</ref> |- |Tromba || Soprani<ref name=tm1>ricostruito nel 1980</ref> |- |Clarone || 4' Bassi<ref name=tm1>ricostruito nel 1980</ref> |- |Violoncello || 16' Soprani |- |Viola || 4' Bassi<ref name=tm1>ricostruito nel 1980</ref> |- |Fluta || Soprani |- |Cornetto || 3 file |- |Ottavino || Soprani |- |Flauto in VIII || Bassi e Soprani |- |Voce Umana |- |} | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Colonna di destra - ''Ripieno''''' ---- |- |Principale ||8' Bassi<ref name=tm1>ricostruito nel 1980</ref> |- |Principale || Soprani |- |Principale II<ref name=tm1>ricostruito nel 1980</ref> |- |Ottava ||Bassi |- |Ottava ||Soprani |- |Quintadecima |- |Decimanona |- |Vigesima seconda |- |Vigesima sesta |- |Vigesima nona |- |Trigesima terza e sesta |- |Contrabassi e Ottave|| 16'+ 8' |- |} |} == Note == <references/> == Altri progetti == {{interprogetto|w=Chiesa dei Santi Ermacora e Fortunato (Roiano)|preposizione=sulla|etichetta=Chiesa dei Santi Ermacora e Fortunato a Trieste}} == Collegamenti esterni == * {{cita web|url=https://patrimonioculturale.regione.fvg.it/wp-content/uploads/2023/04/organi-unito-1.pdf|titolo=Organi restaurati del Friuli-Venezia Giulia}} {{Avanzamento|100%|5 gennaio 2026}} [[Categoria:Disposizioni foniche di organi a canne]] ewyscy4ng1hxc5trsxn83t8260qwdee 2 59598 491846 491840 2026-04-14T16:08:58Z LorManLor 24993 491846 wikitext text/x-wiki '''I Femminismi negli anni '70 in Italia''' * '''3. Pluralità dei femminismi: soggetti, pratiche, conflitti''' ** 3.1 1965-1973 – Formazione del campo femminista ** 3.2 1974-1976 – Espansione e conflitti strategici ** 3.3 1977-1980 – Trasformazioni della forma-movimento * '''2. Pratiche''' ** 2.1 Separatismo ** 2.2 Autocoscienza ** 2.3 "Il personale è politico" ** 2.4 Corpo, sessualità, autodeterminazione * 2.2 = pratica (autocoscienza) * 2.3 = paradigma teorico (“il personale è politico”) * 2.4 = ambito tematico (corpo) == Capitolo 2. Pratiche == Il capitolo analizza le pratiche attraverso cui il neofemminismo italiano degli anni Settanta rielabora forme dell’azione politica, linguaggi e criteri di analisi. il separatismo come scelta organizzativa e teorica; l'autocoscienza come metodo di elaborazione collettiva dell'esperienza; lo slogan «il personale è politico» come ridefinizione del campo della politica; la centralità del corpo e la rivendicazione dell'autodeterminazione sessuale e riproduttiva come terreno di conflitto, descrivono momenti tra loro connessi di uno stesso percorso: la costruzione di un soggetto femminile autonomo e la ridefinizione del campo della politica, introducendo nuove modalità di lettura dell’esperienza storica. == 2.1 Separatismo == === 2.1.1 Definizione e presupposti === Il separatismo femminista è una pratica politica che consiste nella scelta di organizzarsi tra sole donne, escludendo la presenza maschile dagli spazi di riflessione e di azione. Questa scelta non riguarda soltanto il piano organizzativo, ma si fonda sulla convinzione che linguaggi, modelli interpretativi e dinamiche relazionali dominanti, storicamente strutturati su un punto di vista maschile, rendano necessaria la costruzione di luoghi separati in cui le donne possano definirsi e riconoscersi a partire da sé, elaborando la propria esperienza e costruendo una soggettività politica autonoma. Lo spazio separato è il contesto in cui prende forma l'autocoscienza, la pratica attraverso cui il vissuto individuale diventa oggetto di analisi collettiva. === 2.1.2 Forme e contesti di sviluppo === L’emergere di pratiche separatiste si colloca tra la fine degli anni Sessanta e i primi anni Settanta, nel contesto dei movimenti studenteschi e della nuova sinistra. Una parte significativa delle militanti proviene da queste esperienze e ne condivide inizialmente linguaggi e forme organizzative. La persistenza di rapporti gerarchici tra i sessi all’interno dei gruppi misti e la mancata considerazione, da parte delle organizzazioni della nuova sinistra, dell’oppressione femminile come dato strutturale, conducono progressivamente molte militanti alla scelta di spazi autonomi, in cui tale condizione può essere affrontata senza essere subordinata ad altre priorità politiche. A partire dal 1970, con la formazione di gruppi come Rivolta Femminile e la diffusione di collettivi autonomi in diverse città, la separazione tra donne diventa una pratica riconoscibile e condivisa. Le modalità con cui viene adottata non sono però univoche. In alcune esperienze del femminismo radicale, tra cui quella elaborata da Carla Lonzi, la separazione si traduce in una rottura esplicita con i contesti politici misti e nel rifiuto del rapporto con la cultura e la tradizione teorica maschile. In altri contesti, convive con forme di partecipazione a organizzazioni più ampie, senza escludere completamente l’intervento in ambiti politici condivisi. Queste differenze rinviano a funzioni diverse attribuite alla pratica separatista. In alcune esperienze si intreccia con la critica all'universalismo e con la centralità della differenza sessuale; in ambiti più orientati alla riflessione sulle condizioni materiali viene utilizzata come strumento per rafforzare l’autonomia organizzativa e la capacità di iniziativa delle donne, senza per questo precludere altre forme di intervento. Il rapporto con le organizzazioni della sinistra extraparlamentare costituisce uno dei principali terreni di tensione. Nei gruppi misti, la scelta separatista è spesso interpretata come una rottura rispetto a un progetto politico unitario. All’interno del movimento femminista, il mantenimento di legami con tali organizzazioni è a sua volta oggetto di discussione, in relazione all’esigenza di costruire spazi di elaborazione non mediati. Queste tensioni attraversano l’intero decennio e si manifestano anche in momenti di conflitto pubblico, come nelle mobilitazioni per l’aborto nella metà degli anni Settanta. == 2.2 Autocoscienza == === Definizione === Momento fondativo della pratica femminista, l’autocoscienza è la modalità discorsiva e relazionale attraverso cui le donne si costituiscono come soggetti in rapporto reciproco, rifiutando la mediazione maschile.<ref>{{Cita libro|autore=Manuela Fraire|titolo=Donne nuove: le ragazze degli anni Settanta|anno=2005|editore=Viella|città=Roma|pp=69-80|opera=Il femminismo degli anni Settanta|curatore=Teresa Bertilotti, Anna Scattigno}}</ref><ref>{{Cita libro|autore=Barbara Sandrucci|titolo=Aufklärung al femminile. L'autocoscienza come pratica politica e formativa|anno=2005|editore=Edizioni ETS|città=Pisa|ISBN=88-467-1186-6}}</ref> Elaborata nel contesto della crisi dei movimenti misti del Sessantotto e della Nuova Sinistra, introduce un rovesciamento del rapporto tra esperienza e politica: la vita quotidiana, la sessualità, la famiglia e il corpo diventano ambiti di analisi e di elaborazione. La pratica si sviluppa in piccoli gruppi separatisti che si riuniscono con regolarità in spazi privati. Il principio del «partire da sé» orienta gli interventi: ciascuna prende parola a partire dalla propria esperienza, evitando generalizzazioni e schemi teorici predefiniti. Il racconto individuale, sottoposto all'ascolto delle altre, viene progressivamente riconosciuto come espressione di una condizione condivisa e ricondotto a una dimensione strutturale, rendendo visibili rapporti di potere assenti che non trovavano spazio nelle categorie politiche tradizionali. La soggettività non è assunta come dato, ma si costituisce nella relazione tra donne, attraverso un processo di riconoscimento reciproco. In questa prospettiva si colloca la riflessione di Carla Lonzi, per la quale «il femminismo ha inizio quando la donna cerca la risonanza di sé nell'autenticità di un'altra donna».<ref>{{Cita|Bracke|p. 85|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> === Origini e diffusione === Le radici dell’autocoscienza si collocano nel ''consciousness-raising'' sviluppato dal femminismo radicale statunitense alla fine degli anni Sessanta, in particolare nel contesto delle tensioni interne emerse nei movimenti per i diritti civili e nella New Left. Attraverso testi e pratiche circolati tra il 1968 e i primi anni Settanta - tra cui i materiali raccolti in ''Notes from the First Year'' e il programma elaborato da Kathie Sarachild - il metodo viene recepito e rielaborato in Italia, in particolare grazie al lavoro di traduzione e diffusione promosso dal collettivo milanese Anabasi. Nel contesto italiano la pratica assume configurazioni differenziate. Il Cerchio Spezzato, attivo a Trento dalla fine degli anni sessanta, adotta la formula “presa di coscienza” per sottolinearne la dimensione collettiva. Con la nascita di Rivolta Femminile (1970), l’autocoscienza viene definita come pratica separatista e fondamento di una politica autonoma delle donne. Nei primi anni settanta la diffusione dei gruppi di autocoscienza si intreccia con la formazione di nuovi collettivi femministi, tra cui quelli milanesi legati alla futura Libreria delle Donne, nei quali la pratica viene progressivamente rielaborata anche attraverso il confronto con la psicoanalisi. A differenza del modello statunitense, l'autocoscienza in Italia si configura come uno spazio di elaborazione relativamente autonomo rispetto alle rivendicazioni immediate, con una maggiore attenzione alla trasformazione dell’esperienza e alla costruzione di relazioni tra donne. === Interpretazioni storiografiche e criticità === La storiografia ha riconosciuto all’autocoscienza un ruolo centrale nella formazione del femminismo degli anni Settanta, evidenziandone la funzione nella costruzione di una soggettività femminile autonoma e nella rottura con i paradigmi politici precedenti. Uno degli elementi più discussi riguarda la configurazione dello spazio separatista, che tende a distinguere tra un “dentro”, rappresentato dal gruppo come luogo dell’elaborazione, e un “fuori”, percepito come strutturalmente segnato da rapporti di potere patriarcali. Questa distinzione, funzionale alla costruzione di un linguaggio autonomo, è stata interpretata come fonte di problematicità nelle relazioni con l'esterno, in particolare con le organizzazioni miste e con le pratiche di mediazione e rappresentanza, che presuppongono codici e modalità di azione differenti. Un ulteriore aspetto riguarda le dinamiche interne ai gruppi. L’assenza di gerarchie formali non avrebbe escluso la formazione di leadership implicite, spesso legate al carisma o alla competenza discorsiva. Diverse testimonianze hanno inoltre riportato l’intensità conflittuale di queste esperienze e le difficoltà nel gestire il coinvolgimento emotivo richiesto dalla pratica. Su un piano diverso, alcune interpretazioni hanno messo in evidenza come l'attribuzione di un valore politico immediato al vissuto individuale, potrebbe aver reso più difficile la sua problematizzazione e il confronto critico all’interno del gruppo. Dal punto di vista dei contenuti, è stato rilevata, in alcuni casi, la marginalità attribuita alla figura materna e all'omosessualità, specie se confrontata con altri contesti nazionali. Più in generale, è stato osservato il rischio di una sovrapposizione tra esperienza individuale e validazione politica, che può limitare l’emersione del dissenso. Ulteriori criticità emergono sul piano dei contenuti. La riflessione sulla figura materna rimane spesso marginale o irrisolta, mentre la questione dell’omosessualità femminile occupa una posizione marginale rispetto ad altri contesti nazionali.[ A partire dalla metà degli anni Settanta, queste tensioni contribuiscono a una trasformazione della pratica: in alcuni contesti si sviluppa un confronto con strumenti di analisi differenti, in particolare la psicanalisi, mentre in altri si registra un progressivo spostamento verso forme di intervento politico più direttamente orientate all’azione. == 2.3 «Il personale è politico» == L'espressione «il personale è politico», mutuata dal saggio pubblicato da Carol Hanisch nel 1969 nell'ambito del femminismo radicale statunitense, mette in discussione la separazione tra sfera privata e sfera pubblica, tradizionalmente considerata la categoria strutturante del pensiero politico moderno. <ref>{{Cita libro|autore=Elda Guerra|titolo=Una nuova soggettività: femminismo e femminismi nel passaggio degli anni Settanta|anno=2005|editore=Viella|città=Roma|pp=25-67|opera=Il femminismo degli anni settanta|curatore=Teresa Bertilotti, Anna Scattigno}}</ref> Più che uno slogan, si tratta di un dispositivo epistemologico che ridefinisce tanto l'oggetto quanto il soggetto dell'agire politico: non più circoscritta alle istituzioni, ai partiti o alla rappresentanza, la politica include le relazioni quotidiane e i contesti in cui si producono e si riproducono le disuguaglianze di genere; il soggetto politico cessa di essere il cittadino universale astratto, costruito su parametri maschili, e si configura come un soggetto sessuato, storicamente escluso da quella universalità.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 12-13|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Nel quadro dei movimenti della Nuova Sinistra, la politica era generalmente concepita come attività collocata nello spazio pubblico e organizzata attorno a soggetti collettivi definiti - classe, partito, movimento - mentre la sfera privata veniva considerata ambito secondario. Il femminismo degli anni Settanta mette in discussione questa distinzione, mostrando come le relazioni familiari, la sessualità, la divisione del lavoro domestico e la vita affettiva costituiscano luoghi strutturali di esercizio del potere.[44] Questo spostamento implica una trasformazione del rapporto tra esperienza e teoria. Attraverso l’autocoscienza, situazioni inizialmente percepite come individuali, vengono riconosciute come espressione di una condizione comune. In questo senso, il principio non consiste nell’estensione della politica al privato, ma nella ridefinizione del privato come ambito già strutturato politicamente.[46] Sul piano storiografico, questo spostamento è stato interpretato come una ridefinizione del soggetto storico. L'introduzione delle esperienze e delle memorie individuali nella narrazione ha contribuito a mettere in discussione una tradizione storiografica centrata sulla sfera pubblica e sugli attori maschili, estendendo il campo del politico a dimensioni precedentemente escluse dall'analisi.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 14-15|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref><ref>{{Cita|Bracke|p. 79|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Come osserva Emma Baeri, «la storia con la minuscola è quella che sentiamo più nostra, e non è una storia di piccole cose».<ref>{{Cita|Lussana|p. 11|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> == Note == # 43. C. Hanisch, «Il personale è politico», in Gruppo Anabasi (a cura di), ''Donne è bello'', Mazzotta, Milano 1972, p. 107; F. Lussana, ''Il movimento femminista in Italia'', Carocci, Roma 2012, pp. 32–33. # 44. M. Bracke, ''La nuova politica delle donne'', Viella, Roma 2014, p. 79. # 45. L. Passerini, ''Storie di donne e femministe'', Rosenberg & Sellier, Torino 1991, p. 160; Bracke, cit., pp. 84–85. # 46. F. Lussana, cit., pp. 14–15. # 47. F. Lussana, cit., pp. 32–33. # 48. F. Lussana, cit., pp. 34–35. # 49. M. Bracke, cit., pp. 90–91. # 50. F. Lussana, cit., pp. 155–158. # 51.F. Lussana, cit., pp. 14–15; M. Bracke, cit., p. 79. == 2.4 Corpo, sessualità, autodeterminazione == Nel femminismo italiano degli anni Settanta, il corpo diventa un terreno centrale di elaborazione politica. Questa centralità si definisce all’interno di un contesto normativo e culturale in cui la sessualità femminile è soggetta a un intreccio di restrizioni normative, morali e istituzionali: dalla verginità prematrimoniale come norma sociale alla subordinazione della sessualità alla procreazione, fino alla codificazione penale dell'aborto, della contraccezione e alla persistenza di istituti come il matrimonio riparatore e il delitto d’onore.<ref>{{Cita|Bellè|pp. 66-67}}</ref> È a partire da questa configurazione che il movimento femminista individua nel corpo uno dei luoghi principali in cui si esercita il potere. L’analisi femminista mette in discussione la naturalizzazione del corpo femminile, mostrando come esso sia costruito attraverso pratiche sociali, discorsi medici e dispositivi istituzionali. In questa prospettiva, fenomeni come il ciclo mestruale, la gravidanza e la menopausa vengono sottratti a una lettura esclusivamente biologica e interpretati come ambiti regolati da saperi e norme che contribuiscono a definire la posizione subordinata delle donne.<ref>{{Cita|Petricola|pp. 157-158}}</ref><ref>{{Cita|Petricola|p. 194}}</ref> La medicina e la scienza non sono assunte come ambiti neutri, ma come forme di sapere che partecipano alla costruzione di modelli normativi della sessualità e della salute. In questo quadro si sviluppa una critica alla regolazione della sessualità femminile. Il movimento mette in discussione la sovrapposizione tra sessualità e funzione riproduttiva, evidenziando come essa abbia storicamente subordinato il desiderio femminile a quello maschile e reso invisibile la dimensione del piacere.<ref>{{Cita|Bellè|p. 67}}</ref> La diffusione in Italia di testi come ''Donne è bello'' contribuisce alla circolazione di una critica ai modelli sessuali dominanti, tra cui la teoria dell’«orgasmo vaginale», che aveva definito in termini normativi la sessualità femminile e prodotto forme diffuse di inadeguatezza e colpevolizzazione.<ref>{{Cita|Anabasi|pp. 48-50}}</ref> La ridefinizione della sessualità si intreccia con una rielaborazione della maternità. Il femminismo contesta la sua rappresentazione come destino naturale o dovere sociale, mettendo in discussione il nesso tra identità femminile e funzione riproduttiva. In questo contesto si afferma la rivendicazione della maternità come scelta, che implica il diritto alla contraccezione e all’interruzione volontaria di gravidanza.<ref>{{Cita|Petricola|pp. 1; 9-10}}</ref> Le mobilitazioni su questi temi contribuiscono a una trasformazione del discorso pubblico e trovano un esito sul piano legislativo con l’approvazione della legge n. 194 del 1978. La riflessione sul corpo investe anche la divisione tra produzione e riproduzione. Il lavoro domestico e di cura, storicamente non riconosciuto e non retribuito, viene analizzato come elemento strutturale della riproduzione delle disuguaglianze di genere. In questo ambito si collocano le elaborazioni di gruppi come Lotta Femminista e del Collettivo Internazionale Femminista, che mettono in relazione il lavoro riproduttivo con il funzionamento complessivo del sistema economico.<ref>{{Cita|Bracke|p. 81}}</ref> La centralità del corpo si traduce inoltre in pratiche di riappropriazione del sapere. Attraverso l’autocoscienza e altre forme di confronto, le donne mettono in discussione la delega ai saperi specialistici e costruiscono modalità autonome di conoscenza della propria sessualità e delle proprie funzioni corporee. Questo processo non elimina le tensioni tra diversi orientamenti del movimento: accanto a una critica radicale della scienza medica, si sviluppano anche tentativi di rielaborazione e uso selettivo di strumenti analitici, in particolare nell’ambito della riflessione sulla soggettività. Sul piano storiografico, la politicizzazione del corpo è stata interpretata come uno degli elementi distintivi del femminismo degli anni Settanta. La centralità dell’esperienza corporea e sessuale consente la costruzione di un discorso autonomo delle donne e contribuisce alla ridefinizione delle categorie della politica, estendendo l’analisi ai processi attraverso cui i corpi vengono regolati, rappresentati e vissuti.<ref>{{Cita|Bracke|p. 84}}</ref> Allo stesso tempo, alcune letture mettono in evidenza la persistenza di dinamiche di oggettivazione anche all’interno delle nuove forme di libertà sessuale, sottolineando come la trasformazione dei comportamenti non coincida automaticamente con una trasformazione dei rapporti di potere.<ref>{{Cita|Bracke|p. 81}}</ref> L'espressione «il personale è politico», mutuata dal saggio pubblicato da Carol Hanisch nel 1969 nell'ambito del femminismo radicale statunitense, mette in discussione la separazione tra sfera privata e sfera pubblica, tradizionalmente considerata la categoria strutturante del pensiero politico moderno. Più che uno slogan, si tratta di un dispositivo epistemologico che ridefinisce tanto l'oggetto quanto il soggetto dell'agire politico: non più circoscritta alle istituzioni, ai partiti o alla rappresentanza, la politica include le relazioni quotidiane e i contesti in cui si producono e si riproducono le disuguaglianze di genere; il soggetto politico cessa di essere il cittadino universale astratto, costruito su parametri maschili, e si configura come un soggetto sessuato, storicamente escluso da quella universalità.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 12-13|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Sul piano storiografico, questo spostamento è stato interpretato come una ridefinizione del soggetto storico. L'introduzione delle esperienze e delle memorie individuali nella narrazione ha contribuito a mettere in discussione una tradizione storiografica centrata sulla sfera pubblica e sugli attori maschili, estendendo il campo del politico a dimensioni precedentemente escluse dall'analisi.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 14-15|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref><ref>{{Cita|Bracke|p. 79|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Come osserva Emma Baeri, «la storia con la minuscola è quella che sentiamo più nostra, e non è una storia di piccole cose».<ref>{{Cita|Lussana|p. 11|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> 2.3 «Il personale è politico» Lo slogan «il personale è politico» - mutuato dal titolo del saggio che Carol Hanisch pubblicò nel 1969 nell'ambito del femminismo radicale statunitense e tradotto e diffuso in Italia nella prima metà degli anni Settanta - sintetizza una ridefinizione radicale del concetto di politica attraverso la messa in discussione della separazione tra sfera privata e sfera pubblica. La politica non è più identificata esclusivamente con le istituzioni, i partiti o la rappresentanza, ma estesa alle relazioni quotidiane e ai contesti in cui si producono e si riproducono le disuguaglianze di genere. In questo quadro si collocano sia il ricorso al separatismo come scelta di sottrazione a contesti percepiti come strutturalmente segnati da rapporti di potere maschili, sia l’elaborazione di pratiche come l'autocoscienza, fondate sulla relazione tra donne. Il confronto tra esperienze individuali consente di individuare elementi ricorrenti e di interpretare situazioni vissute come personali - il disagio domestico, l'insoddisfazione sessuale, la dipendenza economica - come espressioni di una condizione di oppressione comune. In questo passaggio, il vissuto individuale acquisisce rilevanza politica in quanto oggetto di elaborazione collettiva.<ref>{{Cita|Passerini|p. 160}}</ref> «Il personale è politico» più che uno slogan è un dispositivo epistemologico che ridefinisce tanto l'oggetto quanto il soggetto della politica. Nel contesto italiano tale principio si definisce attraverso il confronto con le principali culture politiche del Novecento. Da un lato, esso si oppone alla tradizione emancipazionista del movimento delle donne, rappresentata da organizzazioni come l’UDI, che avevano orientato la propria azione verso l’estensione dei diritti e l’inclusione nel sistema politico e lavorativo esistente, assumendo come riferimento un modello di cittadinanza costruito su parametri maschili. Il neofemminismo mette in discussione le categorie fondamentali di questo impianto - politica, lavoro, storia, sapere - evidenziando come l’uguaglianza formale non incida sui rapporti di potere che strutturano la vita quotidiana.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 32-33}}</ref> La «liberazione», termine che sostituisce «emancipazione» nel vocabolario del movimento, non indica un'inclusione ma una trasformazione strutturale. Dall’altro lato, il principio entra in tensione con le tradizioni teoriche della sinistra. In particolare, il marxismo viene criticato per aver subordinato la questione femminile alla lotta di classe, definito ambiti come la famiglia, la sessualità, la maternità e la vita quotidiana spazi prepolitici, escluso dall’analisi economica il lavoro domestico e riproduttivo. Il femminismo insiste sul fatto che i rapporti di potere si articolano anche all’interno della sfera familiare e delle relazioni affettive, e non possono essere ricondotti esclusivamente alle dinamiche economiche.<ref>{{Cita|Bracke|pp. 90-91}}</ref><ref>{{Cita|Lussana|pp. 15-16}}</ref> Sul piano storiografico, questo spostamento è stato interpretato come una ridefinizione del soggetto storico. L’introduzione delle esperienze e delle memorie individuali nella narrazione ha contribuito a mettere in discussione una tradizione centrata sulla sfera pubblica e sugli attori maschili. Come osserva Emma Baeri, «la storia con la minuscola è quella che sentiamo più nostra, e non è una storia di piccole cose».<ref>{{Cita|Lussana|p. 11}}</ref> In questa prospettiva, la centralità dell’esperienza non implica una riduzione della politica al privato, ma un’estensione del campo del politico a dimensioni precedentemente escluse dall’analisi.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 14-15}}</ref><ref>{{Cita|Bracke|p. 79}}</ref> Nella messa in discussione della separazione tra sfera privata e sfera pubblica. In questa prospettiva, ambiti come la famiglia, la sessualità, la maternità e la vita quotidiana non sono più considerati spazi prepolitici, ma luoghi in cui si esercitano rapporti di potere storicamente determinati. == Introduzione == Il femminismo degli anni Settanta costituisce uno dei passaggi più incisivi della storia politica e culturale dell’Italia contemporanea. Tra la fine degli anni Sessanta e i primi anni Ottanta, una fitta rete di collettivi e gruppi diffusi sull’intero territorio nazionale mise in discussione i ruoli di genere, le relazioni tra i sessi e le stesse categorie attraverso cui venivano definiti la politica, i linguaggi, le forme del sapere e le soggettività. La novità del neofemminismo non risiede unicamente nelle rivendicazioni avanzate, ma nelle pratiche attraverso cui esse furono elaborate: l’autocoscienza, la politicizzazione dell’esperienza personale, la centralità del corpo e della sessualità come luoghi di produzione di sapere e di conflitto. L’esperienza femminile non venne più subordinata a cornici interpretative esterne - di partito, di classe o di tradizione ideologica - ma assunta come punto di partenza per una rielaborazione teorica autonoma, capace di ridefinire il confine tra privato e pubblico, vita e politica, e di interrogare i nessi tra potere, sapere e corporeità. Il femminismo di questo periodo si presenta come un insieme articolato di esperienze differenziate, radicate in contesti territoriali, culturali e politici diversi, con orientamenti teorici e strategie non omogenei. Tale pluralità - visibile nel diverso rapporto con la sinistra, i movimenti e le istituzioni, nell’alternativa tra separatismo e doppia militanza, nelle letture della subordinazione femminile in termini di classe o di differenza sessuale, nelle modalità di intervento pubblico - costituisce un tratto strutturale del movimento. La storiografia ha posto questo nodo al centro della riflessione, interrogandosi sull’uso dei termini “femminismo” e “femminismi”: se il singolare consente di cogliere la forza storica di un processo collettivo accomunato dalla critica alle gerarchie di genere, il plurale rende conto della molteplicità delle culture politiche e dei linguaggi che lo attraversarono (Guerra 2005). La trasformazione che si produce alla fine del decennio non coincide con una cesura netta. Piuttosto, la crisi della forma-movimento apre una fase di riorganizzazione e ridefinizione: negli anni ottanta molte pratiche e molte elaborazioni proseguono in forme differenti, attraverso luoghi culturali, reti associative e iniziative di produzione che consolidano un femminismo meno centrato sulla mobilitazione di massa, ma capace di incidere in modo duraturo nel tessuto sociale (Guerra 2005). La categoria di “eredità” permette di leggere questo passaggio senza ridurlo a una narrazione di declino. Questo volume adotta una prospettiva che intreccia ricostruzione storica e riflessione storiografica, assumendo come oggetto non soltanto gli eventi e le organizzazioni, ma le pratiche, i linguaggi e i luoghi di produzione del sapere femminista. Dopo una sezione dedicata alle genealogie - il rapporto con il ’68, con la tradizione emancipazionista e con le reti transnazionali - il percorso analizza le pratiche fondative, la pluralità delle esperienze, i rapporti con movimenti, partiti e istituzioni, nonché gli spazi materiali e simbolici attraverso cui il femminismo costruì nuove forme di socialità e di cultura. Una parte conclusiva è dedicata alle trasformazioni degli anni ottanta e alle principali interpretazioni storiografiche del neofemminismo, affrontando le questioni di periodizzazione, di metodo e di memoria che ancora attraversano il dibattito. Il volume assume le pratiche, i luoghi e i linguaggi come chiavi di lettura attraverso cui osservare l’intreccio tra dimensione politica, sociale e culturale del femminismo italiano degli anni Settanta, un'intersezione nella quale maggiormente si coglie la portata trasformativa del movimento. == 2.4 Corpo, sessualità, autodeterminazione == Nel femminismo italiano degli anni Settanta, il corpo diventa un terreno centrale di elaborazione politica. Questa centralità si definisce all’interno di un contesto normativo e culturale in cui la sessualità femminile è sottoposta a un insieme articolato di vincoli: la verginità prematrimoniale come norma sociale, la subordinazione della sessualità alla procreazione, la penalizzazione dell’aborto e della contraccezione, e la persistenza di istituti giuridici come il matrimonio riparatore e il delitto d’onore.<ref>{{Cita|Bellè|pp. 66-67}}</ref> È a partire da questa configurazione che il movimento femminista individua nel corpo uno dei luoghi principali in cui si esercita il potere. L’analisi femminista mette in discussione la naturalizzazione del corpo femminile, mostrando come esso sia costruito attraverso pratiche sociali, discorsi medici e dispositivi istituzionali. In questa prospettiva, fenomeni come il ciclo mestruale, la gravidanza e la menopausa vengono sottratti a una lettura esclusivamente biologica e interpretati come ambiti regolati da saperi e norme che contribuiscono a definire la posizione subordinata delle donne.<ref>{{Cita|Petricola|pp. 157-158}}</ref><ref>{{Cita|Petricola|p. 194}}</ref> La medicina e la scienza non sono assunte come ambiti neutri, ma come forme di sapere che partecipano alla costruzione di modelli normativi della sessualità e della salute. In questo quadro si sviluppa una critica alla regolazione della sessualità femminile. Il movimento mette in discussione la sovrapposizione tra sessualità e funzione riproduttiva, evidenziando come essa abbia storicamente subordinato il desiderio femminile a quello maschile e reso invisibile la dimensione del piacere.<ref>{{Cita|Bellè|p. 67}}</ref> La diffusione in Italia di testi come ''Donne è bello'' contribuisce alla circolazione di una critica ai modelli sessuali dominanti, tra cui la teoria dell’«orgasmo vaginale», che aveva definito in termini normativi la sessualità femminile e prodotto forme diffuse di inadeguatezza e colpevolizzazione.<ref>{{Cita|Anabasi|pp. 48-50}}</ref> La ridefinizione della sessualità si intreccia con una rielaborazione della maternità. Il femminismo contesta la sua rappresentazione come destino naturale o dovere sociale, mettendo in discussione il nesso tra identità femminile e funzione riproduttiva. In questo contesto si afferma la rivendicazione della maternità come scelta, che implica il diritto alla contraccezione e all’interruzione volontaria di gravidanza.<ref>{{Cita|Petricola|pp. 1; 9-10}}</ref> Le mobilitazioni su questi temi contribuiscono a una trasformazione del discorso pubblico e trovano un esito sul piano legislativo con l’approvazione della legge n. 194 del 1978. La riflessione sul corpo investe anche la divisione tra produzione e riproduzione. Il lavoro domestico e di cura, storicamente non riconosciuto e non retribuito, viene analizzato come elemento strutturale della riproduzione delle disuguaglianze di genere. In questo ambito si collocano le elaborazioni di gruppi come Lotta Femminista e del Collettivo Internazionale Femminista, che mettono in relazione il lavoro riproduttivo con il funzionamento complessivo del sistema economico.<ref>{{Cita|Bracke|p. 81}}</ref> La centralità del corpo si traduce inoltre in pratiche di riappropriazione del sapere. Attraverso l’autocoscienza e altre forme di confronto, le donne mettono in discussione la delega ai saperi specialistici e costruiscono modalità autonome di conoscenza della propria sessualità e delle proprie funzioni corporee. Questo processo non elimina le tensioni tra diversi orientamenti del movimento: accanto a una critica radicale della scienza medica, si sviluppano anche tentativi di rielaborazione e uso selettivo di strumenti analitici, in particolare nell’ambito della riflessione sulla soggettività. Sul piano storiografico, la politicizzazione del corpo è stata interpretata come uno degli elementi distintivi del femminismo degli anni Settanta. La centralità dell’esperienza corporea e sessuale consente la costruzione di un discorso autonomo delle donne e contribuisce alla ridefinizione delle categorie della politica, estendendo l’analisi ai processi attraverso cui i corpi vengono regolati, rappresentati e vissuti.<ref>{{Cita|Bracke|p. 84}}</ref> Allo stesso tempo, alcune letture mettono in evidenza la persistenza di dinamiche di oggettivazione anche all’interno delle nuove forme di libertà sessuale, sottolineando come la trasformazione dei comportamenti non coincida automaticamente con una trasformazione dei rapporti di potere.<ref>{{Cita|Bracke|p. 81}}</ref> Introduzione Parte II Il femminismo degli anni Settanta si caratterizza per la centralità attribuita alle pratiche - come il separatismo e l’autocoscienza – che non rappresentano semplicemente forme organizzative, ma luoghi di elaborazione politica e di produzione di sapere. La condivisione delle esperienze individuali consente di mettere in discussione l’apparente naturalità dei ruoli di genere e di individuare i meccanismi sociali e culturali che regolano i rapporti tra uomini e donne. In questo senso, le pratiche non si limitano a descrivere la realtà, ma contribuiscono a ridefinirla; la politica non è intesa soltanto come intervento nello spazio pubblico, ma come processo che prende avvio dall’esperienza vissuta e dalle relazioni tra donne. All’interno di questo processo si afferma il principio secondo cui “il personale è politico”, che consente di collegare le esperienze quotidiane alle strutture sociali più ampie. Attraverso questa prospettiva, ambiti tradizionalmente considerati privati – come la sessualità, la maternità e la vita familiare – diventano oggetto di analisi e intervento politico. È in questo quadro che il corpo emerge come un nodo centrale della riflessione femminista. Non si tratta di un ambito già definito, ma di un terreno che prende forma progressivamente attraverso le pratiche del movimento. Le esperienze legate alla sessualità, alla riproduzione e alla salute vengono condivise, confrontate e reinterpretate, dando luogo a una nuova consapevolezza che mette in discussione i modelli culturali dominanti; elaborazione teorica e sperimentazione pratica non costituiscono ambiti separati, ma dimensioni intrecciate di un medesimo percorso di politicizzazione. Le pratiche del movimento non furono adottate in modo uniforme né assunsero significati univoci, ma costituirono un repertorio condiviso, rielaborato in forme differenti nei diversi contesti. Tale pluralità rinvia alla coesistenza di differenti modi di intendere la liberazione delle donne e al rifiuto di modelli organizzativi gerarchici e di una definizione univoca delle priorità. Tuttavia, essa condivise alcuni elementi fondamentali: la messa in discussione della distinzione tra sfera privata e sfera pubblica, la conseguente ridefinizione del politico e delle forme della soggettività femminile. Le sezioni che seguono analizzano, da diverse prospettive, le principali pratiche e i nodi concettuali attraverso cui il femminismo degli anni Settanta ha ridefinito il rapporto tra esperienza, conoscenza e azione politica. Parte 2. Integrazione 2.4 (A+B) Nel femminismo degli anni Settanta, il corpo emerge come terreno centrale di elaborazione politica, attraverso cui vengono messi in discussione i modelli dominanti che regolano l’esperienza femminile. Questa ridefinizione si sviluppa, da un lato, nella reinterpretazione della sessualità, sottratta a definizioni normative e ricondotta all’esperienza delle donne, e, dall’altro, nella messa in discussione della riproduzione e delle forme di controllo del corpo, che investe maternità, contraccezione e aborto. Ne deriva uno spostamento significativo nella posizione delle donne: il corpo non è più assunto come dato naturale, ma come ambito di esperienza e di intervento; la sessualità viene rielaborata come dimensione non subordinata a modelli esterni; la maternità è ridefinita come possibilità e non come destino. In questo senso, l’autodeterminazione non costituisce un presupposto, ma l’esito di un processo di politicizzazione dell’esperienza. == Cronologia principale == === 1965-1982 === {| class="wikitable sortable" ! Anno ! Gruppi che nascono ! Gruppi che si sciolgono ! Eventi ! Convegni / Incontri ! Manifestazioni ! Produzione culturale |- | 1965/66 | Demau | | | | | |- | 1967 | | | | | | |- | 1968 | | | Contestazione studentesca | | | |- | 1969 | Cerchio spezzato (Trento); MLD legato al Partito Radicale | | Autunno caldo | | | |- | 1970 | Rivolta femminile Anabasi Le Nemesiache | |Approvazione della legge sul Divorzio (L. 898/1970) | | | |- | 1971 | Lotta Femminista (PD) | |La Corte Costituzionale depenalizza la diffusione e l'uso degli anticoncezionali. Approvazione della legge a tutela delle lavoratrici madri (L. 1204/1971 - diritto di astenersi dal lavoro 2 mesi prima, 3 dopo il parto) e della L.1044/1971 che introduce il piano quinquennale per l'istituzione di asili nido comunali con il concorso dello Stato | Milano – Convegno presso l’Umanitaria | | Esce ''Quarto mondo'', pubblicata a Roma dal Fronte Italiano di Liberazione Femminile (FILF) |- | 1972 | Cherubini; Lotta Femminista (MI) | | | Bologna – Convegno di varie città; Rouen – Convegno organizzato da Psychoanalyse et Politique; Vandea – Convegno europeo organizzato dal MLF | | Nascono a Roma Edizioni delle donne; Anabasi pubblica l'antologia ''Donne è bello'' ; esce ''Compagna'', rivista di orientamento marxista. Nasce a Roma il Collettivo Femminista Comunista di Via Pomponazzi |- | 1973 | Collettivo San Gottardo; Gruppo Analisi; Gruppo Femminista per una medicina delle donne; Rivolta 3 | Demau | Si forma il CISA; Processo a Gigliola Pierobon (Padova) | Varigotti – incontro tra Cherubini, alcune donne del Veneto e le francesi di Psychanalyse et Politique | | Esce a Roma ''Effe'' , primo mensile femminista di attualità e cultura autogestito a diffusione nazionale; a Bologna ''La voce delle donne comuniste'' e ''Donna proletaria;'' a Milano ''MezzoCielo'' |- | 1974 | Collettivo di via Albenga; Gruppo di Pratica dell’Inconscio; Mondadori; Ticinese | Lotta Femminista | Referendum abrogativo della legge sul divorzio | 1° Convegno Nazionale a Pinarella di Cervia | | Esce ''Sputiamo su Hegel'' di Carla Lonzi; nasce l'editrice romana Dalla parte delle bambine; esce ''Sottosopra'' |- | 1975 | Libreria delle donne di Milano | | Vengono istituiti i consultori familiari (L. 405/1975) Blocco in Senato della proposta di legge sull’aborto | | | Laura Lepetit fonda la casa editrice La Tartaruga; esce ''DWF – Donna Woman Femme'' |- | 1975 | Corsi monografici 150 ore; | Anabasi; Cherubini (trasferimento in Col di Lana); San Gottardo | Elezioni amministrative | Carloforte – Vacanze femministe; Milano – Convegno “Sessualità, maternità, procreazione, aborto”; Milano – Umanitaria “Donne e politica”; San Vincenzo (LI) – Pratica dell’inconscio; 2° Convegno nazionale a Pinarella di Cervia | Roma – Manifestazione nazionale del 6 dicembre | |- | 1976 | Corso 150 ore Affori; Gruppo Donne e Immagine; Gruppo Donne via dell’Orso; Gruppo donne Palazzo di Giustizia; Gruppo n.4 Col di Lana | Gruppo Analisi; Gruppo di Pratica dell’Inconscio; Gruppo Femminista per una medicina delle donne; Rivolta 3 | Elezioni politiche; Formazione della Consulta femminista; Legge nazionale sui consultori | Milano – Convegno “Donne e lavoro”; Paestum – 3° e ultimo convegno nazionale | Milano – Entrata “dimostrativa” nel Duomo (gennaio) | Nasce a Roma la rivista ''Limenetimena;'' esce ''Differenze'', rivista dei Collettivi femministi romani |- | 1977 | Collettivo della Borletti; Gruppo donne via Lanzone; Gruppo Scrittura | | Approvazione legge sulla Parità di Lavoro (L. 903/1977) Movimento del 1977 | Milano – Convegno sulla violenza (Sala Provincia) | | Nasce la Libreria delle donne di Bologna Librellula |- | 1978 | Gruppo Madri del Leoncavallo; Gruppo Scrittura 1; Gruppo Scrittura 2; Gruppo Scrittura 3 | | Approvazione legge sull'aborto (194/1978) Rapimento Moro | | | Esce ''Quotidiano donna,'' settimanale di politica, attualità e cultura ; apre a Cagliari la Libreria gestita dalla coperativa La tarantola |- | 1979 | 150 ore sul Cinema; Redazione di Grattacielo; Redazione milanese di Quotidiano Donne | Collettivo Mondadori; Coordinamento via dell’Orso; Gruppo Donne e Immagine; Mancinelli | “Caso 7 aprile” | Milano – Umanitaria, proposta di legge contro la violenza sessuale | | Apre a Firenze la Libreria delle donne |- | 1980 | Centro Donne Ticinese; Collettivo studentesse liceo Berchet; Collettivo studentesse Università Statale; Cooperativa Gervasia Broxson; Gruppo di psicologia e attività creative; Gruppo Eos; Ristorante Cicip-Ciciap; Ticinese (nuovo) | Col di Lana; Collettivo Borletti | | | Milano – Manifestazione contro abrogazione legge aborto | |- | 1981 | Gruppo Phoenix | Grattacielo; Gruppo donne Palazzo di Giustizia | Referendum abrogativo legge aborto | Firenze – 2° Convegno contro il referendum; Milano – 1° Convegno contro il referendum 194; Roma – Convegno nazionale donne lesbiche; Torino – Convegno internazionale donne lesbiche | | |- | 1982 | | Gruppo n.4; Redazione milanese di Quotidiano Donna | | | | |} hom60m2i0ikj1luxadb22dqvrp4kl7j 491859 491846 2026-04-14T20:00:32Z LorManLor 24993 491859 wikitext text/x-wiki '''I Femminismi negli anni '70 in Italia''' * '''3. Pluralità dei femminismi: soggetti, pratiche, conflitti''' ** 3.1 1965-1973 – Formazione del campo femminista ** 3.2 1974-1976 – Espansione e conflitti strategici ** 3.3 1977-1980 – Trasformazioni della forma-movimento * '''2. Pratiche''' ** 2.1 Separatismo ** 2.2 Autocoscienza ** 2.3 "Il personale è politico" ** 2.4 Corpo, sessualità, autodeterminazione * 2.2 = pratica (autocoscienza) * 2.3 = paradigma teorico (“il personale è politico”) * 2.4 = ambito tematico (corpo) == Capitolo 2. Pratiche == Il capitolo analizza le pratiche attraverso cui il neofemminismo italiano degli anni Settanta rielabora forme dell’azione politica, linguaggi e criteri di analisi. il separatismo come scelta organizzativa e teorica; l'autocoscienza come metodo di elaborazione collettiva dell'esperienza; lo slogan «il personale è politico» come ridefinizione del campo della politica; la centralità del corpo e la rivendicazione dell'autodeterminazione sessuale e riproduttiva come terreno di conflitto, descrivono momenti tra loro connessi di uno stesso percorso: la costruzione di un soggetto femminile autonomo e la ridefinizione del campo della politica, introducendo nuove modalità di lettura dell’esperienza storica. == 2.1 Separatismo == === 2.1.1 Definizione e presupposti === Il separatismo femminista è una pratica politica che consiste nella scelta di organizzarsi tra sole donne, escludendo la presenza maschile dagli spazi di riflessione e di azione. Questa scelta non riguarda soltanto il piano organizzativo, ma si fonda sulla convinzione che linguaggi, modelli interpretativi e dinamiche relazionali dominanti, storicamente strutturati su un punto di vista maschile, rendano necessaria la costruzione di luoghi separati in cui le donne possano definirsi e riconoscersi a partire da sé, elaborando la propria esperienza e costruendo una soggettività politica autonoma. Lo spazio separato è il contesto in cui prende forma l'autocoscienza, la pratica attraverso cui il vissuto individuale diventa oggetto di analisi collettiva. === 2.1.2 Forme e contesti di sviluppo === L’emergere di pratiche separatiste si colloca tra la fine degli anni Sessanta e i primi anni Settanta, nel contesto dei movimenti studenteschi e della nuova sinistra. Una parte significativa delle militanti proviene da queste esperienze e ne condivide inizialmente linguaggi e forme organizzative. La persistenza di rapporti gerarchici tra i sessi all’interno dei gruppi misti e la mancata considerazione, da parte delle organizzazioni della nuova sinistra, dell’oppressione femminile come dato strutturale, conducono progressivamente molte militanti alla scelta di spazi autonomi, in cui tale condizione può essere affrontata senza essere subordinata ad altre priorità politiche. A partire dal 1970, con la formazione di gruppi come Rivolta Femminile e la diffusione di collettivi autonomi in diverse città, la separazione tra donne diventa una pratica riconoscibile e condivisa. Le modalità con cui viene adottata non sono però univoche. In alcune esperienze del femminismo radicale, tra cui quella elaborata da Carla Lonzi, la separazione si traduce in una rottura esplicita con i contesti politici misti e nel rifiuto del rapporto con la cultura e la tradizione teorica maschile. In altri contesti, convive con forme di partecipazione a organizzazioni più ampie, senza escludere completamente l’intervento in ambiti politici condivisi. Queste differenze rinviano a funzioni diverse attribuite alla pratica separatista. In alcune esperienze si intreccia con la critica all'universalismo e con la centralità della differenza sessuale; in ambiti più orientati alla riflessione sulle condizioni materiali viene utilizzata come strumento per rafforzare l’autonomia organizzativa e la capacità di iniziativa delle donne, senza per questo precludere altre forme di intervento. Il rapporto con le organizzazioni della sinistra extraparlamentare costituisce uno dei principali terreni di tensione. Nei gruppi misti, la scelta separatista è spesso interpretata come una rottura rispetto a un progetto politico unitario. All’interno del movimento femminista, il mantenimento di legami con tali organizzazioni è a sua volta oggetto di discussione, in relazione all’esigenza di costruire spazi di elaborazione non mediati. Queste tensioni attraversano l’intero decennio e si manifestano anche in momenti di conflitto pubblico, come nelle mobilitazioni per l’aborto nella metà degli anni Settanta. == 2.2 Autocoscienza == === Definizione === Momento fondativo della pratica femminista, l’autocoscienza è la modalità discorsiva e relazionale attraverso cui le donne si costituiscono come soggetti in rapporto reciproco, rifiutando la mediazione maschile.<ref>{{Cita libro|autore=Manuela Fraire|titolo=Donne nuove: le ragazze degli anni Settanta|anno=2005|editore=Viella|città=Roma|pp=69-80|opera=Il femminismo degli anni Settanta|curatore=Teresa Bertilotti, Anna Scattigno}}</ref><ref>{{Cita libro|autore=Barbara Sandrucci|titolo=Aufklärung al femminile. L'autocoscienza come pratica politica e formativa|anno=2005|editore=Edizioni ETS|città=Pisa|ISBN=88-467-1186-6}}</ref> Elaborata nel contesto della crisi dei movimenti misti del Sessantotto e della Nuova Sinistra, introduce un rovesciamento del rapporto tra esperienza e politica: la vita quotidiana, la sessualità, la famiglia e il corpo diventano ambiti di analisi e di elaborazione. La pratica si sviluppa in piccoli gruppi separatisti che si riuniscono con regolarità in spazi privati. Il principio del «partire da sé» orienta gli interventi: ciascuna prende parola a partire dalla propria esperienza, evitando generalizzazioni e schemi teorici predefiniti. Il racconto individuale, sottoposto all'ascolto delle altre, viene progressivamente riconosciuto come espressione di una condizione condivisa e ricondotto a una dimensione strutturale, rendendo visibili rapporti di potere assenti che non trovavano spazio nelle categorie politiche tradizionali. La soggettività non è assunta come dato, ma si costituisce nella relazione tra donne, attraverso un processo di riconoscimento reciproco. In questa prospettiva si colloca la riflessione di Carla Lonzi, per la quale «il femminismo ha inizio quando la donna cerca la risonanza di sé nell'autenticità di un'altra donna».<ref>{{Cita|Bracke|p. 85|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> === Origini e diffusione === Le radici dell’autocoscienza si collocano nel ''consciousness-raising'' sviluppato dal femminismo radicale statunitense alla fine degli anni Sessanta, in particolare nel contesto delle tensioni interne emerse nei movimenti per i diritti civili e nella New Left. Attraverso testi e pratiche circolati tra il 1968 e i primi anni Settanta - tra cui i materiali raccolti in ''Notes from the First Year'' e il programma elaborato da Kathie Sarachild - il metodo viene recepito e rielaborato in Italia, in particolare grazie al lavoro di traduzione e diffusione promosso dal collettivo milanese Anabasi. Nel contesto italiano la pratica assume configurazioni differenziate. Il Cerchio Spezzato, attivo a Trento dalla fine degli anni sessanta, adotta la formula “presa di coscienza” per sottolinearne la dimensione collettiva. Con la nascita di Rivolta Femminile (1970), l’autocoscienza viene definita come pratica separatista e fondamento di una politica autonoma delle donne. Nei primi anni settanta la diffusione dei gruppi di autocoscienza si intreccia con la formazione di nuovi collettivi femministi, tra cui quelli milanesi legati alla futura Libreria delle Donne, nei quali la pratica viene progressivamente rielaborata anche attraverso il confronto con la psicoanalisi. A differenza del modello statunitense, l'autocoscienza in Italia si configura come uno spazio di elaborazione relativamente autonomo rispetto alle rivendicazioni immediate, con una maggiore attenzione alla trasformazione dell’esperienza e alla costruzione di relazioni tra donne. === Interpretazioni storiografiche e criticità === La storiografia ha riconosciuto all’autocoscienza un ruolo centrale nella formazione del femminismo degli anni Settanta, evidenziandone la funzione nella costruzione di una soggettività femminile autonoma e nella rottura con i paradigmi politici precedenti. Uno degli elementi più discussi riguarda la configurazione dello spazio separatista, che tende a distinguere tra un “dentro”, rappresentato dal gruppo come luogo dell’elaborazione, e un “fuori”, percepito come strutturalmente segnato da rapporti di potere patriarcali. Questa distinzione, funzionale alla costruzione di un linguaggio autonomo, è stata interpretata come fonte di problematicità nelle relazioni con l'esterno, in particolare con le organizzazioni miste e con le pratiche di mediazione e rappresentanza, che presuppongono codici e modalità di azione differenti. Un ulteriore aspetto riguarda le dinamiche interne ai gruppi. L’assenza di gerarchie formali non avrebbe escluso la formazione di leadership implicite, spesso legate al carisma o alla competenza discorsiva. Diverse testimonianze hanno inoltre riportato l’intensità conflittuale di queste esperienze e le difficoltà nel gestire il coinvolgimento emotivo richiesto dalla pratica. Su un piano diverso, alcune interpretazioni hanno messo in evidenza come l'attribuzione di un valore politico immediato al vissuto individuale, potrebbe aver reso più difficile la sua problematizzazione e il confronto critico all’interno del gruppo. Dal punto di vista dei contenuti, è stato rilevata, in alcuni casi, la marginalità attribuita alla figura materna e all'omosessualità, specie se confrontata con altri contesti nazionali. Più in generale, è stato osservato il rischio di una sovrapposizione tra esperienza individuale e validazione politica, che può limitare l’emersione del dissenso. Ulteriori criticità emergono sul piano dei contenuti. La riflessione sulla figura materna rimane spesso marginale o irrisolta, mentre la questione dell’omosessualità femminile occupa una posizione marginale rispetto ad altri contesti nazionali.[ A partire dalla metà degli anni Settanta, queste tensioni contribuiscono a una trasformazione della pratica: in alcuni contesti si sviluppa un confronto con strumenti di analisi differenti, in particolare la psicanalisi, mentre in altri si registra un progressivo spostamento verso forme di intervento politico più direttamente orientate all’azione. == 2.3 «Il personale è politico» == L'espressione «il personale è politico», mutuata dal saggio pubblicato da Carol Hanisch nel 1969 nell'ambito del femminismo radicale statunitense, mette in discussione la separazione tra sfera privata e sfera pubblica, tradizionalmente considerata la categoria strutturante del pensiero politico moderno. <ref>{{Cita libro|autore=Elda Guerra|titolo=Una nuova soggettività: femminismo e femminismi nel passaggio degli anni Settanta|anno=2005|editore=Viella|città=Roma|pp=25-67|opera=Il femminismo degli anni settanta|curatore=Teresa Bertilotti, Anna Scattigno}}</ref> Più che uno slogan, si tratta di un dispositivo epistemologico che ridefinisce tanto l'oggetto quanto il soggetto dell'agire politico: non più circoscritta alle istituzioni, ai partiti o alla rappresentanza, la politica include le relazioni quotidiane e i contesti in cui si producono e si riproducono le disuguaglianze di genere; il soggetto politico cessa di essere il cittadino universale astratto, costruito su parametri maschili, e si configura come un soggetto sessuato, storicamente escluso da quella universalità.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 12-13|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Nel contesto dei movimenti della Nuova Sinistra, la politica è generalmente concepita come attività collocata nello spazio pubblico e organizzata attorno a soggetti collettivi definiti — classe, partito, movimento — mentre la sfera privata è considerata un ambito secondario. Il femminismo degli anni Settanta mette in discussione questa distinzione, mostrando come ciò che viene definito “privato” (le relazioni familiari, la sessualità, la divisione del lavoro domestico e la vita affettiva) costituisca uno spazio strutturale di esercizio del potere.<ref>[44]</ref> Questo spostamento implica una trasformazione del rapporto tra esperienza e teoria. Attraverso l’autocoscienza, situazioni inizialmente percepite come individuali vengono riconosciute come espressione di una condizione comune. In questa prospettiva il principio non consiste nell’estensione della politica al privato, ma nella ridefinizione del privato come ambito già strutturato politicamente.[46] Sul piano storiografico, questo processo è stato interpretato come una ridefinizione del soggetto storico. L'introduzione delle esperienze e delle memorie individuali nella narrazione ha contribuito a mettere in discussione una tradizione storiografica centrata sulla sfera pubblica e sugli attori maschili, estendendo il campo del politico a dimensioni precedentemente escluse dall'analisi.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 14-15|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref><ref>{{Cita|Bracke|p. 79|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Come osserva Emma Baeri, «la storia con la minuscola è quella che sentiamo più nostra, e non è una storia di piccole cose».<ref>{{Cita|Lussana|p. 11|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> == Note == # 43. C. Hanisch, «Il personale è politico», in Gruppo Anabasi (a cura di), ''Donne è bello'', Mazzotta, Milano 1972, p. 107; F. Lussana, ''Il movimento femminista in Italia'', Carocci, Roma 2012, pp. 32–33. # 44. M. Bracke, ''La nuova politica delle donne'', Viella, Roma 2014, p. 79. # 45. L. Passerini, ''Storie di donne e femministe'', Rosenberg & Sellier, Torino 1991, p. 160; Bracke, cit., pp. 84–85. # 46. F. Lussana, cit., pp. 14–15. # 47. F. Lussana, cit., pp. 32–33. # 48. F. Lussana, cit., pp. 34–35. # 49. M. Bracke, cit., pp. 90–91. # 50. F. Lussana, cit., pp. 155–158. # 51.F. Lussana, cit., pp. 14–15; M. Bracke, cit., p. 79. == 2.4 Corpo, sessualità, autodeterminazione == Nel femminismo italiano degli anni Settanta, il corpo diventa un terreno centrale di elaborazione politica. Questa centralità si definisce all’interno di un contesto normativo e culturale in cui la sessualità femminile è soggetta a un intreccio di prescrizioni morali, giuridiche e mediche: dalla verginità prematrimoniale come norma sociale alla subordinazione della sessualità alla procreazione, fino alla disciplina penale dell'aborto e della contraccezione e alla persistenza di istituti come il matrimonio riparatore e il delitto d’onore.<ref>{{Cita|Bellè|pp. 66-67}}</ref> L’analisi femminista mette in discussione la naturalizzazione del corpo femminile, mostrando come esso sia costruito attraverso pratiche sociali, discorsi medici e dispositivi istituzionali. In questa prospettiva fenomeni come il ciclo mestruale, la gravidanza e la menopausa vengono sottratti a una lettura esclusivamente biologica e interpretati come ambiti regolati da norme e rappresentazioni che contribuiscono a definire la posizione subordinata delle donne.<ref>[2][3]</ref>La medicina e la scienza non sono assunte come ambiti neutri, ma come forme di sapere che partecipano alla costruzione di modelli normativi della sessualità e della salute. In questo quadro si sviluppa una critica alla regolazione della sessualità femminile. Il movimento contesta la sovrapposizione tra sessualità e funzione riproduttiva, evidenziando come essa abbia storicamente subordinato il desiderio femminile a quello maschile e reso invisibile la dimensione del piacere.<ref>{{Cita|Bellè|p. 67}}</ref> La diffusione in Italia di testi come ''Donne è bello'' contribuisce alla circolazione di una critica ai modelli sessuali dominanti, tra cui la teoria dell’«orgasmo vaginale», che aveva definito in termini normativi la sessualità femminile.<ref>{{Cita|Anabasi|pp. 48-50}}</ref> La ridefinizione della sessualità si intreccia con una rielaborazione della maternità. Il femminismo contesta la sua rappresentazione come destino naturale o dovere sociale, mettendo in discussione il nesso tra identità femminile e funzione riproduttiva. In questo contesto si afferma la rivendicazione della maternità come scelta, che implica il diritto alla contraccezione e all’interruzione volontaria di gravidanza.<ref>{{Cita|Petricola|pp. 1; 9-10}}</ref> Le mobilitazioni su questi temi contribuiscono a una trasformazione del discorso pubblico e trovano un esito sul piano legislativo con l’approvazione della legge n. 194 del 1978. La riflessione sul corpo investe anche la divisione tra produzione e riproduzione. Il lavoro domestico e di cura, storicamente non riconosciuto e non retribuito, viene analizzato come elemento strutturale della riproduzione delle disuguaglianze di genere. In questo ambito si collocano le elaborazioni di gruppi come Lotta Femminista e del Collettivo Internazionale Femminista, che mettono in relazione il lavoro riproduttivo con il funzionamento complessivo del sistema economico.<ref>{{Cita|Bracke|p. 81}}</ref> La centralità del corpo si traduce inoltre in pratiche di riappropriazione del sapere. Attraverso l’autocoscienza e altre forme di confronto, le donne mettono in discussione la delega ai saperi specialistici e costruiscono modalità autonome di conoscenza della propria sessualità e delle proprie funzioni corporee. Questo processo non elimina le tensioni tra diversi orientamenti del movimento: accanto a una critica radicale della scienza medica, si sviluppano anche tentativi di rielaborazione e uso selettivo di strumenti analitici, in particolare nell’ambito della riflessione sulla soggettività. Sul piano storiografico, la politicizzazione del corpo è stata interpretata come uno degli elementi distintivi del femminismo degli anni Settanta. La centralità dell’esperienza corporea e sessuale consente la costruzione di un discorso autonomo delle donne e contribuisce alla ridefinizione delle categorie della politica, estendendo l’analisi ai processi attraverso cui i corpi vengono regolati, rappresentati e vissuti.<ref>{{Cita|Bracke|p. 84}}</ref> Allo stesso tempo, alcune letture hanno evidenziato la persistenza di dinamiche di oggettivazione anche all’interno delle nuove forme di libertà sessuale, sottolineando come la trasformazione dei comportamenti non coincida automaticamente con una trasformazione dei rapporti di potere.<ref>{{Cita|Bracke|p. 81}}</ref> La centralità del corpo si traduce anche in pratiche di riappropriazione del sapere. Attraverso l’autocoscienza e altre forme di confronto, le donne mettono in discussione la delega ai saperi specialistici e costruiscono modalità autonome di conoscenza della propria sessualità e delle proprie funzioni corporee. In alcuni contesti, questa critica si accompagna a un confronto selettivo con strumenti teorici differenti, in particolare con la psicoanalisi, utilizzati per l’analisi della soggettività. Sul piano storiografico, la politicizzazione del corpo è stata interpretata come uno degli elementi distintivi del femminismo degli anni Settanta. La centralità dell’esperienza corporea e sessuale contribuisce alla costruzione di un discorso autonomo delle donne e alla ridefinizione delle categorie della politica, estendendo l’analisi ai processi attraverso cui i corpi vengono regolati, rappresentati e vissuti.<ref>[8]</ref> Alcune interpretazioni hanno inoltre evidenziato come la trasformazione dei comportamenti e dei modelli sessuali non comporti automaticamente una trasformazione dei rapporti di potere, segnalando la persistenza di dinamiche di oggettivazione anche all’interno delle nuove forme di libertà.<ref>[9]</ref> L'espressione «il personale è politico», mutuata dal saggio pubblicato da Carol Hanisch nel 1969 nell'ambito del femminismo radicale statunitense, mette in discussione la separazione tra sfera privata e sfera pubblica, tradizionalmente considerata la categoria strutturante del pensiero politico moderno. Più che uno slogan, si tratta di un dispositivo epistemologico che ridefinisce tanto l'oggetto quanto il soggetto dell'agire politico: non più circoscritta alle istituzioni, ai partiti o alla rappresentanza, la politica include le relazioni quotidiane e i contesti in cui si producono e si riproducono le disuguaglianze di genere; il soggetto politico cessa di essere il cittadino universale astratto, costruito su parametri maschili, e si configura come un soggetto sessuato, storicamente escluso da quella universalità.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 12-13|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Sul piano storiografico, questo spostamento è stato interpretato come una ridefinizione del soggetto storico. L'introduzione delle esperienze e delle memorie individuali nella narrazione ha contribuito a mettere in discussione una tradizione storiografica centrata sulla sfera pubblica e sugli attori maschili, estendendo il campo del politico a dimensioni precedentemente escluse dall'analisi.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 14-15|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref><ref>{{Cita|Bracke|p. 79|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Come osserva Emma Baeri, «la storia con la minuscola è quella che sentiamo più nostra, e non è una storia di piccole cose».<ref>{{Cita|Lussana|p. 11|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> 2.3 «Il personale è politico» Lo slogan «il personale è politico» - mutuato dal titolo del saggio che Carol Hanisch pubblicò nel 1969 nell'ambito del femminismo radicale statunitense e tradotto e diffuso in Italia nella prima metà degli anni Settanta - sintetizza una ridefinizione radicale del concetto di politica attraverso la messa in discussione della separazione tra sfera privata e sfera pubblica. La politica non è più identificata esclusivamente con le istituzioni, i partiti o la rappresentanza, ma estesa alle relazioni quotidiane e ai contesti in cui si producono e si riproducono le disuguaglianze di genere. In questo quadro si collocano sia il ricorso al separatismo come scelta di sottrazione a contesti percepiti come strutturalmente segnati da rapporti di potere maschili, sia l’elaborazione di pratiche come l'autocoscienza, fondate sulla relazione tra donne. Il confronto tra esperienze individuali consente di individuare elementi ricorrenti e di interpretare situazioni vissute come personali - il disagio domestico, l'insoddisfazione sessuale, la dipendenza economica - come espressioni di una condizione di oppressione comune. In questo passaggio, il vissuto individuale acquisisce rilevanza politica in quanto oggetto di elaborazione collettiva.<ref>{{Cita|Passerini|p. 160}}</ref> «Il personale è politico» più che uno slogan è un dispositivo epistemologico che ridefinisce tanto l'oggetto quanto il soggetto della politica. Nel contesto italiano tale principio si definisce attraverso il confronto con le principali culture politiche del Novecento. Da un lato, esso si oppone alla tradizione emancipazionista del movimento delle donne, rappresentata da organizzazioni come l’UDI, che avevano orientato la propria azione verso l’estensione dei diritti e l’inclusione nel sistema politico e lavorativo esistente, assumendo come riferimento un modello di cittadinanza costruito su parametri maschili. Il neofemminismo mette in discussione le categorie fondamentali di questo impianto - politica, lavoro, storia, sapere - evidenziando come l’uguaglianza formale non incida sui rapporti di potere che strutturano la vita quotidiana.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 32-33}}</ref> La «liberazione», termine che sostituisce «emancipazione» nel vocabolario del movimento, non indica un'inclusione ma una trasformazione strutturale. Dall’altro lato, il principio entra in tensione con le tradizioni teoriche della sinistra. In particolare, il marxismo viene criticato per aver subordinato la questione femminile alla lotta di classe, definito ambiti come la famiglia, la sessualità, la maternità e la vita quotidiana spazi prepolitici, escluso dall’analisi economica il lavoro domestico e riproduttivo. Il femminismo insiste sul fatto che i rapporti di potere si articolano anche all’interno della sfera familiare e delle relazioni affettive, e non possono essere ricondotti esclusivamente alle dinamiche economiche.<ref>{{Cita|Bracke|pp. 90-91}}</ref><ref>{{Cita|Lussana|pp. 15-16}}</ref> Sul piano storiografico, questo spostamento è stato interpretato come una ridefinizione del soggetto storico. L’introduzione delle esperienze e delle memorie individuali nella narrazione ha contribuito a mettere in discussione una tradizione centrata sulla sfera pubblica e sugli attori maschili. Come osserva Emma Baeri, «la storia con la minuscola è quella che sentiamo più nostra, e non è una storia di piccole cose».<ref>{{Cita|Lussana|p. 11}}</ref> In questa prospettiva, la centralità dell’esperienza non implica una riduzione della politica al privato, ma un’estensione del campo del politico a dimensioni precedentemente escluse dall’analisi.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 14-15}}</ref><ref>{{Cita|Bracke|p. 79}}</ref> Nella messa in discussione della separazione tra sfera privata e sfera pubblica. In questa prospettiva, ambiti come la famiglia, la sessualità, la maternità e la vita quotidiana non sono più considerati spazi prepolitici, ma luoghi in cui si esercitano rapporti di potere storicamente determinati. == Introduzione == Il femminismo degli anni Settanta costituisce uno dei passaggi più incisivi della storia politica e culturale dell’Italia contemporanea. Tra la fine degli anni Sessanta e i primi anni Ottanta, una fitta rete di collettivi e gruppi diffusi sull’intero territorio nazionale mise in discussione i ruoli di genere, le relazioni tra i sessi e le stesse categorie attraverso cui venivano definiti la politica, i linguaggi, le forme del sapere e le soggettività. La novità del neofemminismo non risiede unicamente nelle rivendicazioni avanzate, ma nelle pratiche attraverso cui esse furono elaborate: l’autocoscienza, la politicizzazione dell’esperienza personale, la centralità del corpo e della sessualità come luoghi di produzione di sapere e di conflitto. L’esperienza femminile non venne più subordinata a cornici interpretative esterne - di partito, di classe o di tradizione ideologica - ma assunta come punto di partenza per una rielaborazione teorica autonoma, capace di ridefinire il confine tra privato e pubblico, vita e politica, e di interrogare i nessi tra potere, sapere e corporeità. Il femminismo di questo periodo si presenta come un insieme articolato di esperienze differenziate, radicate in contesti territoriali, culturali e politici diversi, con orientamenti teorici e strategie non omogenei. Tale pluralità - visibile nel diverso rapporto con la sinistra, i movimenti e le istituzioni, nell’alternativa tra separatismo e doppia militanza, nelle letture della subordinazione femminile in termini di classe o di differenza sessuale, nelle modalità di intervento pubblico - costituisce un tratto strutturale del movimento. La storiografia ha posto questo nodo al centro della riflessione, interrogandosi sull’uso dei termini “femminismo” e “femminismi”: se il singolare consente di cogliere la forza storica di un processo collettivo accomunato dalla critica alle gerarchie di genere, il plurale rende conto della molteplicità delle culture politiche e dei linguaggi che lo attraversarono (Guerra 2005). La trasformazione che si produce alla fine del decennio non coincide con una cesura netta. Piuttosto, la crisi della forma-movimento apre una fase di riorganizzazione e ridefinizione: negli anni ottanta molte pratiche e molte elaborazioni proseguono in forme differenti, attraverso luoghi culturali, reti associative e iniziative di produzione che consolidano un femminismo meno centrato sulla mobilitazione di massa, ma capace di incidere in modo duraturo nel tessuto sociale (Guerra 2005). La categoria di “eredità” permette di leggere questo passaggio senza ridurlo a una narrazione di declino. Questo volume adotta una prospettiva che intreccia ricostruzione storica e riflessione storiografica, assumendo come oggetto non soltanto gli eventi e le organizzazioni, ma le pratiche, i linguaggi e i luoghi di produzione del sapere femminista. Dopo una sezione dedicata alle genealogie - il rapporto con il ’68, con la tradizione emancipazionista e con le reti transnazionali - il percorso analizza le pratiche fondative, la pluralità delle esperienze, i rapporti con movimenti, partiti e istituzioni, nonché gli spazi materiali e simbolici attraverso cui il femminismo costruì nuove forme di socialità e di cultura. Una parte conclusiva è dedicata alle trasformazioni degli anni ottanta e alle principali interpretazioni storiografiche del neofemminismo, affrontando le questioni di periodizzazione, di metodo e di memoria che ancora attraversano il dibattito. Il volume assume le pratiche, i luoghi e i linguaggi come chiavi di lettura attraverso cui osservare l’intreccio tra dimensione politica, sociale e culturale del femminismo italiano degli anni Settanta, un'intersezione nella quale maggiormente si coglie la portata trasformativa del movimento. == 2.4 Corpo, sessualità, autodeterminazione == Nel femminismo italiano degli anni Settanta, il corpo diventa un terreno centrale di elaborazione politica. Questa centralità si definisce all’interno di un contesto normativo e culturale in cui la sessualità femminile è sottoposta a un insieme articolato di vincoli: la verginità prematrimoniale come norma sociale, la subordinazione della sessualità alla procreazione, la penalizzazione dell’aborto e della contraccezione, e la persistenza di istituti giuridici come il matrimonio riparatore e il delitto d’onore.<ref>{{Cita|Bellè|pp. 66-67}}</ref> È a partire da questa configurazione che il movimento femminista individua nel corpo uno dei luoghi principali in cui si esercita il potere. L’analisi femminista mette in discussione la naturalizzazione del corpo femminile, mostrando come esso sia costruito attraverso pratiche sociali, discorsi medici e dispositivi istituzionali. In questa prospettiva, fenomeni come il ciclo mestruale, la gravidanza e la menopausa vengono sottratti a una lettura esclusivamente biologica e interpretati come ambiti regolati da saperi e norme che contribuiscono a definire la posizione subordinata delle donne.<ref>{{Cita|Petricola|pp. 157-158}}</ref><ref>{{Cita|Petricola|p. 194}}</ref> La medicina e la scienza non sono assunte come ambiti neutri, ma come forme di sapere che partecipano alla costruzione di modelli normativi della sessualità e della salute. In questo quadro si sviluppa una critica alla regolazione della sessualità femminile. Il movimento mette in discussione la sovrapposizione tra sessualità e funzione riproduttiva, evidenziando come essa abbia storicamente subordinato il desiderio femminile a quello maschile e reso invisibile la dimensione del piacere.<ref>{{Cita|Bellè|p. 67}}</ref> La diffusione in Italia di testi come ''Donne è bello'' contribuisce alla circolazione di una critica ai modelli sessuali dominanti, tra cui la teoria dell’«orgasmo vaginale», che aveva definito in termini normativi la sessualità femminile e prodotto forme diffuse di inadeguatezza e colpevolizzazione.<ref>{{Cita|Anabasi|pp. 48-50}}</ref> La ridefinizione della sessualità si intreccia con una rielaborazione della maternità. Il femminismo contesta la sua rappresentazione come destino naturale o dovere sociale, mettendo in discussione il nesso tra identità femminile e funzione riproduttiva. In questo contesto si afferma la rivendicazione della maternità come scelta, che implica il diritto alla contraccezione e all’interruzione volontaria di gravidanza.<ref>{{Cita|Petricola|pp. 1; 9-10}}</ref> Le mobilitazioni su questi temi contribuiscono a una trasformazione del discorso pubblico e trovano un esito sul piano legislativo con l’approvazione della legge n. 194 del 1978. La riflessione sul corpo investe anche la divisione tra produzione e riproduzione. Il lavoro domestico e di cura, storicamente non riconosciuto e non retribuito, viene analizzato come elemento strutturale della riproduzione delle disuguaglianze di genere. In questo ambito si collocano le elaborazioni di gruppi come Lotta Femminista e del Collettivo Internazionale Femminista, che mettono in relazione il lavoro riproduttivo con il funzionamento complessivo del sistema economico.<ref>{{Cita|Bracke|p. 81}}</ref> La centralità del corpo si traduce inoltre in pratiche di riappropriazione del sapere. Attraverso l’autocoscienza e altre forme di confronto, le donne mettono in discussione la delega ai saperi specialistici e costruiscono modalità autonome di conoscenza della propria sessualità e delle proprie funzioni corporee. Questo processo non elimina le tensioni tra diversi orientamenti del movimento: accanto a una critica radicale della scienza medica, si sviluppano anche tentativi di rielaborazione e uso selettivo di strumenti analitici, in particolare nell’ambito della riflessione sulla soggettività. Sul piano storiografico, la politicizzazione del corpo è stata interpretata come uno degli elementi distintivi del femminismo degli anni Settanta. La centralità dell’esperienza corporea e sessuale consente la costruzione di un discorso autonomo delle donne e contribuisce alla ridefinizione delle categorie della politica, estendendo l’analisi ai processi attraverso cui i corpi vengono regolati, rappresentati e vissuti.<ref>{{Cita|Bracke|p. 84}}</ref> Allo stesso tempo, alcune letture mettono in evidenza la persistenza di dinamiche di oggettivazione anche all’interno delle nuove forme di libertà sessuale, sottolineando come la trasformazione dei comportamenti non coincida automaticamente con una trasformazione dei rapporti di potere.<ref>{{Cita|Bracke|p. 81}}</ref> Introduzione Parte II Il femminismo degli anni Settanta si caratterizza per la centralità attribuita alle pratiche - come il separatismo e l’autocoscienza – che non rappresentano semplicemente forme organizzative, ma luoghi di elaborazione politica e di produzione di sapere. La condivisione delle esperienze individuali consente di mettere in discussione l’apparente naturalità dei ruoli di genere e di individuare i meccanismi sociali e culturali che regolano i rapporti tra uomini e donne. In questo senso, le pratiche non si limitano a descrivere la realtà, ma contribuiscono a ridefinirla; la politica non è intesa soltanto come intervento nello spazio pubblico, ma come processo che prende avvio dall’esperienza vissuta e dalle relazioni tra donne. All’interno di questo processo si afferma il principio secondo cui “il personale è politico”, che consente di collegare le esperienze quotidiane alle strutture sociali più ampie. Attraverso questa prospettiva, ambiti tradizionalmente considerati privati – come la sessualità, la maternità e la vita familiare – diventano oggetto di analisi e intervento politico. È in questo quadro che il corpo emerge come un nodo centrale della riflessione femminista. Non si tratta di un ambito già definito, ma di un terreno che prende forma progressivamente attraverso le pratiche del movimento. Le esperienze legate alla sessualità, alla riproduzione e alla salute vengono condivise, confrontate e reinterpretate, dando luogo a una nuova consapevolezza che mette in discussione i modelli culturali dominanti; elaborazione teorica e sperimentazione pratica non costituiscono ambiti separati, ma dimensioni intrecciate di un medesimo percorso di politicizzazione. Le pratiche del movimento non furono adottate in modo uniforme né assunsero significati univoci, ma costituirono un repertorio condiviso, rielaborato in forme differenti nei diversi contesti. Tale pluralità rinvia alla coesistenza di differenti modi di intendere la liberazione delle donne e al rifiuto di modelli organizzativi gerarchici e di una definizione univoca delle priorità. Tuttavia, essa condivise alcuni elementi fondamentali: la messa in discussione della distinzione tra sfera privata e sfera pubblica, la conseguente ridefinizione del politico e delle forme della soggettività femminile. Le sezioni che seguono analizzano, da diverse prospettive, le principali pratiche e i nodi concettuali attraverso cui il femminismo degli anni Settanta ha ridefinito il rapporto tra esperienza, conoscenza e azione politica. Parte 2. Integrazione 2.4 (A+B) Nel femminismo degli anni Settanta, il corpo emerge come terreno centrale di elaborazione politica, attraverso cui vengono messi in discussione i modelli dominanti che regolano l’esperienza femminile. Questa ridefinizione si sviluppa, da un lato, nella reinterpretazione della sessualità, sottratta a definizioni normative e ricondotta all’esperienza delle donne, e, dall’altro, nella messa in discussione della riproduzione e delle forme di controllo del corpo, che investe maternità, contraccezione e aborto. Ne deriva uno spostamento significativo nella posizione delle donne: il corpo non è più assunto come dato naturale, ma come ambito di esperienza e di intervento; la sessualità viene rielaborata come dimensione non subordinata a modelli esterni; la maternità è ridefinita come possibilità e non come destino. In questo senso, l’autodeterminazione non costituisce un presupposto, ma l’esito di un processo di politicizzazione dell’esperienza. == Cronologia principale == === 1965-1982 === {| class="wikitable sortable" ! Anno ! Gruppi che nascono ! Gruppi che si sciolgono ! Eventi ! Convegni / Incontri ! Manifestazioni ! Produzione culturale |- | 1965/66 | Demau | | | | | |- | 1967 | | | | | | |- | 1968 | | | Contestazione studentesca | | | |- | 1969 | Cerchio spezzato (Trento); MLD legato al Partito Radicale | | Autunno caldo | | | |- | 1970 | Rivolta femminile Anabasi Le Nemesiache | |Approvazione della legge sul Divorzio (L. 898/1970) | | | |- | 1971 | Lotta Femminista (PD) | |La Corte Costituzionale depenalizza la diffusione e l'uso degli anticoncezionali. Approvazione della legge a tutela delle lavoratrici madri (L. 1204/1971 - diritto di astenersi dal lavoro 2 mesi prima, 3 dopo il parto) e della L.1044/1971 che introduce il piano quinquennale per l'istituzione di asili nido comunali con il concorso dello Stato | Milano – Convegno presso l’Umanitaria | | Esce ''Quarto mondo'', pubblicata a Roma dal Fronte Italiano di Liberazione Femminile (FILF) |- | 1972 | Cherubini; Lotta Femminista (MI) | | | Bologna – Convegno di varie città; Rouen – Convegno organizzato da Psychoanalyse et Politique; Vandea – Convegno europeo organizzato dal MLF | | Nascono a Roma Edizioni delle donne; Anabasi pubblica l'antologia ''Donne è bello'' ; esce ''Compagna'', rivista di orientamento marxista. Nasce a Roma il Collettivo Femminista Comunista di Via Pomponazzi |- | 1973 | Collettivo San Gottardo; Gruppo Analisi; Gruppo Femminista per una medicina delle donne; Rivolta 3 | Demau | Si forma il CISA; Processo a Gigliola Pierobon (Padova) | Varigotti – incontro tra Cherubini, alcune donne del Veneto e le francesi di Psychanalyse et Politique | | Esce a Roma ''Effe'' , primo mensile femminista di attualità e cultura autogestito a diffusione nazionale; a Bologna ''La voce delle donne comuniste'' e ''Donna proletaria;'' a Milano ''MezzoCielo'' |- | 1974 | Collettivo di via Albenga; Gruppo di Pratica dell’Inconscio; Mondadori; Ticinese | Lotta Femminista | Referendum abrogativo della legge sul divorzio | 1° Convegno Nazionale a Pinarella di Cervia | | Esce ''Sputiamo su Hegel'' di Carla Lonzi; nasce l'editrice romana Dalla parte delle bambine; esce ''Sottosopra'' |- | 1975 | Libreria delle donne di Milano | | Vengono istituiti i consultori familiari (L. 405/1975) Blocco in Senato della proposta di legge sull’aborto | | | Laura Lepetit fonda la casa editrice La Tartaruga; esce ''DWF – Donna Woman Femme'' |- | 1975 | Corsi monografici 150 ore; | Anabasi; Cherubini (trasferimento in Col di Lana); San Gottardo | Elezioni amministrative | Carloforte – Vacanze femministe; Milano – Convegno “Sessualità, maternità, procreazione, aborto”; Milano – Umanitaria “Donne e politica”; San Vincenzo (LI) – Pratica dell’inconscio; 2° Convegno nazionale a Pinarella di Cervia | Roma – Manifestazione nazionale del 6 dicembre | |- | 1976 | Corso 150 ore Affori; Gruppo Donne e Immagine; Gruppo Donne via dell’Orso; Gruppo donne Palazzo di Giustizia; Gruppo n.4 Col di Lana | Gruppo Analisi; Gruppo di Pratica dell’Inconscio; Gruppo Femminista per una medicina delle donne; Rivolta 3 | Elezioni politiche; Formazione della Consulta femminista; Legge nazionale sui consultori | Milano – Convegno “Donne e lavoro”; Paestum – 3° e ultimo convegno nazionale | Milano – Entrata “dimostrativa” nel Duomo (gennaio) | Nasce a Roma la rivista ''Limenetimena;'' esce ''Differenze'', rivista dei Collettivi femministi romani |- | 1977 | Collettivo della Borletti; Gruppo donne via Lanzone; Gruppo Scrittura | | Approvazione legge sulla Parità di Lavoro (L. 903/1977) Movimento del 1977 | Milano – Convegno sulla violenza (Sala Provincia) | | Nasce la Libreria delle donne di Bologna Librellula |- | 1978 | Gruppo Madri del Leoncavallo; Gruppo Scrittura 1; Gruppo Scrittura 2; Gruppo Scrittura 3 | | Approvazione legge sull'aborto (194/1978) Rapimento Moro | | | Esce ''Quotidiano donna,'' settimanale di politica, attualità e cultura ; apre a Cagliari la Libreria gestita dalla coperativa La tarantola |- | 1979 | 150 ore sul Cinema; Redazione di Grattacielo; Redazione milanese di Quotidiano Donne | Collettivo Mondadori; Coordinamento via dell’Orso; Gruppo Donne e Immagine; Mancinelli | “Caso 7 aprile” | Milano – Umanitaria, proposta di legge contro la violenza sessuale | | Apre a Firenze la Libreria delle donne |- | 1980 | Centro Donne Ticinese; Collettivo studentesse liceo Berchet; Collettivo studentesse Università Statale; Cooperativa Gervasia Broxson; Gruppo di psicologia e attività creative; Gruppo Eos; Ristorante Cicip-Ciciap; Ticinese (nuovo) | Col di Lana; Collettivo Borletti | | | Milano – Manifestazione contro abrogazione legge aborto | |- | 1981 | Gruppo Phoenix | Grattacielo; Gruppo donne Palazzo di Giustizia | Referendum abrogativo legge aborto | Firenze – 2° Convegno contro il referendum; Milano – 1° Convegno contro il referendum 194; Roma – Convegno nazionale donne lesbiche; Torino – Convegno internazionale donne lesbiche | | |- | 1982 | | Gruppo n.4; Redazione milanese di Quotidiano Donna | | | | |} ovg1hwdkmmqzc4e3dcmmvjo4w7ga5nb 491866 491859 2026-04-15T08:29:25Z LorManLor 24993 491866 wikitext text/x-wiki '''I Femminismi negli anni '70 in Italia''' * '''3. Pluralità dei femminismi: soggetti, pratiche, conflitti''' ** 3.1 1965-1973 – Formazione del campo femminista ** 3.2 1974-1976 – Espansione e conflitti strategici ** 3.3 1977-1980 – Trasformazioni della forma-movimento * '''2. Pratiche''' ** 2.1 Separatismo ** 2.2 Autocoscienza ** 2.3 "Il personale è politico" ** 2.4 Corpo, sessualità, autodeterminazione * 2.2 = pratica (autocoscienza) * 2.3 = paradigma teorico (“il personale è politico”) * 2.4 = ambito tematico (corpo) == Capitolo 2. Pratiche == Il capitolo analizza le pratiche attraverso cui il neofemminismo italiano degli anni Settanta rielabora forme dell’azione politica, linguaggi e criteri di analisi. il separatismo come scelta organizzativa e teorica; l'autocoscienza come metodo di elaborazione collettiva dell'esperienza; lo slogan «il personale è politico» come ridefinizione del campo della politica; la centralità del corpo e la rivendicazione dell'autodeterminazione sessuale e riproduttiva come terreno di conflitto, descrivono momenti tra loro connessi di uno stesso percorso: la costruzione di un soggetto femminile autonomo e la ridefinizione del campo della politica, introducendo nuove modalità di lettura dell’esperienza storica. == 2.1 Separatismo == === 2.1.1 Definizione e presupposti === Il separatismo femminista è una pratica politica che consiste nella scelta di organizzarsi tra sole donne, escludendo la presenza maschile dagli spazi di riflessione e di azione. Questa scelta non riguarda soltanto il piano organizzativo, ma si fonda sulla convinzione che linguaggi, modelli interpretativi e dinamiche relazionali dominanti, storicamente strutturati su un punto di vista maschile, rendano necessaria la costruzione di luoghi separati in cui le donne possano definirsi e riconoscersi a partire da sé, elaborando la propria esperienza e costruendo una soggettività politica autonoma. Lo spazio separato è il contesto in cui prende forma l'autocoscienza, la pratica attraverso cui il vissuto individuale diventa oggetto di analisi collettiva. === 2.1.2 Forme e contesti di sviluppo === L’emergere di pratiche separatiste si colloca tra la fine degli anni Sessanta e i primi anni Settanta, nel contesto dei movimenti studenteschi e della nuova sinistra. Una parte significativa delle militanti proviene da queste esperienze e ne condivide inizialmente linguaggi e forme organizzative. La persistenza di rapporti gerarchici tra i sessi all’interno dei gruppi misti e la mancata considerazione, da parte delle organizzazioni della nuova sinistra, dell’oppressione femminile come dato strutturale, conducono progressivamente molte militanti alla scelta di spazi autonomi, in cui tale condizione può essere affrontata senza essere subordinata ad altre priorità politiche. A partire dal 1970, con la formazione di gruppi come Rivolta Femminile e la diffusione di collettivi autonomi in diverse città, la separazione tra donne diventa una pratica riconoscibile e condivisa. Le modalità con cui viene adottata non sono però univoche. In alcune esperienze del femminismo radicale, tra cui quella elaborata da Carla Lonzi, la separazione si traduce in una rottura esplicita con i contesti politici misti e nel rifiuto del rapporto con la cultura e la tradizione teorica maschile. In altri contesti, convive con forme di partecipazione a organizzazioni più ampie, senza escludere completamente l’intervento in ambiti politici condivisi. Queste differenze rinviano a funzioni diverse attribuite alla pratica separatista. In alcune esperienze si intreccia con la critica all'universalismo e con la centralità della differenza sessuale; in ambiti più orientati alla riflessione sulle condizioni materiali viene utilizzata come strumento per rafforzare l’autonomia organizzativa e la capacità di iniziativa delle donne, senza per questo precludere altre forme di intervento. Il rapporto con le organizzazioni della sinistra extraparlamentare costituisce uno dei principali terreni di tensione. Nei gruppi misti, la scelta separatista è spesso interpretata come una rottura rispetto a un progetto politico unitario. All’interno del movimento femminista, il mantenimento di legami con tali organizzazioni è a sua volta oggetto di discussione, in relazione all’esigenza di costruire spazi di elaborazione non mediati. Queste tensioni attraversano l’intero decennio e si manifestano anche in momenti di conflitto pubblico, come nelle mobilitazioni per l’aborto nella metà degli anni Settanta. == 2.2 Autocoscienza == === 2.2.1 Definizione === Momento fondativo della pratica femminista, l’autocoscienza è la modalità discorsiva e relazionale attraverso cui le donne si costituiscono come soggetti in rapporto reciproco, rifiutando la mediazione maschile.<ref>{{Cita libro|autore=Manuela Fraire|titolo=Donne nuove: le ragazze degli anni Settanta|anno=2005|editore=Viella|città=Roma|pp=69-80|opera=Il femminismo degli anni Settanta|curatore=Teresa Bertilotti, Anna Scattigno}}</ref><ref>{{Cita libro|autore=Barbara Sandrucci|titolo=Aufklärung al femminile. L'autocoscienza come pratica politica e formativa|anno=2005|editore=Edizioni ETS|città=Pisa|ISBN=88-467-1186-6}}</ref> Elaborata nel contesto della crisi dei movimenti misti del Sessantotto e della Nuova Sinistra, introduce un rovesciamento del rapporto tra esperienza e politica: la vita quotidiana, la sessualità, la famiglia e il corpo diventano ambiti di analisi e di elaborazione. La pratica si sviluppa in piccoli gruppi separatisti che si riuniscono con regolarità in spazi privati. Il principio del «partire da sé» orienta gli interventi: ciascuna prende parola a partire dalla propria esperienza, evitando generalizzazioni e schemi teorici predefiniti. Il racconto individuale, sottoposto all'ascolto delle altre, viene progressivamente riconosciuto come espressione di una condizione condivisa e ricondotto a una dimensione strutturale, rendendo visibili rapporti di potere assenti che non trovavano spazio nelle categorie politiche tradizionali. La soggettività non è assunta come dato, ma si costituisce nella relazione tra donne, attraverso un processo di riconoscimento reciproco. In questa prospettiva si colloca la riflessione di Carla Lonzi, per la quale «il femminismo ha inizio quando la donna cerca la risonanza di sé nell'autenticità di un'altra donna».<ref>{{Cita|Bracke|p. 85|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> === 2.2.2 Origini e diffusione === Le radici dell’autocoscienza si collocano nel ''consciousness-raising'' sviluppato dal femminismo radicale statunitense alla fine degli anni Sessanta, in particolare nel contesto delle tensioni interne emerse nei movimenti per i diritti civili e nella New Left. Attraverso testi e pratiche circolati tra il 1968 e i primi anni Settanta - tra cui i materiali raccolti in ''Notes from the First Year'' e il programma elaborato da Kathie Sarachild - il metodo viene recepito e rielaborato in Italia, in particolare grazie al lavoro di traduzione e diffusione promosso dal collettivo milanese Anabasi. Nel contesto italiano la pratica assume configurazioni differenziate. Il Cerchio Spezzato, attivo a Trento dalla fine degli anni sessanta, adotta la formula “presa di coscienza” per sottolinearne la dimensione collettiva. Con la nascita di Rivolta Femminile (1970), l’autocoscienza viene definita come pratica separatista e fondamento di una politica autonoma delle donne. Nei primi anni settanta la diffusione dei gruppi di autocoscienza si intreccia con la formazione di nuovi collettivi femministi, tra cui quelli milanesi legati alla futura Libreria delle Donne, nei quali la pratica viene progressivamente rielaborata anche attraverso il confronto con la psicoanalisi. A differenza del modello statunitense, l'autocoscienza in Italia si configura come uno spazio di elaborazione relativamente autonomo rispetto alle rivendicazioni immediate, con una maggiore attenzione alla trasformazione dell’esperienza e alla costruzione di relazioni tra donne. === 2.2.3 Interpretazioni storiografiche e criticità === La storiografia ha riconosciuto all’autocoscienza un ruolo centrale nella formazione del femminismo degli anni Settanta, evidenziandone la funzione nella costruzione di una soggettività femminile autonoma e nella rottura con i paradigmi politici precedenti. Uno degli elementi più discussi riguarda la configurazione dello spazio separatista, che tende a distinguere tra un “dentro”, rappresentato dal gruppo come luogo dell’elaborazione, e un “fuori”, percepito come strutturalmente segnato da rapporti di potere patriarcali. Questa distinzione, funzionale alla costruzione di un linguaggio autonomo, è stata interpretata come fonte di problematicità nelle relazioni con l'esterno, in particolare con le organizzazioni miste e con le pratiche di mediazione e rappresentanza, che presuppongono codici e modalità di azione differenti. Un ulteriore aspetto riguarda le dinamiche interne ai gruppi. L’assenza di gerarchie formali non avrebbe escluso la formazione di leadership implicite, spesso legate al carisma o alla competenza discorsiva. Diverse testimonianze hanno inoltre riportato l’intensità conflittuale di queste esperienze e le difficoltà nel gestire il coinvolgimento emotivo richiesto dalla pratica. Su un piano diverso, alcune interpretazioni hanno messo in evidenza come l'attribuzione di un valore politico immediato al vissuto individuale, potrebbe aver reso più difficile la sua problematizzazione e il confronto critico all’interno del gruppo. Dal punto di vista dei contenuti, è stato rilevata, in alcuni casi, la marginalità attribuita alla figura materna e all'omosessualità, specie se confrontata con altri contesti nazionali. Più in generale, è stato osservato il rischio di una sovrapposizione tra esperienza individuale e validazione politica, che può limitare l’emersione del dissenso. Ulteriori criticità emergono sul piano dei contenuti. La riflessione sulla figura materna rimane spesso marginale o irrisolta, mentre la questione dell’omosessualità femminile occupa una posizione marginale rispetto ad altri contesti nazionali.[ A partire dalla metà degli anni Settanta, queste tensioni contribuiscono a una trasformazione della pratica: in alcuni contesti si sviluppa un confronto con strumenti di analisi differenti, in particolare la psicanalisi, mentre in altri si registra un progressivo spostamento verso forme di intervento politico più direttamente orientate all’azione. == 2.3 «Il personale è politico» == === 2.3.1 Ridefinizione del campo politico === L'espressione «il personale è politico», mutuata dal saggio pubblicato da Carol Hanisch nel 1969 nell'ambito del femminismo radicale statunitense, mette in discussione la separazione tra sfera privata e sfera pubblica, tradizionalmente considerata la categoria strutturante del pensiero politico moderno. <ref>{{Cita libro|autore=Elda Guerra|titolo=Una nuova soggettività: femminismo e femminismi nel passaggio degli anni Settanta|anno=2005|editore=Viella|città=Roma|pp=25-67|opera=Il femminismo degli anni settanta|curatore=Teresa Bertilotti, Anna Scattigno}}</ref> Più che uno slogan, si tratta di un dispositivo epistemologico che ridefinisce tanto l'oggetto quanto il soggetto dell'agire politico: non più circoscritta alle istituzioni, ai partiti o alla rappresentanza, la politica include le relazioni quotidiane e i contesti in cui si producono e si riproducono le disuguaglianze di genere; il soggetto politico cessa di essere il cittadino universale astratto, costruito su parametri maschili, e si configura come un soggetto sessuato, storicamente escluso da quella universalità.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 12-13|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Nel contesto dei movimenti della Nuova Sinistra, la politica è generalmente concepita come attività collocata nello spazio pubblico e organizzata attorno a soggetti collettivi definiti — classe, partito, movimento — mentre la sfera privata è considerata un ambito secondario. Il femminismo degli anni Settanta mette in discussione questa distinzione, mostrando come ciò che viene definito “privato” (le relazioni familiari, la sessualità, la divisione del lavoro domestico e la vita affettiva) costituisca uno spazio strutturale di esercizio del potere.<ref>[44]</ref> === 2.3.2 Esperienza e soggettività === Questo spostamento implica una trasformazione del rapporto tra esperienza e teoria. Attraverso l’autocoscienza, situazioni inizialmente percepite come individuali vengono riconosciute come espressione di una condizione comune. In questa prospettiva il principio non consiste nell’estensione della politica al privato, ma nella ridefinizione del privato come ambito già strutturato politicamente.[46] Sul piano storiografico, questo processo è stato interpretato come una ridefinizione del soggetto storico. L'introduzione delle esperienze e delle memorie individuali nella narrazione ha contribuito a mettere in discussione una tradizione storiografica centrata sulla sfera pubblica e sugli attori maschili, estendendo il campo del politico a dimensioni precedentemente escluse dall'analisi.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 14-15|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref><ref>{{Cita|Bracke|p. 79|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Come osserva Emma Baeri, «la storia con la minuscola è quella che sentiamo più nostra, e non è una storia di piccole cose».<ref>{{Cita|Lussana|p. 11|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> == Note == # 43. C. Hanisch, «Il personale è politico», in Gruppo Anabasi (a cura di), ''Donne è bello'', Mazzotta, Milano 1972, p. 107; F. Lussana, ''Il movimento femminista in Italia'', Carocci, Roma 2012, pp. 32–33. # 44. M. Bracke, ''La nuova politica delle donne'', Viella, Roma 2014, p. 79. # 45. L. Passerini, ''Storie di donne e femministe'', Rosenberg & Sellier, Torino 1991, p. 160; Bracke, cit., pp. 84–85. # 46. F. Lussana, cit., pp. 14–15. # 47. F. Lussana, cit., pp. 32–33. # 48. F. Lussana, cit., pp. 34–35. # 49. M. Bracke, cit., pp. 90–91. # 50. F. Lussana, cit., pp. 155–158. # 51.F. Lussana, cit., pp. 14–15; M. Bracke, cit., p. 79. == 2.4 Corpo, sessualità, autodeterminazione == === 2.4.1 Corpo e norme === Nel femminismo italiano degli anni Settanta il corpo diventa un terreno centrale di elaborazione politica, in quanto luogo in cui si inscrivono norme, pratiche e rapporti di potere. Questa centralità si definisce all’interno di un contesto normativo e culturale in cui la sessualità femminile è regolata da un intreccio di prescrizioni morali, giuridiche e mediche: dalla verginità prematrimoniale come norma sociale alla subordinazione della sessualità alla procreazione, fino alla disciplina penale dell’aborto e della contraccezione e alla persistenza di istituti come il matrimonio riparatore e il delitto d’onore.<ref>[1]</ref> L’analisi femminista mette in discussione la naturalizzazione del corpo femminile, mostrando come esso sia costruito attraverso pratiche sociali, saperi medici e dispositivi istituzionali. In questa prospettiva, fenomeni come il ciclo mestruale, la gravidanza e la menopausa vengono sottratti a una lettura esclusivamente biologica e interpretati come ambiti regolati da norme e rappresentazioni che contribuiscono a definire la posizione subordinata delle donne.<ref>[2]</ref> La medicina e la scienza vengono così analizzate come forme di sapere che partecipano alla produzione di modelli normativi della sessualità e della salute, e non come ambiti neutrali. === 2.4.2 Sessualità, riproduzione e pratiche === In questo quadro si sviluppa una critica alla regolazione della sessualità femminile. Il movimento contesta la sovrapposizione tra sessualità e funzione riproduttiva, evidenziando come essa abbia storicamente subordinato il desiderio femminile a quello maschile e reso invisibile la dimensione del piacere. La diffusione in Italia di testi come ''Donne è bello'' contribuisce alla circolazione di una critica ai modelli sessuali dominanti, tra cui la teoria dell’«orgasmo vaginale», che aveva definito in termini normativi la sessualità femminile. La ridefinizione della sessualità si intreccia con una rielaborazione della maternità. Il femminismo contesta la sua rappresentazione come destino naturale o dovere sociale, mettendo in discussione il nesso tra identità femminile e funzione riproduttiva. In questo contesto si afferma la rivendicazione della maternità come scelta, che implica il diritto alla contraccezione e all’interruzione volontaria di gravidanza.<nowiki><ref>[5]</ref></nowiki> Le mobilitazioni su questi temi contribuiscono a una trasformazione del discorso pubblico e trovano un esito sul piano legislativo con l’approvazione della legge n. 194 del 1978. La riflessione femminista investe anche la divisione tra produzione e riproduzione. Il lavoro domestico e di cura, storicamente non riconosciuto e non retribuito, viene analizzato come effetto della divisione sessuale dei ruoli, che assegna alle donne la responsabilità della sfera riproduttiva. In questo ambito si collocano le elaborazioni di gruppi come Lotta Femminista e del Collettivo Internazionale Femminista, che individuano nel lavoro domestico un terreno di analisi e di conflitto, mettendo in relazione il lavoro riproduttivo con il funzionamento complessivo del sistema economico.<ref>[6]</ref> Su un piano diverso, la critica ai saperi medici e scientifici si traduce in pratiche di riappropriazione della conoscenza del proprio corpo. In diversi contesti si sviluppano esperienze di self-help e gruppi di salute delle donne, in cui la conoscenza della sessualità e delle funzioni corporee viene sottratta alla mediazione esclusiva dei saperi specialistici e rielaborata collettivamente. In alcuni casi, queste pratiche si accompagnano a un confronto selettivo con strumenti teorici differenti, in particolare con la psicoanalisi, utilizzati per l’analisi della soggettività. Sul piano storiografico, la politicizzazione del corpo è stata interpretata come uno degli elementi distintivi del femminismo degli anni Settanta. La centralità dell’esperienza corporea e sessuale contribuisce alla costruzione di un discorso autonomo delle donne e alla ridefinizione delle categorie della politica, estendendo l’analisi ai processi attraverso cui i corpi vengono regolati, rappresentati e vissuti.<ref>[8]</ref> Alcune interpretazioni hanno inoltre evidenziato come la trasformazione dei comportamenti e dei modelli sessuali non comporti automaticamente una trasformazione dei rapporti di potere, segnalando la persistenza di dinamiche di oggettivazione anche all’interno delle nuove forme di libertà.<ref>[9]</ref> L'espressione «il personale è politico», mutuata dal saggio pubblicato da Carol Hanisch nel 1969 nell'ambito del femminismo radicale statunitense, mette in discussione la separazione tra sfera privata e sfera pubblica, tradizionalmente considerata la categoria strutturante del pensiero politico moderno. Più che uno slogan, si tratta di un dispositivo epistemologico che ridefinisce tanto l'oggetto quanto il soggetto dell'agire politico: non più circoscritta alle istituzioni, ai partiti o alla rappresentanza, la politica include le relazioni quotidiane e i contesti in cui si producono e si riproducono le disuguaglianze di genere; il soggetto politico cessa di essere il cittadino universale astratto, costruito su parametri maschili, e si configura come un soggetto sessuato, storicamente escluso da quella universalità.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 12-13|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Sul piano storiografico, questo spostamento è stato interpretato come una ridefinizione del soggetto storico. L'introduzione delle esperienze e delle memorie individuali nella narrazione ha contribuito a mettere in discussione una tradizione storiografica centrata sulla sfera pubblica e sugli attori maschili, estendendo il campo del politico a dimensioni precedentemente escluse dall'analisi.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 14-15|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref><ref>{{Cita|Bracke|p. 79|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> Come osserva Emma Baeri, «la storia con la minuscola è quella che sentiamo più nostra, e non è una storia di piccole cose».<ref>{{Cita|Lussana|p. 11|lingua=it|accesso=12 aprile 2026}}</ref> 2.3 «Il personale è politico» Lo slogan «il personale è politico» - mutuato dal titolo del saggio che Carol Hanisch pubblicò nel 1969 nell'ambito del femminismo radicale statunitense e tradotto e diffuso in Italia nella prima metà degli anni Settanta - sintetizza una ridefinizione radicale del concetto di politica attraverso la messa in discussione della separazione tra sfera privata e sfera pubblica. La politica non è più identificata esclusivamente con le istituzioni, i partiti o la rappresentanza, ma estesa alle relazioni quotidiane e ai contesti in cui si producono e si riproducono le disuguaglianze di genere. In questo quadro si collocano sia il ricorso al separatismo come scelta di sottrazione a contesti percepiti come strutturalmente segnati da rapporti di potere maschili, sia l’elaborazione di pratiche come l'autocoscienza, fondate sulla relazione tra donne. Il confronto tra esperienze individuali consente di individuare elementi ricorrenti e di interpretare situazioni vissute come personali - il disagio domestico, l'insoddisfazione sessuale, la dipendenza economica - come espressioni di una condizione di oppressione comune. In questo passaggio, il vissuto individuale acquisisce rilevanza politica in quanto oggetto di elaborazione collettiva.<ref>{{Cita|Passerini|p. 160}}</ref> «Il personale è politico» più che uno slogan è un dispositivo epistemologico che ridefinisce tanto l'oggetto quanto il soggetto della politica. Nel contesto italiano tale principio si definisce attraverso il confronto con le principali culture politiche del Novecento. Da un lato, esso si oppone alla tradizione emancipazionista del movimento delle donne, rappresentata da organizzazioni come l’UDI, che avevano orientato la propria azione verso l’estensione dei diritti e l’inclusione nel sistema politico e lavorativo esistente, assumendo come riferimento un modello di cittadinanza costruito su parametri maschili. Il neofemminismo mette in discussione le categorie fondamentali di questo impianto - politica, lavoro, storia, sapere - evidenziando come l’uguaglianza formale non incida sui rapporti di potere che strutturano la vita quotidiana.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 32-33}}</ref> La «liberazione», termine che sostituisce «emancipazione» nel vocabolario del movimento, non indica un'inclusione ma una trasformazione strutturale. Dall’altro lato, il principio entra in tensione con le tradizioni teoriche della sinistra. In particolare, il marxismo viene criticato per aver subordinato la questione femminile alla lotta di classe, definito ambiti come la famiglia, la sessualità, la maternità e la vita quotidiana spazi prepolitici, escluso dall’analisi economica il lavoro domestico e riproduttivo. Il femminismo insiste sul fatto che i rapporti di potere si articolano anche all’interno della sfera familiare e delle relazioni affettive, e non possono essere ricondotti esclusivamente alle dinamiche economiche.<ref>{{Cita|Bracke|pp. 90-91}}</ref><ref>{{Cita|Lussana|pp. 15-16}}</ref> Sul piano storiografico, questo spostamento è stato interpretato come una ridefinizione del soggetto storico. L’introduzione delle esperienze e delle memorie individuali nella narrazione ha contribuito a mettere in discussione una tradizione centrata sulla sfera pubblica e sugli attori maschili. Come osserva Emma Baeri, «la storia con la minuscola è quella che sentiamo più nostra, e non è una storia di piccole cose».<ref>{{Cita|Lussana|p. 11}}</ref> In questa prospettiva, la centralità dell’esperienza non implica una riduzione della politica al privato, ma un’estensione del campo del politico a dimensioni precedentemente escluse dall’analisi.<ref>{{Cita|Lussana|pp. 14-15}}</ref><ref>{{Cita|Bracke|p. 79}}</ref> Nella messa in discussione della separazione tra sfera privata e sfera pubblica. In questa prospettiva, ambiti come la famiglia, la sessualità, la maternità e la vita quotidiana non sono più considerati spazi prepolitici, ma luoghi in cui si esercitano rapporti di potere storicamente determinati. == Introduzione == Il femminismo degli anni Settanta costituisce uno dei passaggi più incisivi della storia politica e culturale dell’Italia contemporanea. Tra la fine degli anni Sessanta e i primi anni Ottanta, una fitta rete di collettivi e gruppi diffusi sull’intero territorio nazionale mise in discussione i ruoli di genere, le relazioni tra i sessi e le stesse categorie attraverso cui venivano definiti la politica, i linguaggi, le forme del sapere e le soggettività. La novità del neofemminismo non risiede unicamente nelle rivendicazioni avanzate, ma nelle pratiche attraverso cui esse furono elaborate: l’autocoscienza, la politicizzazione dell’esperienza personale, la centralità del corpo e della sessualità come luoghi di produzione di sapere e di conflitto. L’esperienza femminile non venne più subordinata a cornici interpretative esterne - di partito, di classe o di tradizione ideologica - ma assunta come punto di partenza per una rielaborazione teorica autonoma, capace di ridefinire il confine tra privato e pubblico, vita e politica, e di interrogare i nessi tra potere, sapere e corporeità. Il femminismo di questo periodo si presenta come un insieme articolato di esperienze differenziate, radicate in contesti territoriali, culturali e politici diversi, con orientamenti teorici e strategie non omogenei. Tale pluralità - visibile nel diverso rapporto con la sinistra, i movimenti e le istituzioni, nell’alternativa tra separatismo e doppia militanza, nelle letture della subordinazione femminile in termini di classe o di differenza sessuale, nelle modalità di intervento pubblico - costituisce un tratto strutturale del movimento. La storiografia ha posto questo nodo al centro della riflessione, interrogandosi sull’uso dei termini “femminismo” e “femminismi”: se il singolare consente di cogliere la forza storica di un processo collettivo accomunato dalla critica alle gerarchie di genere, il plurale rende conto della molteplicità delle culture politiche e dei linguaggi che lo attraversarono (Guerra 2005). La trasformazione che si produce alla fine del decennio non coincide con una cesura netta. Piuttosto, la crisi della forma-movimento apre una fase di riorganizzazione e ridefinizione: negli anni ottanta molte pratiche e molte elaborazioni proseguono in forme differenti, attraverso luoghi culturali, reti associative e iniziative di produzione che consolidano un femminismo meno centrato sulla mobilitazione di massa, ma capace di incidere in modo duraturo nel tessuto sociale (Guerra 2005). La categoria di “eredità” permette di leggere questo passaggio senza ridurlo a una narrazione di declino. Questo volume adotta una prospettiva che intreccia ricostruzione storica e riflessione storiografica, assumendo come oggetto non soltanto gli eventi e le organizzazioni, ma le pratiche, i linguaggi e i luoghi di produzione del sapere femminista. Dopo una sezione dedicata alle genealogie - il rapporto con il ’68, con la tradizione emancipazionista e con le reti transnazionali - il percorso analizza le pratiche fondative, la pluralità delle esperienze, i rapporti con movimenti, partiti e istituzioni, nonché gli spazi materiali e simbolici attraverso cui il femminismo costruì nuove forme di socialità e di cultura. Una parte conclusiva è dedicata alle trasformazioni degli anni ottanta e alle principali interpretazioni storiografiche del neofemminismo, affrontando le questioni di periodizzazione, di metodo e di memoria che ancora attraversano il dibattito. Il volume assume le pratiche, i luoghi e i linguaggi come chiavi di lettura attraverso cui osservare l’intreccio tra dimensione politica, sociale e culturale del femminismo italiano degli anni Settanta, un'intersezione nella quale maggiormente si coglie la portata trasformativa del movimento. == 2.4 Corpo, sessualità, autodeterminazione == Nel femminismo italiano degli anni Settanta, il corpo diventa un terreno centrale di elaborazione politica. Questa centralità si definisce all’interno di un contesto normativo e culturale in cui la sessualità femminile è sottoposta a un insieme articolato di vincoli: la verginità prematrimoniale come norma sociale, la subordinazione della sessualità alla procreazione, la penalizzazione dell’aborto e della contraccezione, e la persistenza di istituti giuridici come il matrimonio riparatore e il delitto d’onore.<ref>{{Cita|Bellè|pp. 66-67}}</ref> È a partire da questa configurazione che il movimento femminista individua nel corpo uno dei luoghi principali in cui si esercita il potere. L’analisi femminista mette in discussione la naturalizzazione del corpo femminile, mostrando come esso sia costruito attraverso pratiche sociali, discorsi medici e dispositivi istituzionali. In questa prospettiva, fenomeni come il ciclo mestruale, la gravidanza e la menopausa vengono sottratti a una lettura esclusivamente biologica e interpretati come ambiti regolati da saperi e norme che contribuiscono a definire la posizione subordinata delle donne.<ref>{{Cita|Petricola|pp. 157-158}}</ref><ref>{{Cita|Petricola|p. 194}}</ref> La medicina e la scienza non sono assunte come ambiti neutri, ma come forme di sapere che partecipano alla costruzione di modelli normativi della sessualità e della salute. In questo quadro si sviluppa una critica alla regolazione della sessualità femminile. Il movimento mette in discussione la sovrapposizione tra sessualità e funzione riproduttiva, evidenziando come essa abbia storicamente subordinato il desiderio femminile a quello maschile e reso invisibile la dimensione del piacere.<ref>{{Cita|Bellè|p. 67}}</ref> La diffusione in Italia di testi come ''Donne è bello'' contribuisce alla circolazione di una critica ai modelli sessuali dominanti, tra cui la teoria dell’«orgasmo vaginale», che aveva definito in termini normativi la sessualità femminile e prodotto forme diffuse di inadeguatezza e colpevolizzazione.<ref>{{Cita|Anabasi|pp. 48-50}}</ref> La ridefinizione della sessualità si intreccia con una rielaborazione della maternità. Il femminismo contesta la sua rappresentazione come destino naturale o dovere sociale, mettendo in discussione il nesso tra identità femminile e funzione riproduttiva. In questo contesto si afferma la rivendicazione della maternità come scelta, che implica il diritto alla contraccezione e all’interruzione volontaria di gravidanza.<ref>{{Cita|Petricola|pp. 1; 9-10}}</ref> Le mobilitazioni su questi temi contribuiscono a una trasformazione del discorso pubblico e trovano un esito sul piano legislativo con l’approvazione della legge n. 194 del 1978. La riflessione sul corpo investe anche la divisione tra produzione e riproduzione. Il lavoro domestico e di cura, storicamente non riconosciuto e non retribuito, viene analizzato come elemento strutturale della riproduzione delle disuguaglianze di genere. In questo ambito si collocano le elaborazioni di gruppi come Lotta Femminista e del Collettivo Internazionale Femminista, che mettono in relazione il lavoro riproduttivo con il funzionamento complessivo del sistema economico.<ref>{{Cita|Bracke|p. 81}}</ref> La centralità del corpo si traduce inoltre in pratiche di riappropriazione del sapere. Attraverso l’autocoscienza e altre forme di confronto, le donne mettono in discussione la delega ai saperi specialistici e costruiscono modalità autonome di conoscenza della propria sessualità e delle proprie funzioni corporee. Questo processo non elimina le tensioni tra diversi orientamenti del movimento: accanto a una critica radicale della scienza medica, si sviluppano anche tentativi di rielaborazione e uso selettivo di strumenti analitici, in particolare nell’ambito della riflessione sulla soggettività. Sul piano storiografico, la politicizzazione del corpo è stata interpretata come uno degli elementi distintivi del femminismo degli anni Settanta. La centralità dell’esperienza corporea e sessuale consente la costruzione di un discorso autonomo delle donne e contribuisce alla ridefinizione delle categorie della politica, estendendo l’analisi ai processi attraverso cui i corpi vengono regolati, rappresentati e vissuti.<ref>{{Cita|Bracke|p. 84}}</ref> Allo stesso tempo, alcune letture mettono in evidenza la persistenza di dinamiche di oggettivazione anche all’interno delle nuove forme di libertà sessuale, sottolineando come la trasformazione dei comportamenti non coincida automaticamente con una trasformazione dei rapporti di potere.<ref>{{Cita|Bracke|p. 81}}</ref> Introduzione Parte II Il femminismo degli anni Settanta si caratterizza per la centralità attribuita alle pratiche - come il separatismo e l’autocoscienza – che non rappresentano semplicemente forme organizzative, ma luoghi di elaborazione politica e di produzione di sapere. La condivisione delle esperienze individuali consente di mettere in discussione l’apparente naturalità dei ruoli di genere e di individuare i meccanismi sociali e culturali che regolano i rapporti tra uomini e donne. In questo senso, le pratiche non si limitano a descrivere la realtà, ma contribuiscono a ridefinirla; la politica non è intesa soltanto come intervento nello spazio pubblico, ma come processo che prende avvio dall’esperienza vissuta e dalle relazioni tra donne. All’interno di questo processo si afferma il principio secondo cui “il personale è politico”, che consente di collegare le esperienze quotidiane alle strutture sociali più ampie. Attraverso questa prospettiva, ambiti tradizionalmente considerati privati – come la sessualità, la maternità e la vita familiare – diventano oggetto di analisi e intervento politico. È in questo quadro che il corpo emerge come un nodo centrale della riflessione femminista. Non si tratta di un ambito già definito, ma di un terreno che prende forma progressivamente attraverso le pratiche del movimento. Le esperienze legate alla sessualità, alla riproduzione e alla salute vengono condivise, confrontate e reinterpretate, dando luogo a una nuova consapevolezza che mette in discussione i modelli culturali dominanti; elaborazione teorica e sperimentazione pratica non costituiscono ambiti separati, ma dimensioni intrecciate di un medesimo percorso di politicizzazione. Le pratiche del movimento non furono adottate in modo uniforme né assunsero significati univoci, ma costituirono un repertorio condiviso, rielaborato in forme differenti nei diversi contesti. Tale pluralità rinvia alla coesistenza di differenti modi di intendere la liberazione delle donne e al rifiuto di modelli organizzativi gerarchici e di una definizione univoca delle priorità. Tuttavia, essa condivise alcuni elementi fondamentali: la messa in discussione della distinzione tra sfera privata e sfera pubblica, la conseguente ridefinizione del politico e delle forme della soggettività femminile. Le sezioni che seguono analizzano, da diverse prospettive, le principali pratiche e i nodi concettuali attraverso cui il femminismo degli anni Settanta ha ridefinito il rapporto tra esperienza, conoscenza e azione politica. Parte 2. Integrazione 2.4 (A+B) Nel femminismo degli anni Settanta, il corpo emerge come terreno centrale di elaborazione politica, attraverso cui vengono messi in discussione i modelli dominanti che regolano l’esperienza femminile. Questa ridefinizione si sviluppa, da un lato, nella reinterpretazione della sessualità, sottratta a definizioni normative e ricondotta all’esperienza delle donne, e, dall’altro, nella messa in discussione della riproduzione e delle forme di controllo del corpo, che investe maternità, contraccezione e aborto. Ne deriva uno spostamento significativo nella posizione delle donne: il corpo non è più assunto come dato naturale, ma come ambito di esperienza e di intervento; la sessualità viene rielaborata come dimensione non subordinata a modelli esterni; la maternità è ridefinita come possibilità e non come destino. In questo senso, l’autodeterminazione non costituisce un presupposto, ma l’esito di un processo di politicizzazione dell’esperienza. == Cronologia principale == === 1965-1982 === {| class="wikitable sortable" ! Anno ! Gruppi che nascono ! Gruppi che si sciolgono ! Eventi ! Convegni / Incontri ! Manifestazioni ! Produzione culturale |- | 1965/66 | Demau | | | | | |- | 1967 | | | | | | |- | 1968 | | | Contestazione studentesca | | | |- | 1969 | Cerchio spezzato (Trento); MLD legato al Partito Radicale | | Autunno caldo | | | |- | 1970 | Rivolta femminile Anabasi Le Nemesiache | |Approvazione della legge sul Divorzio (L. 898/1970) | | | |- | 1971 | Lotta Femminista (PD) | |La Corte Costituzionale depenalizza la diffusione e l'uso degli anticoncezionali. Approvazione della legge a tutela delle lavoratrici madri (L. 1204/1971 - diritto di astenersi dal lavoro 2 mesi prima, 3 dopo il parto) e della L.1044/1971 che introduce il piano quinquennale per l'istituzione di asili nido comunali con il concorso dello Stato | Milano – Convegno presso l’Umanitaria | | Esce ''Quarto mondo'', pubblicata a Roma dal Fronte Italiano di Liberazione Femminile (FILF) |- | 1972 | Cherubini; Lotta Femminista (MI) | | | Bologna – Convegno di varie città; Rouen – Convegno organizzato da Psychoanalyse et Politique; Vandea – Convegno europeo organizzato dal MLF | | Nascono a Roma Edizioni delle donne; Anabasi pubblica l'antologia ''Donne è bello'' ; esce ''Compagna'', rivista di orientamento marxista. Nasce a Roma il Collettivo Femminista Comunista di Via Pomponazzi |- | 1973 | Collettivo San Gottardo; Gruppo Analisi; Gruppo Femminista per una medicina delle donne; Rivolta 3 | Demau | Si forma il CISA; Processo a Gigliola Pierobon (Padova) | Varigotti – incontro tra Cherubini, alcune donne del Veneto e le francesi di Psychanalyse et Politique | | Esce a Roma ''Effe'' , primo mensile femminista di attualità e cultura autogestito a diffusione nazionale; a Bologna ''La voce delle donne comuniste'' e ''Donna proletaria;'' a Milano ''MezzoCielo'' |- | 1974 | Collettivo di via Albenga; Gruppo di Pratica dell’Inconscio; Mondadori; Ticinese | Lotta Femminista | Referendum abrogativo della legge sul divorzio | 1° Convegno Nazionale a Pinarella di Cervia | | Esce ''Sputiamo su Hegel'' di Carla Lonzi; nasce l'editrice romana Dalla parte delle bambine; esce ''Sottosopra'' |- | 1975 | Libreria delle donne di Milano | | Vengono istituiti i consultori familiari (L. 405/1975) Blocco in Senato della proposta di legge sull’aborto | | | Laura Lepetit fonda la casa editrice La Tartaruga; esce ''DWF – Donna Woman Femme'' |- | 1975 | Corsi monografici 150 ore; | Anabasi; Cherubini (trasferimento in Col di Lana); San Gottardo | Elezioni amministrative | Carloforte – Vacanze femministe; Milano – Convegno “Sessualità, maternità, procreazione, aborto”; Milano – Umanitaria “Donne e politica”; San Vincenzo (LI) – Pratica dell’inconscio; 2° Convegno nazionale a Pinarella di Cervia | Roma – Manifestazione nazionale del 6 dicembre | |- | 1976 | Corso 150 ore Affori; Gruppo Donne e Immagine; Gruppo Donne via dell’Orso; Gruppo donne Palazzo di Giustizia; Gruppo n.4 Col di Lana | Gruppo Analisi; Gruppo di Pratica dell’Inconscio; Gruppo Femminista per una medicina delle donne; Rivolta 3 | Elezioni politiche; Formazione della Consulta femminista; Legge nazionale sui consultori | Milano – Convegno “Donne e lavoro”; Paestum – 3° e ultimo convegno nazionale | Milano – Entrata “dimostrativa” nel Duomo (gennaio) | Nasce a Roma la rivista ''Limenetimena;'' esce ''Differenze'', rivista dei Collettivi femministi romani |- | 1977 | Collettivo della Borletti; Gruppo donne via Lanzone; Gruppo Scrittura | | Approvazione legge sulla Parità di Lavoro (L. 903/1977) Movimento del 1977 | Milano – Convegno sulla violenza (Sala Provincia) | | Nasce la Libreria delle donne di Bologna Librellula |- | 1978 | Gruppo Madri del Leoncavallo; Gruppo Scrittura 1; Gruppo Scrittura 2; Gruppo Scrittura 3 | | Approvazione legge sull'aborto (194/1978) Rapimento Moro | | | Esce ''Quotidiano donna,'' settimanale di politica, attualità e cultura ; apre a Cagliari la Libreria gestita dalla coperativa La tarantola |- | 1979 | 150 ore sul Cinema; Redazione di Grattacielo; Redazione milanese di Quotidiano Donne | Collettivo Mondadori; Coordinamento via dell’Orso; Gruppo Donne e Immagine; Mancinelli | “Caso 7 aprile” | Milano – Umanitaria, proposta di legge contro la violenza sessuale | | Apre a Firenze la Libreria delle donne |- | 1980 | Centro Donne Ticinese; Collettivo studentesse liceo Berchet; Collettivo studentesse Università Statale; Cooperativa Gervasia Broxson; Gruppo di psicologia e attività creative; Gruppo Eos; Ristorante Cicip-Ciciap; Ticinese (nuovo) | Col di Lana; Collettivo Borletti | | | Milano – Manifestazione contro abrogazione legge aborto | |- | 1981 | Gruppo Phoenix | Grattacielo; Gruppo donne Palazzo di Giustizia | Referendum abrogativo legge aborto | Firenze – 2° Convegno contro il referendum; Milano – 1° Convegno contro il referendum 194; Roma – Convegno nazionale donne lesbiche; Torino – Convegno internazionale donne lesbiche | | |- | 1982 | | Gruppo n.4; Redazione milanese di Quotidiano Donna | | | | |} 9dw6monl94vg1f4zzd44w2wmfebggxn 2 59782 491867 491400 2026-04-15T09:47:36Z Alice2103 53727 paragrafo separatismo 491867 wikitext text/x-wiki Sono Alice e partecipo al tirocinio wikidonne == Il rapporto con l'emancipazionismo == Nel secondo dopoguerra organizzazioni femminili nate durante la Resistenza e legate ai partiti di massa, come l’[[w:Unione_donne_in_Italia|Unione Donne Italiane]] (UDI), vicina al [[w:Partito_Comunista_Italiano|Partito Comunista]] e il [[w:Centro_italiano_femminile|Centro Italiano Femminile]] (CIF), di area cattolica, basarono il loro programma sull’estensione dei diritti e sull’integrazione delle donne nella sfera pubblica attraverso il lavoro, la partecipazione politica e una legislazione di tutela in grado di conciliare occupazione e responsabilità familiari. Tra la metà degli anni sessanta e i primi anni settanta i primi gruppi del neofemminismo italiano misero in discussione questo impianto, contestando la subordinazione di queste associazioni ai partiti e attaccando il presupposto stesso dell'emancipazionismo: un'idea di uguaglianza fondata sull'estensione di diritti definiti entro un ordine costruito sul soggetto maschile. <ref>{{Cita|Bracke|p. 43}}</ref> Il gruppo milanese [[DEMAU]] (Demistificazione Autoritarismo), attivo dal 1966, contestò la parità giuridica e le misure di tutela, reinterpretandole come strumenti che contribuivano a consolidare il ruolo “femminile” attraverso trattamenti differenziati, mantenendo la divisione tra lavoro produttivo e riproduttivo e producendo una condizione di integrazione subordinata.<ref name=":2">{{Cita libro|autore=Anna Rita Calabrò|titolo=Dal movimento femminista al femminismo diffuso: storie e percorsi a Milano dagli anni '60 agli anni '80|anno=1985|editore=Franco Angeli|città=Milano|pp=206-233|autore2=Laura Grasso}}</ref><ref>{{Cita libro|autore=Carla Lonzi|titolo=Sputiamo su Hegel. E altri scritti|città=Milano|pp=67-77|ISBN=8894814483}}</ref> Una posizione analoga, ma più radicale sul piano teorico, venne espressa da [[w:Rivolta_Femminile|Rivolta Femminile]], fondata a Roma nel 1970 attorno a [[w:Rivolta_Femminile|Carla Lonzi]]. Nel ''Manifesto di Rivolta Femminile'' l’uguaglianza fu rifiutata come principio assimilazionista: «identificare la donna all’uomo» significava annullarne la specificità, entro un modello universale maschile. La liberazione non venne quindi concepita come accesso a diritti già dati, ma come rottura delle categorie stesse della politica e della cultura. Anche le cause della subordinazione vennero ridefinite: mentre l’emancipazionismo le ricondusse prevalentemente a fattori economici, assegnando centralità alla lotta di classe e alla mediazione istituzionale, i gruppi femministi spostarono l’attenzione sulla questione strutturale del rapporti tra i sessi, sulle dinamiche di potere e sulle dimensioni culturali, simboliche e relazionali.<ref name=":2" /> Questa critica si accompagnò a una duplice operazione: la valorizzazione della differenza femminile e la ridefinizione del rapporto tra sfera privata e sfera pubblica. La politicizzazione dell’esperienza quotidiana, sintetizzata nella formula “il personale è politico”, spostò il terreno del conflitto dalla sola esclusione dai diritti alla critica di una struttura culturale pervasiva. Sul piano delle pratiche, al modello organizzativo delle associazioni legate ai partiti si contrapposero i piccoli gruppi e l’autocoscienza, incentrata su temi che riguardavano il corpo, la sessualità, la soggettività femminile, attraverso cui l’esperienza individuale veniva assunta come luogo di elaborazione politica collettiva e strumento di critica radicale dell’ordine esistente. In questo senso, il neofemminismo si costruì in tensione con l’emancipazionismo: ne radicalizzò alcune istanze, ma ne rovesciò il presupposto fondamentale, sostituendo all’integrazione nel sistema esistente la trasformazione delle categorie attraverso cui esso si definiva. == Il separatismo == È una pratica politica e metodologica che consiste nell'esclusione degli uomini dagli spazi di riflessione e organizzazione delle donne. Non è un fine ultimo (una "divisione" permanente), ma uno '''strumento''' per costruire un'identità autonoma. Viene descritto come la condizione necessaria per la "presa di coscienza". Nei documenti del movimento, il separatismo è il "luogo del sé", dove le donne possono parlare a partire dalla propria esperienza senza la mediazione o il giudizio del linguaggio e delle strutture patriarcali maschili. Emerge con forza tra la fine degli anni '60 e l'inizio degli anni '70, segnando la rottura con la Nuova Sinistra''':''' In Italia, gruppi pionieristici come '''Rivolta Femminile''' (Lombardi Vallauri, Lonzi) e il '''DEMAU''' iniziano a teorizzarlo. Si sviluppa nei collettivi studenteschi e nelle case delle donne. Nasce dalla frustrazione per il ruolo subordinato delle donne all'interno dei movimenti studenteschi e operai (dove le donne facevano il "lavoro di cura" politico: ciclostilati, caffè, ma non parola pubblica). È influenzato dal femminismo radicale statunitense e dalla necessità di rompere con l'universalismo astratto del marxismo. Questo movimento si fonda sul concetto di '''"partire da sé"''' e sull'autocoscienza. Piccoli gruppi di donne si riuniscono regolarmente per condividere il proprio vissuto personale, trasformandolo in analisi politica. I gruppi si riuniscono in spazi privati (case) che diventano pubblici/politici. Si creano consultori autogestiti, centri antiviolenza e librerie delle donne. La modalità organizzativa è orizzontale, rifiutando gerarchie e deleghe.  Attraverso la parola, la scrittura, la lettura e la narrazione autobiografica che le donne prendevano coscienza della propria posizione. Questa corrente mette in discussione l'universalismo della politica maschile. Bracke spiega che il separatismo serve a fondare il "femminismo della differenza"<ref name=":0">{{Cita libro|autore=Maud Anne Bracke|titolo=La nuova politica delle donne: il femminismo in Italia|editore=Edizioni di storia e letteratura, 2019|città=Roma|pp=pp 79-93|ISBN=978-88-93592-02-4.}}</ref> : l'idea che l'eguaglianza sia una forma di omologazione al modello maschile. Sposta il focus dal pubblico al "personale è politico". Mira a trasformare la coscienza individuale come atto rivoluzionario, piuttosto che puntare solo a riforme legislative. Il separatismo viene interpretato come il momento di massima '''rottura e innovazione''' del secolo. lo si definisce l'elemento che permette di disegnare un nuovo "Atlante" della politica italiana, non più basato sui partiti ma sulle relazioni. La storiografia sottolinea come il separatismo abbia permesso alle donne di uscire dal ruolo di "oggetto" della storia per diventarne "soggetto" imprevisto.<ref name=":1">{{Cita libro|autore=Elisa Bellè|titolo=L'altra rivoluzione. Dal Sessantotto al femminismo.|anno=2021|editore=Rosenberg & Sellier|città=Torino|ISBN=9788878859234.}}</ref> Fu criticato inizialmente dalle donne dei partiti tradizionali (PCI) e dei sindacati, che lo vedevano come un isolamento elitario o borghese che indeboliva la lotta di classe. Anche all'interno, alcune temevano che diventasse una "ghetto". <ref name=":1" /> Come cambia nel corso degli anni ‘70? Bracke osserva che, se inizialmente era una chiusura radicale, nel corso del decennio diventa una "pratica di relazione"<ref name=":0" />. Si passa dal separatismo come "difesa" al separatismo come "forza" per intervenire su temi pubblici come l'aborto e la violenza, senza però rinunciare alla propria autonomia. ==Bibliografia== * {{Cita libro|autore=Elisa Bellè|titolo=L'altra rivoluzione. Dal Sessantotto al femminismo|anno=2021|editore=Rosenberg & Sellier|città=Torino|ISBN=9788878859234}} * {{Cita libro|curatore=Teresa Bertilotti|curatore2=Anna Scattigno|titolo=Il femminismo degli anni Settanta|anno=2005|editore=Viella|città=Roma|ISBN=978-88-8334-172-4}} * {{Cita libro|curatore=Paola Bono, Sandra Kemp|titolo=Italian Feminist Thought. A Reader|anno=1991|editore=Basil Blackwell|città=Oxford|lingua=en|ISBN=0-631-17115-0}} * {{Cita libro|autore=Maud Anne Bracke|traduttore=Enrica Capussotti|titolo=La nuova politica delle donne: il femminismo in Italia : 1968-1989|anno=2019|editore=Edizioni di storia e letteratura|città=Roma|ISBN=978-88-93592-02-4}} * {{Cita libro|autore=Anna Rita Calabrò, Laura Grasso|titolo=Dal movimento femminista al femminismo diffuso: storie e percorsi a Milano dagli anni '60 agli anni '80|anno=1985|editore=Franco Angeli|città=Milano}} * {{Cita libro|autore=Fiamma Lussana|titolo=Il movimento femminista in Italia. Esperienze, storie, memorie (1965–1980)|anno=2012|editore=Carocci|città=Roma|ISBN=978-88-430-6512-7}} * {{Cita pubblicazione|anno=1987|titolo=Il movimento femminista negli anni settanta|rivista=Memoria|numero=19-20|url=https://bibliotecadelledonne.women.it/fascicolo/memoria-rivista-di-storia-delle-donne-n-19-20-1987/}} * {{Cita libro|curatore=Aida Ribero|curatore2=Ferdinanda Vigliani|titolo=100 titoli: guida ragionata al femminismo degli anni Settanta|anno=1998|editore=Tufani|città=Ferrara|ISBN=978-88-86780-20-9}} * {{Cita libro|curatore=Rosalba Spagnoletti|titolo=I Movimenti femministi in Italia|anno=1977|editore=Savelli|città=Roma}} * {{Cita libro|curatore=Paola Stelliferi|curatore2=Stefania Voli|titolo=Anni di rivolta: nuovi sguardi sui femminismi degli anni Settanta e Ottanta|anno=2023|editore=Viella|città=Roma|ISBN=9791254692349}} == Note == hf3i9jtzthoi4n4dalu07ht3otduac3 0 60016 491844 2026-04-14T14:25:26Z ~2026-23008-03 54197 Nuova pagina: * Parrocchia Santo Stefano 491844 wikitext text/x-wiki * Parrocchia Santo Stefano 2sdz86r4yrc9w844pfxmv70o2b1brm3 491845 491844 2026-04-14T14:31:13Z ~2026-23008-03 54197 491845 wikitext text/x-wiki *[[Parrocchia Santo Stefano]] {{Avanzamento|0%|14 aprile 2026}} 3n2lz3qzl92lezd9vy7se717idlv2l9 0 60017 491847 2026-04-14T17:13:34Z Hippias 18281 da [[File:Elettrodinamica classica.pdf]], di Leonardo Pacciani Mori 491847 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Ci proponiamo dunque di risolvere: <math>\Box A_\mu = j_\mu \qquad \partial^\mu A_\mu = 0</math> ove <math>j_\mu</math> è una sorgente nota, che ovviamente soddisfa <math>\partial^\mu j_\mu = 0</math>. Si tratta sempre di equazioni differenziali lineari, ma stavolta contengono un termine noto. Il metodo col quale si risolve questo tipo di equazioni è il metodo della funzione di Green. == Equazione di Laplace == Consideriamo innanzitutto l'analogo tridimensionale di questa equazione per un campo scalare <math>\varphi</math> indipendente dal tempo: <math>\nabla^2 \varphi(\vec{x}) = \rho(\vec{x}) \qquad \varphi(\vec{x}) \xrightarrow{|\vec{x}| \to \infty} 0</math> ove <math>\rho</math> è una funzione nota. Con queste condizioni, esiste un'unica soluzione dell'equazione. Supponiamo infatti che <math>\varphi</math> sia una soluzione particolare dell'equazione; allora la soluzione generale sarà <math>\varphi = \varphi + \varphi_0</math>, ove <math>\varphi_0</math> è soluzione dell'equazione omogenea. Abbiamo già visto, però, che l'unica soluzione dell'equazione omogenea con le condizioni che abbiamo imposto è <math>\varphi_0 = 0</math>. Poiché l'equazione di Laplace è lineare, supponendo di conoscere due funzioni <math>\varphi_1</math> e <math>\varphi_2</math> tali che <math>\nabla^2 \varphi_1 = \rho_1</math> e <math>\nabla^2 \varphi_2 = \rho_2</math>, allora <math>\varphi = \varphi_1 + \varphi_2</math> risolverà l'equazione <math>\nabla^2 \varphi = \rho = \rho_1 + \rho_2</math>. Poniamo dunque: <math>\rho(\vec{x}) = \int \rho(\vec{y}) \delta^{(3)}(\vec{x} - \vec{y}) d^3\vec{y}</math> (è una definizione tautologica). Allora, se conosciamo la soluzione dell'equazione di Laplace per una <math>\delta^{(3)}</math>, dalla <math>\rho</math> possiamo ricavare la soluzione generale dell'equazione (la <math>\rho</math> è infatti una "sovrapposizione" di <math>\delta^{(3)}</math>). Cerchiamo dunque di risolvere l'equazione per <math>\rho_{\vec{y}}(\vec{x}) = \delta^{(3)}(\vec{x} - \vec{y})</math>. Chiamiamo <math>G(\vec{x};\vec{y})</math> (che è detta funzione di Green) la soluzione di quest'equazione, ossia: <math>\nabla^2_{\vec{x}} G(\vec{x};\vec{y}) = \delta^{(3)}(\vec{x} - \vec{y})</math> ove il pedice <math>\vec{x}</math> sul laplaciano indica che quest'ultimo agisce solo sulla <math>\vec{x}</math>, e non sulla <math>\vec{y}</math>. Se interpretiamo fisicamente quest'equazione, <math>G</math> è il potenziale elettrostatico corrispondente a una carica puntiforme posta in <math>\vec{y}</math>, che va considerato come una sorta di "parametro". Nota dunque <math>G</math>, allora si avrà: <math>\varphi(\vec{x}) = \int \rho(\vec{y}) G(\vec{x};\vec{y}) d^3\vec{y}</math> che è una "sovrapposizione" di più soluzioni elementari, pesate con la <math>\rho</math>. Infatti: <math>\begin{align} \nabla^2_{\vec{x}} \varphi(\vec{x}) &= \nabla^2_{\vec{x}} \int \rho(\vec{y}) G(\vec{x};\vec{y}) d^3\vec{y} = \\ &= \int \rho(\vec{y}) \left( \nabla^2_{\vec{x}} G(\vec{x};\vec{y}) \right) d^3\vec{y} = \int \rho(\vec{y}) \delta^{(3)}(\vec{x} - \vec{y}) d^3\vec{y} = \rho(x) \end{align}</math> Notiamo ora che in realtà la <math>G</math> è funzione di una sola variabile come conseguenza dell'invarianza del laplaciano sotto rototraslazioni: <math>\vec{x} \to \vec{x}' = R\vec{x} + \vec{a} \quad \Rightarrow \quad \nabla^2_{\vec{x}} = \sum_i \frac{\partial^2}{\partial x_i^2} \to \nabla^2_{\vec{x}'} = \sum_i \frac{\partial^2}{\partial {x'}^2_i} = \sum_i \frac{\partial^2}{\partial x_i^2} = \nabla^2_{\vec{x}}</math> (perché <math>|\det R| = 1</math>). Ora, l'equazione: <math>\nabla^2_{\vec{x}} G(\vec{x};\vec{y}) = \delta^{(3)}(\vec{x} - \vec{y})</math> dev'essere vera per ogni <math>\vec{x}</math> e <math>\vec{y}</math>, e dunque anche per ogni <math>\vec{x}'</math> e <math>\vec{y}'</math>: <math>\nabla^2_{\vec{x}'} G(\vec{x}';\vec{y}') = \delta^{(3)}(\vec{x}' - \vec{y}') \quad \Rightarrow \quad \nabla^2_{\vec{x}} G(\vec{x}';\vec{y}') = \delta^{(3)}(\vec{x} - \vec{y})</math> ove l'ultimo passaggio è dovuto alle proprietà della <math>\delta</math> (il modulo del determinante della matrice di una rotazione è 1). Poiché la soluzione di quest'equazione è unica, si dovrà avere: <math>G(\vec{x}';\vec{y}') = G(\vec{x};\vec{y})</math> Insomma, la funzione di Green "eredita" sempre le simmetrie dell'operatore che agisce su di essa. Poiché dunque <math>G</math> è invariante per traslazioni, allora potrà solo essere funzione di <math>\vec{x} - \vec{y}</math>, ossia <math>G(\vec{x};\vec{y}) = G(\vec{x} - \vec{y}) := \tilde{G}(\vec{x})</math> (ove nell'ultimo passaggio abbiamo rinominato <math>\vec{x} - \vec{y}</math> con <math>\vec{x}</math>). Poiché è anche invariante per rotazioni, poi, la <math>G</math> dovrà essere funzione del solo modulo di <math>\vec{x}</math>, ossia <math>G(\vec{x}) = G(|\vec{x}|)</math>. Dunque, ricapitolando: <math>\nabla^2_{\vec{x}} G(|\vec{x}|) = \delta(|\vec{x}|)</math> Sappiamo, per analogia con l'elettrostatica, che la soluzione di quest'equazione è: <math>G(|\vec{x}|) = -\frac{1}{4\pi} \frac{1}{|\vec{x}|}</math> Cerchiamo però di derivarla sistematicamente; per farlo, passiamo alle trasformate di Fourier: <math>G(|\vec{x}|) = \frac{1}{(2\pi)^{3/2}} \int e^{-i\vec{k}\cdot\vec{x}} \hat{G}(\vec{k}) d^3\vec{k}</math> <math>\delta^{(3)}(\vec{x}) = \frac{1}{(2\pi)^3} \int e^{-i\vec{k}\cdot\vec{x}} d^3\vec{k} \quad \Rightarrow \quad \widehat{\delta^{(3)}}(k) = \frac{1}{(2\pi)^{3/2}}</math> Pertanto, prendendo la trasformata di Fourier ad ambo i membri dell'equazione <math>\nabla^2_{\vec{x}} G(|\vec{x}|) = \delta(|\vec{x}|)</math>: <math>-|\vec{k}|^2 \hat{G}(\vec{k}) = \frac{1}{(2\pi)^{3/2}} \quad \Rightarrow \quad \hat{G}(\vec{k}) = -\frac{1}{(2\pi)^{3/2}} \frac{1}{|\vec{k}|^2} \quad \Rightarrow \quad G(|\vec{x}|) = -\frac{1}{(2\pi)^3} \int \frac{e^{-i\vec{k}\cdot\vec{x}}}{|\vec{k}|^2} d^3\vec{k}</math> Per calcolare quest'ultimo integrale conviene pensare <math>\vec{x}</math> come un vettore fisso e <math>\vec{k}</math> variabile, e prendere coordinate polari per <math>\vec{k}</math> rispetto a <math>\vec{x}</math>. Dunque: <math>d^3\vec{k} = dk d\theta d\varphi \cdot k^2 \sin\theta \quad \Rightarrow \quad d^3\vec{k} = k^2 dk d(\cos\theta) d\varphi</math> e quindi: <math>\begin{align} G(|\vec{x}|) &= \frac{1}{(2\pi)^3} \int_0^\infty \int_{-1}^1 \int_0^{2\pi} \frac{k^2}{k^2} e^{-ik|\vec{x}|\cos\theta} d\varphi d(\cos\theta) dk = \\ &= \frac{1}{(2\pi)^2} \int_0^\infty \int_{-1}^1 e^{-ik|\vec{x}|\cos\theta} d(\cos\theta) dk = \frac{1}{(2\pi)^2} \int_0^\infty \frac{1}{-ik|\vec{x}|} \left( e^{-ik|\vec{x}|} - e^{ik|\vec{x}|} \right) dk = \\ &= \frac{1}{(2\pi)^2} \int_{-\infty}^\infty \frac{1}{-ik|\vec{x}|} \left( e^{-ik|\vec{x}|} - e^{ik|\vec{x}|} \right) dk = \frac{2}{(2\pi)^2} \frac{1}{|\vec{x}|} \int_0^\infty \frac{\sin(k|\vec{x}|)}{k} dk = \\ &= \frac{2}{(2\pi)^2} \frac{1}{|\vec{x}|} \underbrace{\int_0^\infty \frac{\sin k'}{k'} dk'}_{= \pi/2} = \frac{2}{(2\pi)^2} \frac{1}{|\vec{x}|} \frac{\pi}{2} \\ \end{align}</math> ove nel penultimo passaggio abbiamo effettuato il cambio di variabile <math>k|\vec{x}| = k'</math>. Dunque: <math>G(|\vec{x}|) = -\frac{1}{4\pi} \frac{1}{|\vec{x}|}</math> e notiamo che effettivamente <math>G \xrightarrow{|\vec{x}| \to \infty} 0</math> == Equazione di d'Alembert per <math>A_\mu</math> == Passiamo dunque all'analogo problema per il campo elettromagnetico: <math>\Box A_\mu = j_\mu \qquad \partial^\mu A_\mu = 0</math> Dobbiamo cercare dunque la funzione di Green per il d'alembertiano: <math>\Box_x G(x;y) = \delta^{(4)}(x-y)</math> In questo caso, <math>G</math> "erediterà" le simmetrie di <math>\Box</math>, ossia sarà invariante per trasformazioni di Poincaré. Pertanto, <math>G(x;y) = G(x';y')</math>; per l'invarianza per traslazioni si dovrà avere <math>G(x;y) = G(x-y) := G(x)</math>, e per quella sotto trasformazioni di Lorentz <math>G(x) = G(\sqrt{x^\mu x_\mu})</math>. Sembrerebbe dunque che <math>G</math> sia funzione di <math>x^\mu x_\mu</math>; è vero, ma in realtà è anche funzione del segno di <math>x^0</math>, perché anch'esso è invariante di Lorentz. Nota dunque <math>G</math>, si avrà: <math>A_\mu(x) = \int j_\mu(y) G(x-y) d^4y</math> Infatti: <math>\Box_x A_\mu(x) = \int j_\mu(y) \underbrace{\Box_x G(x-y)}_{\displaystyle = \delta^{(4)}(x-y)} d^4y = j_\mu(x)</math> Inoltre: <math>\partial_{x^\mu} A_\mu(x) = \frac{\partial}{\partial x^\mu} A_\mu(x) = \int j_\mu(y) \underbrace{\partial_{x^\mu} G(x-y)}_{\displaystyle = -\partial_{y^\mu} G(x-y)} d^4y = -\int j_\mu(y) \partial_{y^\mu} G(x-y) d^4y</math> Adesso integriamo per parti sfruttando le proprietà delle distribuzioni (è sottinteso che tutto ciò che stiamo maneggiando sono distribuzioni). Dunque: <math>\partial_{x^\mu} A_\mu(x) = \int \underbrace{\partial^\mu j_\mu(y)}_{\displaystyle = 0} G(x-y) d^4y = 0</math> Pertanto, poiché <math>A_\mu</math> come definito sopra soddisfa effettivamente la gauge di Lorenz, è la soluzione che stavamo cercando. Ci resta dunque solo da determinare <math>G</math>: <math>\Box G(x) = \delta(x) \qquad G(x) \xrightarrow{|\vec{x}| \to \infty} 0</math> Il problema è che con queste condizioni la <math>G</math> non è univocamente determinata: se infatti <math>G</math> è soluzione particolare dell'equazione, anche <math>G = G + G_0</math> con <math>\Box G_0 = 0</math> e <math>G_0 \xrightarrow{|\vec{x}| \to \infty} 0</math> lo è. Dovremo dunque porre altre condizioni per determinare univocamente <math>G</math>. Passiamo alle trasformate di Fourier: <math>G(x) = \frac{1}{(2\pi)^2} \int e^{-ikx} \hat{G}(k) d^4k \qquad \delta^{(4)}(x) = \frac{1}{(2\pi)^4} \int e^{-ikx} d^4k</math> Pertanto: <math>\Box G(x) = \delta(x) \quad \Rightarrow \quad -k^2 \hat{G}(k) = \frac{1}{(2\pi)^2} \quad \Rightarrow \quad \hat{G}(k) = -\frac{1}{(2\pi)^2} \frac{1}{k^2} \quad \Rightarrow</math> <math>\Rightarrow \quad G(x) = -\frac{1}{(2\pi)^4} \int \frac{e^{-ikx}}{k^2} d^4k = -\frac{1}{(2\pi)^4} \int \int \frac{e^{-i(k^0 x^0 - \vec{k}\cdot\vec{x})}}{(k^0)^2 - |\vec{k}|^2} d^3\vec{k} dk^0 =</math> <math>= -\frac{1}{(2\pi)^4} \int e^{-i\vec{k}\cdot\vec{x}} d^3\vec{k} \int \frac{e^{-ik^0 x^0}}{(k^0)^2 - |\vec{k}|^2} dk^0 \underbrace{}_{\displaystyle := I}</math> L'integrale <math>I</math> non è però definito, perché l'integrando ha dei poli in <math>k^0 = \pm|\vec{k}|</math>. Ci sono però vari modi per "dare senso" a quest'integrale (ad esempio la parte principale), ma non sono metodi univoci. Ciò è conseguenza del fatto che, come già detto, la condizione <math>G(x) \xrightarrow{|\vec{x}| \to \infty} 0</math> non fissa univocamente <math>G</math>. Per calcolare <math>I</math>, integriamo nel campo complesso (dunque <math>k^0 \in \mathbb{C}</math>). Volendo deformare il cammino d'integrazione "scavalcando" i poli, non sappiamo però quale dei seguenti cammini possibili conviene usare: Possibili cammini d'integrazione Poiché in <math>I</math> è presente <math>e^{-ik^0 x^0}</math>, si presentano due casi: <math>x^0 > 0</math> in questo caso il cammino va chiuso nel semipiano <math>\text{Im } k^0 > 0</math> <math>x^0 < 0</math> in questo caso il cammino va chiuso nel semipiano <math>\text{Im } k^0 < 0</math> Cerchiamo ora di capire in che modo "scavalcare" i poli (cioè se scavalcarli dal "di sopra" o dal "di sotto"). Ricordiamoci del significato fisico di ciò che stiamo facendo: determinare <math>G</math> equivale a trovare il segnale generato da una carica puntiforme posta in <math>\vec{x} = 0</math> all'istante <math>x^0</math>; per il principio di causalità, dunque, <math>G(x) = 0</math> se <math>x^0 < 0</math> (ossia, prima che la sorgente emetta un segnale non c'è alcun campo). È questa la condizione aggiuntiva che dobbiamo porre su <math>G</math> per risolvere il problema. Una funzione di Green <math>G_r</math> che soddisfi la condizione <math>G_r(x) = 0</math> se <math>x^0 < 0</math> è detta funzione di Green ritardata. Si potrebbe, analogamente, definire la funzione di Green anticipata <math>G_a</math> come una funzione di Green tale che <math>G_a(x) = 0</math> se <math>x^0 > 0</math>; matematicamente entrambe sono sensate, ma fisicamente la <math>G_a</math> non lo è (viola palesemente il principio di causalità, perché il suo significato fisico sarebbe quello di rilevare un campo prima ancora che la particella lo emetta). Dunque, poiché dobbiamo scegliere un cammino di integrazione con <math>x^0 < 0</math>, dobbiamo chiuderlo nel semipiano inferiore. Se dunque scavalcassimo i poli dal "di sotto" (chiamiamo <math>\Gamma_r</math> questo cammino di integrazione) allora <math>G_r(x) = 0</math> per <math>x^0 < 0</math>: il cammino di integrazione non conterrebbe infatti poli, e pertanto <math>I</math>, e quindi anche <math>G</math>, sono nulli; se invece li avessimo scavalcati dal "di sopra" si avrebbe avuto <math>G_r(x) \neq 0</math> (in questo caso <math>I</math> non sarebbe stato nullo). È dunque chiaro che la condizione <math>G_r(x) = 0</math> per <math>x^0 < 0</math> fissa univocamente la <math>G</math>. Supponiamo ora <math>x^0 > 0</math>; il cammino d'integrazione, che chiamiamo <math>\tilde{\Gamma}_r</math>, dovrà essere chiuso nel semipiano superiore perché <math>x^0 > 0</math>, ma i poli vanno scavalcati dal "di sotto" per il ragionamento appena fatto. In questo caso, dunque: <math>I = \oint_{\tilde{\Gamma}_r} \frac{e^{-ik^0 x^0}}{(k^0)^2 - |\vec{k}|^2} = 2\pi i \left( \frac{e^{-i|\vec{k}|x^0}}{2|\vec{k}|} + \frac{e^{i|\vec{k}|x^0}}{-2|\vec{k}|} \right) = -\frac{2\pi}{|\vec{k}|} \sin(|\vec{k}|x^0)</math> Perciò (inseriamo una <math>\Theta</math> di Heaviside per "ricordarci" che <math>G_r(x) = 0</math> per <math>x^0 < 0</math>): <math>G_r(x) = -\frac{\Theta(x^0)}{(2\pi)^4} (-2\pi) \int e^{-i\vec{k}\cdot\vec{x}} \frac{\sin(|\vec{k}|x^0)}{|\vec{k}|} d^3\vec{k} = \frac{\Theta(x^0)}{(2\pi)^3} \int e^{-i\vec{k}\cdot\vec{x}} \frac{\sin(|\vec{k}|x^0)}{|\vec{k}|} d^3\vec{k}</math> Quest'ultimo integrale lo si calcola come abbiamo già visto, ossia pensando <math>\vec{x}</math> come vettore fisso e prendendo coordinate polari per <math>\vec{k}</math> rispetto a <math>\vec{x}</math>: <math>\begin{align} G_r(x) &= \frac{\Theta(x^0)}{(2\pi)^2} \int_0^{+\infty} \int_{-1}^1 \frac{|\vec{k}|^2}{|\vec{k}|} \sin(|\vec{k}|x^0) e^{-i|\vec{k}||\vec{x}|\cos\theta} d\cos\theta d|\vec{k}| = \\ &= \frac{\Theta(x^0)}{(2\pi)^2} \int_0^{+\infty} |\vec{k}| \sin(|\vec{k}|x^0) 2\frac{\sin(|\vec{k}||\vec{x}|)}{|\vec{k}||\vec{x}|} d|\vec{k}| = \\ &= \frac{\Theta(x^0)}{(2\pi)^2} \frac{2}{|\vec{x}|} \int_0^{+\infty} \sin(|\vec{k}|x^0) \sin(|\vec{k}||\vec{x}|) d|\vec{k}| \end{align}</math> Poiché l'integrando è pari, e scrivendo <math>k</math> per <math>|\vec{k}|</math>: <math>\begin{align} G_r(x) &= \frac{\Theta(x^0)}{(2\pi)^2} \frac{1}{|\vec{x}|} \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{e^{ikx^0} - e^{-ikx^0}}{2i} \frac{e^{ik|\vec{x}|} - e^{-ik|\vec{x}|}}{2i} dk = \\ &= \frac{\Theta(x^0)}{(2\pi)^2} \frac{1}{|\vec{x}|} \left( -\frac{1}{4} \right) \int_{-\infty}^{+\infty} 2\left( e^{ik(x^0 + |\vec{x}|)} - e^{ik(x^0 - |\vec{x}|)} \right) dk \end{align}</math> Ricordando la rappresentazione integrale della delta di Dirac: <math>\delta(x) = \frac{1}{2\pi} \int e^{ikx} dk</math> allora: <math>G_r(x) = \frac{\Theta(x^0)}{4\pi|\vec{x}|} \left[ \delta(x^0 - |\vec{x}|) - \delta(x^0 + |\vec{x}|) \right]</math> La seconda delta di Dirac, però, non contribuisce perché imporrebbe <math>x^0 < 0</math>, mentre la <math>\Theta</math> impone <math>G_r(x) = 0</math> per <math>x^0 < 0</math>. Pertanto (adesso possiamo evitare di scrivere la <math>\Theta</math>, in quanto l'informazione <math>x^0 < 0</math> è contenuta nella <math>\delta</math>): <math>G_r(x) = \frac{1}{4\pi|\vec{x}|} \delta(x^0 - |\vec{x}|)</math> È un risultato identico a quello che avevamo trovato per l'equazione di Laplace, a meno della delta di Dirac. La presenza di <math>\delta(x^0 - |\vec{x}|)</math> ha un preciso significato fisico: è un modo per esprimere il fatto che il segnale emesso dalla carica si muove alla velocità della luce: se infatti la carica emette segnale dalla posizione <math>\vec{x} = 0</math> all'istante <math>x^0 = 0</math>, un'osservatore in <math>\vec{x}</math> potrà misurare il campo solo a <math>x^0 = |\vec{x}|</math>. Potrebbe sorgere però il dubbio che <math>G_r</math> non sia un invariante di Lorentz (si dovrebbe avere, infatti, che <math>G(x) = G(\Lambda x)</math>). Anche quando avevamo definito <math>G_r</math>, inoltre, la condizione <math>x^0 < 0</math> non è apparentemente invariante di Lorentz; in realtà tutto ciò non è vero, e sia <math>G_r</math> che la condizione <math>x^0 < 0</math> sono Lorentz-invarianti. Per mostrarlo, consideriamo <math>\delta(x^2)</math> (ove <math>x^2</math> è il quadrato di <math>x</math> nel senso di Minkowski); si ha che <math>\delta(x^2)</math> è sicuramente un oggetto invariante, e vale: <math>\delta(x^2) = \delta((x^0)^2 - |\vec{x}|^2) = \frac{\delta(x^0 - |\vec{x}|) + \delta(x^0 + |\vec{x}|)}{2|x^0|} = \frac{\delta(x^0 - |\vec{x}|) + \delta(x^0 + |\vec{x}|)}{2|\vec{x}|}</math> <math>\delta(x^2) = \delta((x^0)^2 - |\vec{x}|^2) = \frac{\delta(x^0 - |\vec{x}|) + \delta(x^0 + |\vec{x}|)}{2|x^0|} = \frac{\delta(x^0 - |\vec{x}|) + \delta(x^0 + |\vec{x}|)}{2|\vec{x}|}</math> Pertanto, poiché: <math>\Theta(x^0)\delta(x^2) = \frac{\delta(x^0 - |\vec{x}|)}{2|\vec{x}|}</math> <math>\Theta(-x^0)\delta(x^2) = \frac{\delta(x^0 + |\vec{x}|)}{2|\vec{x}|}</math> allora: <math>G_r(x) = \frac{1}{2\pi} \Theta(x^0)\delta(x^2)</math> che è un'altra forma della <math>G_r</math> equivalente a quella vista precedentemente. Mostriamo ora che <math>\Theta(x^0)</math> è invariante di Lorentz come conseguenza del fatto che <math>x^2 \leq 0</math>. Poiché <math>x^2 \leq 0</math> stiamo considerando gli eventi all'interno del cono luce di <math>x</math>; consideriamo dunque un evento nel cono luce con <math>x^0 > 0</math>. Allora non esiste alcuna trasformazione di Lorentz tale che <math>(x')^0 < 0</math>: infatti, ricordandoci che <math>\Lambda \in SO(1,3)_c</math>, se per assurdo una tale trasformazione esistesse dovrebbe esistere tutta una serie continua di trasformazioni (<math>SO(1,3)_c</math> è un gruppo di Lie), ossia dovrebbe esistere un cammino continuo che connette i due eventi (quello con <math>x^0 > 0</math> e quello con <math>(x')^0 < 0</math>), che necessariamente dovrà passare per l'origine del cono luce (una trasformazione di Lorentz, infatti, non può far uscire dal cono luce). Ciò però significa che la trasformazione non è invertibile, mentre invece tutte le trasformazioni di <math>SO(1,3)_c</math> lo sono (o, in altre parole, se <math>x^\mu \neq 0</math> allora <math>(\Lambda x)^\mu \neq 0</math>): pertanto, non esiste alcuna trasformazione che cambia il segno di <math>x^0</math>. {{avanzamento|75%|14 aprile 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|Equazioni di Maxwell in presenza di sorgenti]] 894luk2twj2lyddhqib0jbohb8si2h9 0 60018 491849 2026-04-14T17:15:58Z Hippias 18281 da [[File:Elettrodinamica classica.pdf]], di Leonardo Pacciani Mori 491849 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Tornando dunque al problema delle equazioni di Maxwell, vogliamo risolvere <math>\Box A_\mu = j_\mu</math> con la condizione <math>\partial^\mu A_\mu = 0</math> e <math>j_\mu</math> noto. Sappiamo già che si dovrà avere: <math>A_\mu(x) = \int G_r(x-y) j_\mu(y) d^4y</math> Usando <math>G_r(x) = \frac{1}{4\pi|\vec{x}|} \delta(x^0 - |\vec{x}|)</math> dunque: <math>A_\mu(x) = \int \frac{\delta(x^0 - y^0 - |\vec{x} - \vec{y}|)}{4\pi|\vec{x} - \vec{y}|} j_\mu(y^0;\vec{y}) d^4y = \frac{1}{4\pi} \int \frac{j_\mu(x^0 - |\vec{x} - \vec{y}|;\vec{y})}{|\vec{x} - \vec{y}|} d^3\vec{y}</math> Pertanto, la soluzione più generale possibile delle equazioni di Mawxell è: <math>A_\mu(x^0;\vec{x}) = \frac{1}{4\pi} \int \frac{j_\mu(x^0 - |\vec{x} - \vec{y}|;\vec{y})}{|\vec{x} - \vec{y}|} d^3\vec{y}</math> Il termine <math>x^0 - |\vec{x} - \vec{y}|</math> in <math>j_\mu</math> tiene conto del ritardo dovuto al fatto che il campo si propaga alla velocità della luce, e non istantaneamente. Reintroducendo le <math>c</math>, quest'ultima equazione si può riscrivere come: <math>A_\mu(x^0;\vec{x}) = \frac{1}{4\pi} \int \frac{j_\mu\left( x^0 - \frac{|\vec{x} - \vec{y}|}{c};\vec{y} \right)}{|\vec{x} - \vec{y}|} d^3\vec{y}</math> Possiamo anche riscrivere <math>A_\mu</math> sfruttando <math>G_r(x) = \frac{1}{2\pi} \Theta(x^0)\delta(x^2)</math> <math>A_\mu(x) = \frac{1}{2\pi} \int \Theta(x^0 - y^0) \delta((x-y)^2) j_\mu(y) d^4y</math> {{avanzamento|75%|14 aprile 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|Soluzione delle equazioni di Maxwell]] knj8c2fyxy1vdb6fgy6wp88ymnzyhip 0 60019 491850 2026-04-14T17:33:15Z Hippias 18281 da [[File:Elettrodinamica classica.pdf]], di Leonardo Pacciani Mori 491850 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Consideriamo dunque una particella carica in moto qualunque con linea d'universo <math>y^\mu(s)</math>. La quadricorrente ad essa associata sarà: <math>j^\mu(y) = e \int u^\mu(s) \delta^{(4)}(y - y(s)) ds</math> e inserendola in <math>A_\mu</math>: <math>A_\mu(x) = \frac{e}{2\pi} \int \int \Theta(x^0 - y^0) \delta((x-y)^2) u_\mu(s) \delta^{(4)}(y - y(s)) d^4y ds</math> <math>\Rightarrow \quad A_\mu(x) = \frac{e}{2\pi} \int \Theta(x^0 - y^0(s)) \delta((x - y(s))^2) u_\mu(s) ds</math> Cerchiamo di interpretare "geometricamente" la situazione, per capire meglio cosa stiamo facendo. L'evento che abbiamo chiamato <math>x</math> è quello nel quale si misura il campo emesso dalla particella. Consideriamo poi il cono luce di <math>x</math>; la particella descriverà una certa linea d'universo nello spaziotempo, che intersecherà il cono luce in due punti (questo fatto lo dimostreremo fra poco), che sono proprio i punti che soddisfano <math>(x - y(s))^2 = 0</math>, ossia quelli "selezionati" dalla <math>\delta</math>. La <math>\Theta</math> nell'integrale, poi, di questi due punti seleziona solo quello con <math>x^0 - y^0(s) > 0</math>; sia dunque <math>\bar{s}</math> il tempo proprio della particella tale che <math>(x - y(\bar{s}))^2 = 0</math> e <math>x^0 - y^0(\bar{s}) > 0</math> (ovviamente <math>\bar{s} = \bar{s}(x)</math>, ossia <math>\bar{s}</math> dipende dal punto di osservazione <math>x</math>). Allora: <math>A_\mu(x) = \frac{e}{2\pi} \frac{u_\mu(\bar{s})}{\frac{d}{ds}(x - y(s))^2|_{s=\bar{s}}}</math> Si ha: <math>\frac{d}{ds}(x - y(s))^2|_{s=\bar{s}} = 2(x - y(\bar{s}))^\mu \left( -\frac{dy_\mu(s)}{ds} \right) = -2(x - y(\bar{s})) \cdot u(\bar{s})</math> Ora, poiché <math>(x - y(\bar{s})) \cdot u(\bar{s})</math> è un'invariante di Lorentz, possiamo valutarlo in qualunque sistema di riferimento: scegliamo quello di quiete istantanea della particella; ciò che vogliamo fare è determinarne il segno, di modo da non inserire moduli nell'espressione di <math>A_\mu</math>. In questo sistema di riferimento, poiché <math>u^\mu(\bar{s}) = (1,0,0,0)</math>: <math>-2(x - y(\bar{s})) \cdot u(\bar{s}) = -2(x^0 - y^0(\bar{s}))</math> e poiché <math>x^0 - y^0(\bar{s}) > 0</math> per ipotesi: <math>\frac{d}{ds}(x - y(s))^2|_{s=\bar{s}} = -2(x - y(\bar{s})) \cdot u(\bar{s})</math> Perciò: <math>A_\mu(x) = \frac{e}{4\pi} \frac{u_\mu(\bar{s})}{(x - y(\bar{s})) \cdot u(\bar{s})}</math> Per rendere completamente esplicita la formula bisogna conoscere <math>\bar{s}</math>, cosa possibile solo se si conosce la linea d'universo della particella. Riscriviamola ora in un'altra forma non completamente covariante: scegliamo come parametrizzazione della linea d'universo della particella il tempo <math>t'</math>, ossia <math>y^\mu(s) \to y^\mu(t') = (t';\vec{y}(t'))</math>. Con questa scelta: <math>(x - y(s))^2 = (t - t')^2 - |\vec{x} - \vec{y}(t')|^2 \quad \Rightarrow \quad (x - y(s))^2 = 0 \Leftrightarrow t - t^* = |\vec{x} - \vec{y}(t^*)|</math> ove <math>t^*</math> è il tempo che corrisponde a <math>\bar{s}</math> (non abbiamo messo <math>\pm</math> di fronte al modulo perché sappiamo già che <math>x^0 - y^0(\bar{s}) > 0</math>). L'equazione <math>t - t^* = |\vec{x} - \vec{y}(t^*)|</math> determina dunque <math>t^*</math> come funzione di <math>t</math> e <math>\vec{x}</math>, ossia <math>t^* = t^*(t;\vec{x})</math>. Ricordando inoltre che <math>u_\mu = \gamma(1;\vec{v})</math>, allora: <math>u(\bar{s}) \cdot (x - y(\bar{s})) = \gamma[t - t^* - \vec{v} \cdot (\vec{x} - \vec{y}(t^*))] = \gamma[|\vec{x} - \vec{y}(t^*)| - \vec{v} \cdot (\vec{x} - \vec{y}(t^*))]</math> Dunque: <math>A_\mu(x) = \frac{e}{4\pi} \frac{(1;\vec{v}(t^*))}{|\vec{x} - \vec{y}(t^*)| - \vec{v} \cdot (\vec{x} - \vec{y}(t^*))}</math> che è detto potenziale di Lienard-Wiechert. Prima di passare alle sue applicazioni, dimostriamo l'esistenza e l'unicità di <math>\bar{s}</math>. Consideriamo dunque particelle con massa a riposo non nulla, e tali che: <math>\lim_{s \to \infty} (x - y(s))^2 = +\infty</math> Ad esempio, se la traiettoria della particella è tale che: <math>\lim_{s \to \infty} u^\mu(s) = u^\mu_\infty</math> con <math>u^\mu_\infty</math> quadrivettore costante, allora la condizione è soddisfatta. Infatti: <math>y^\mu(s) \xrightarrow{s \to \infty} u^\mu_\infty s \xrightarrow{s \to \infty} \pm \infty</math> e dunque: <math>(x - y(s))^2 = x^2 + y^2 - 2x^\mu y_\mu(s) \xrightarrow{s \to \infty} x^2 + s^2 - 2sx^\mu u_{\mu\infty} \xrightarrow{s \to \infty} +\infty</math> Con questa condizione escludiamo casi fisicamente non riproducibili, come ad esempio il caso di una particella accelerata indefinitamente. Dimostriamo dunque l'esistenza e l'unicità di <math>\bar{s}</math> a partire da queste ipotesi. Sia dunque <math>f(s) = (x - y(s))^2</math>; vogliamo dimostrare che <math>f</math> ha uno e un solo zero con <math>x^0 - y^0(s) > 0</math>. Per ipotesi, <math>f</math> tende all'infinito per <math>s</math> tendente a <math>\pm \infty</math>: pertanto <math>f</math> dovrà avere almeno un minimo (locale). Esiste dunque un <math>a</math> tale che <math>f'(a) = 0</math>. Mostriamo ora che tutti gli eventuali massimi o minimi locali si trovano nel semipiano inferiore (ossia sono tali che <math>f(s) < 0</math>). Poiché <math>f</math> è invariante di Lorentz, possiamo valutarla in un qualunque sistema di riferimento; scegliamo quello di quiete istantanea della particella per <math>\bar{s} = a</math>. In questo sistema di riferimento si ha <math>u^\mu(a) = (1,0,0,0)</math>; inoltre: <math>f'(s) = -2(x - y(s)) \cdot u(s)</math> e dunque, nel sistema di riferimento di quiete istantanea della particella, a <math>s = a</math>: <math>f'(a) = -2(x^0 - y^0(a))</math> I massimi o minimi di <math>f</math> sono dunque i punti per i quali <math>x^0 - y^0(a) = 0</math>. Si ha quindi: <math>f(a) = (x^0 - y^0(a))^2 - |\vec{x} - \vec{y}(a)|^2 = -|\vec{x} - \vec{y}(a)|^2 \leq 0</math> In realtà, consideriamo solo il caso <math>f(a) < 0</math>, ignorando i casi "patologici" nei quali vale l'uguaglianza. Esistono pertanto due (e due soli) zeri di <math>f</math>, che chiamiamo <math>s_+</math> e <math>s_-</math>: È chiaro che <math>f'(s_+) < 0</math> e <math>f'(s_-) > 0</math>; d'altra parte, però, nel sistema di riferimento di quiete istantanea della particella si ha <math>f'(s) = -2(x^0 - y^0(s))</math>, e pertanto: <math>f'(s_+) = -2(x^0 - y^0(s_+)) < 0 \quad \Rightarrow \quad x^0 - y^0(s_+) > 0</math> La dimostrazione è quindi conclusa. Vediamo ora, per completezza, dei casi nei quali le ipotesi di questo teorema non sono verificate. Consideriamo dunque una particella in moto uniformemente accelerato in una dimensione <math>x</math>; si ha (<math>a > 0</math>): <math>\frac{d}{dt}(\gamma v) = a \quad \Rightarrow \quad y^\mu(s) = \frac{1}{a}(\sinh(as), \cosh(as), 0, 0)</math> Poiché risulta: <math>(x - y(s))^2 \xrightarrow{s \to \infty} \frac{e^{as}}{a}(x - t)</math> il limite di <math>(x - y(s))^2</math> per <math>s \to \infty</math> non ha segno definito (vale infatti <math>+\infty</math> se <math>x > t</math> e <math>-\infty</math> se <math>x < t</math>). Pertanto le ipotesi del teorema non sono soddisfatte. Questo fatto può essere inteso anche dalla figura: se si misura il campo emesso dalla particella (ovviamente supponendo che sia carica) in determinati punti dello spaziotempo si vede che il teorema non vale più: I problemi, insomma, nascono se <math>x</math> si trova nel secondo o nel terzo quadrante. Anche se questa situazione non è fisicamente realizzabile, è comunque interessante, e ha rilevanza ad esempio nello studio della relatività generale, e in particolare dei buchi neri: la parte di universo evidenziata in figura, infatti, è completamente inaccessibile alla particella (un eventuale segnale di un osservatore in quella zona non può essere ricevuto dalla particella, o un segnale emesso dalla particella non può raggiungere l'osservatore). Un osservatore solidale con la particella, dunque, vede un orizzonte degli eventi (apparente perché dipende dal sistema di riferimento). Per il principio di equivalenza in relatività generale, dunque, questo è anche ciò che rileverebbe un osservatore non accelerato ma in presenza di gravità. {{avanzamento|75%|14 aprile 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|Potenziale di Lienard-Wiechert]] hj2306rjt3jc8disopx8remer2cvede 0 60020 491851 2026-04-14T17:34:34Z Hippias 18281 da [[File:Elettrodinamica classica.pdf]], di Leonardo Pacciani Mori 491851 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Vogliamo dunque esprimere esplicitamente <math>\vec{E}</math> e <math>\vec{B}</math> a partire dal potenziale di Lienard-Wiechert: <math>A_\mu = \frac{e}{4\pi} \frac{u_\mu(\bar{s})}{u(\bar{s}) \cdot (x - y(\bar{s}))}</math> Poniamo per brevità <math>L_\mu = x_\mu - y_\mu(\bar{s})</math>; dunque, <math>\bar{s} = \bar{s}(x)</math> è tale che <math>L^\mu L_\mu = 0</math> e <math>L^0 > 0</math>. Quindi: <math>F_{\mu\nu} = \partial_\mu A_\nu - \partial_\nu A_\mu = \frac{e}{4\pi} \left[ \frac{\partial_\mu u_\nu(\bar{s})}{u \cdot L} - \frac{u_\nu}{(u \cdot L)^2} \partial_\mu (u \cdot L) - (\mu \leftrightarrow \nu) \right]</math> ove con <math>(\mu \leftrightarrow \nu)</math> si intendono gli stessi termini precedenti con gli indici <math>\mu</math> e <math>\nu</math> scambiati. Si ha: <math>\partial_\mu u_\nu = \frac{du_\nu}{ds} \partial_\mu \bar{s} \qquad \partial_\mu L_\nu = \delta_{\mu\nu} - \frac{dy_\nu}{ds} \partial_\mu \bar{s} = \delta_{\mu\nu} - u_\nu \partial_\mu \bar{s}</math> <math>\partial_\mu (u^\nu L_\nu) = (\partial_\mu u^\nu) L_\nu + u^\nu \partial_\mu L_\nu = (w^\nu \partial_\mu \bar{s}) L_\nu + u^\nu \delta_{\mu\nu} - u^\nu u_\nu \partial_\mu \bar{s} = (w^\nu L_\nu - 1)\partial_\mu \bar{s} + u_\mu</math> Per determinare <math>\partial_\mu \bar{s}</math>, deriviamo l'equazione che la definisce: <math>\partial_\mu (L^\nu L_\nu) = 2L^\nu \partial_\mu L_\nu = 0 \quad \Rightarrow \quad 2(L_\nu - u^\nu L_\nu \partial_\mu \bar{s}) = 0 \quad \Rightarrow \quad \partial_\mu \bar{s} = \frac{L_\mu}{u^\nu L_\nu}</math> Quindi: <math>\begin{align} F_{\mu\nu} &= \frac{e}{4\pi} \frac{1}{(u \cdot L)^3} [(u \cdot L)w_\mu L_\nu - u_\mu (u \cdot L) + L_\mu (w \cdot L - 1))u_\nu - (\mu \leftrightarrow \nu)] = \\ &= \frac{e}{4\pi} \frac{1}{(u \cdot L)^3} [L_\mu u_\nu + L_\nu ((u \cdot L)w_\mu - (w \cdot L)u_\mu) - (\mu \leftrightarrow \nu)] \end{align}</math> Separiamo dunque i termini che dipendono da <math>w</math>, che chiameremo termini di accelerazione, da quelli che non ci dipendono, che diremo termini di velocità: <math>F_{\mu\nu} = F^v_{\mu\nu} + F^a_{\mu\nu}</math> Per rendere più comprensibile la notazione, chiamiamo <math>R</math> la distanza fra il punto di osservazione e la posizione della particella all'istante <math>\bar{s}</math>, ossia <math>R = |\vec{x} - \vec{y}(\bar{s})|</math>; per definizione, dunque, <math>R = t - y^0(\bar{s}) = L^0</math>. Introduciamo poi il quadrivettore: <math>m_\mu = \frac{L_\mu}{R} = \left( 1; \frac{\vec{x} - \vec{y}(\bar{s})}{|\vec{x} - \vec{y}(\bar{s})|} \right)</math> (la sua parte spaziale è il versore della direzione d'osservazione). Per costruzione, <math>m^\mu m_\mu = 0</math>, e <math>u \cdot L = R(u \cdot m)</math> e <math>u \cdot m</math> non dipende da <math>R</math>. Pertanto, i termini di velocità vanno come <math>1/R^2</math>, mentre quelli di accelerazione come <math>1/R</math>: si annullano dunque in modo diverso all'infinito. Infatti: <math>F^v_{\mu\nu} = \frac{e}{4\pi(u \cdot m)^3} \frac{1}{R^2} (m_\mu u_\nu - m_\nu u_\mu)</math> <math>F^a_{\mu\nu} = \frac{e}{4\pi(u \cdot m)^3} \frac{1}{R} [m_\mu ((u \cdot m)w_\nu - (w \cdot m)u_\nu) - (\mu \leftrightarrow \nu)]</math> Immaginiamo dunque che la particella si muova in una regione finita di spazio e di osservarne il campo emesso a grandi distanze. Poiché <math>|\vec{x}| \gg |\vec{y}(\bar{s})|</math>, allora <math>R \simeq |\vec{x}|</math>. Dunque: <math>F^v_{\mu\nu} \sim \frac{1}{R^2} \qquad F^a_{\mu\nu} \sim \frac{1}{R}</math> Vedremo poi che i termini di accelerazione sono i responsabili del fenomeno dell'irraggiamento. Cerchiamo quindi l'espressione esplicita di <math>\vec{E}</math> e <math>\vec{B}</math>. Notiamo innanzitutto che: <math>F^{v/a}_{\mu\nu} = m_\mu V^{v/a}_\nu - m_\nu V^{v/a}_\mu</math> per un opportuno <math>V_\mu</math>, che dipende dalla situazione. In particolare: <math>V^v_\mu = \frac{e}{4\pi} \frac{1}{(u \cdot m)^3} \frac{u_\mu}{R^2} \qquad V^a_\mu = \frac{e}{4\pi} \frac{1}{(u \cdot m)^3} \frac{(u \cdot m)w_\mu - (w \cdot m)u_\mu}{R}</math> Dunque: <math>E^i = F^{i0} = m^i V^0 - m^0 V^i = m^i V^0 - V^i</math> <math>B^i = -\frac{1}{2} \varepsilon^{ijk} F_{jk} = \varepsilon^{ijk} m_j V_k = \varepsilon^{ijk} m_j E_k</math> L'ultima rappresentazione scritta per <math>B^i</math> vale infatti perché: <math>\varepsilon^{ijk} m_j E_k = \varepsilon^{ijk} m_j (m_k V^0 - V_k) = -\varepsilon^{ijk} m_j V_k</math> Ciò implica che <math>\vec{B} = \vec{m} \times \vec{E}</math>; dal modo in cui l'abbiamo ricavata, deduciamo che è un'espressione valida sia per i campi di velocità che per quelli di accelerazione. Calcoliamo dunque <math>\vec{E}_v</math> e <math>\vec{E}_a</math>, per poi ricavare <math>\vec{B}</math> con <math>\vec{B} = \vec{m} \times \vec{E}</math>. Sostituendo <math>u</math> con la sua espressione in termini di <math>\vec{v}</math> e reintroducendo le <math>c</math>: <math>\vec{E}_v = \frac{e}{4\pi R^2} \frac{\left( 1 - \frac{v^2}{c^2} \right) \vec{m} - \frac{\vec{v}}{c}}{\left( 1 - \vec{m} \cdot \frac{\vec{v}}{c} \right)^3}</math> con <math>\vec{v} = \vec{v}(t^*)</math> e <math>R = |\vec{x} - \vec{y}(t^*)|</math>. Notare che, per <math>c \to \infty</math>, <math>\vec{E}_v</math> si riconduce all'espressione classica del campo elettrostatico di una particella puntiforme. Vale poi: <math>\vec{B}_v = \vec{m} \times \vec{E}_v = \frac{\vec{v}}{c} \times \vec{E}_v</math> perché <math>\vec{m} \times (\vec{m} \times \vec{v}) = \vec{v} - (\vec{m} \cdot \vec{v})</math>. Da ciò vediamo innanzitutto che <math>|\vec{B}_v| \ll |\vec{E}_v|</math> se <math>v \ll c</math>. Passiamo ora ai campi di accelerazione. Per quanto riguarda il campo elettrico si ha: <math>E^i_a = m^i V^0_a - V^i_a</math> <math>V^\mu_a = \frac{e}{4\pi} \frac{1}{(u \cdot m)^3} \frac{1}{R} [(u \cdot m)w^\mu - (w \cdot m)u^\mu]</math> Vogliamo dunque esprimere <math>\vec{E}_a</math> in termini di quantità misurabili. Poiché si ha: <math>w_\mu = \gamma^3 \vec{a} \cdot \vec{v} u_\mu + \gamma^2 (0;\vec{a})</math> allora il termine proporzionale a <math>u_\mu</math> si semplifica nell'espressione di <math>V^\mu_a</math>, e non contribuisce al suo valore. Per i nostri scopi, dunque, possiamo porre <math>w_\mu = \gamma^2 (0;\vec{a})</math>, e pertanto, poiché <math>w \cdot m = -\gamma^2 \vec{m} \cdot \vec{a}</math>: <math>V^0_a = \frac{e}{4\pi} \frac{1}{(1 - \vec{m} \cdot \vec{v})^3} \frac{1}{R} \vec{m} \cdot \vec{a} \vec{v}</math> <math>\vec{V}_a = \frac{e}{4\pi} \frac{1}{(1 - \vec{m} \cdot \vec{v})^3} \frac{1}{R} [(1 - \vec{m} \cdot \vec{v})\vec{a} + (\vec{m} \cdot \vec{a})\vec{v}]</math> Dunque: <math>\vec{E}_a = \frac{e}{4\pi R} \frac{1}{(1 - \vec{m} \cdot \vec{v})^3} [(\vec{m} \cdot \vec{a})(\vec{m} \times \vec{v}) - (1 - \vec{m} \cdot \vec{v})\vec{a}]</math> e ricordando che <math>\vec{a} \times (\vec{b} \times \vec{c}) = \vec{b}(\vec{a} \cdot \vec{c}) - \vec{c}(\vec{a} \cdot \vec{b})</math>: <math>\vec{E}_a = \frac{e}{4\pi R} \frac{1}{(1 - \vec{m} \cdot \vec{v})^3} \vec{m} \times [(\vec{m} \times \vec{v}) \times \vec{a}]</math> (ovviamente poi <math>\vec{B}_a = \vec{m} \times \vec{E}_a</math>). Reintroducendo i fattori <math>c</math>: <math>\vec{E}_a = \frac{e}{4\pi Rc^2} \frac{1}{(1 - \vec{m} \cdot (\vec{v}/c))^3} \vec{m} \times \left[ \left( \vec{m} \times \frac{\vec{v}}{c} \right) \times \vec{a} \right]</math> Si tratta dunque di un tipo di campo puramente relativistico: nel limite <math>c \to \infty</math>, infatti, <math>\vec{E}_a \to 0</math>. Poco fa, nel caso dei campi di velocità, avevamo visto che se <math>v \ll c</math> allora <math>|\vec{B}_v| \ll |\vec{E}_v|</math>; nel caso dei campi di accelerazione, invece, ciò non avviene: infatti poiché <math>\vec{E}_a</math> è ortogonale a <math>\vec{m}</math> e <math>\vec{B}_a = \vec{m} \times \vec{E}_a</math>, allora <math>|\vec{E}_a| = |\vec{B}_a|</math>, ossia per i campi di accelerazione, anche nel caso di velocità molto piccole, i moduli del campo elettrico e magnetico coincidono. Non è un caso, e vedremo fra un po' perché. Vediamo ora un paio di applicazioni. {{avanzamento|75%|14 aprile 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|Espressione esplicita dei campi]] lz9bv1j4vi6hj37fk8w4zdsba6ebvwb 0 60021 491852 2026-04-14T17:36:22Z Hippias 18281 da [[File:Elettrodinamica classica.pdf]], di Leonardo Pacciani Mori 491852 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Il potenziale del campo coulombiano di una carica ferma è: <math>A'^0(x') = \frac{e}{4\pi} \frac{1}{|\vec{x}'|}</math> ove abbiamo indicato con <math>K'</math> il sistema di riferimento solidale alla carica, ove dunque <math>A'^0(x')</math> ha l'espressione appena vista, e <math>\vec{A}'(x') = 0</math>. Come sappiamo, per determinare il campo in un sistema di riferimento <math>K</math> nel quale la particella si muove di moto rettilineo uniforme applichiamo una trasformazione di Lorentz: <math>A_\mu(x) = (\Lambda^{-1})^\nu_\mu A'_\nu(x')</math> ove <math>\Lambda : K \to K'</math>. Ricaviamo ora però questo risultato a partire dal potenziale di Lienard-Wiechert: <math>A_\mu(x) = \frac{e}{4\pi} \frac{u_\mu}{u \cdot (x - y(\bar{s}))}</math> con <math>u_\mu</math> costante, <math>(x - y(\bar{s}))^2 = 0</math> e <math>x^0 - y^0(\bar{s}) > 0</math>. Dobbiamo dunque determinare <math>\bar{s}</math>. La linea d'universo della particella è <math>y^\mu(s) = u^\mu s</math>, e dunque: <math>(x - y(s))^2 = x^2 - 2(x \cdot u)s + u^2 s^2 = 0 \quad \Rightarrow \quad s = (x \cdot u) \pm \sqrt{(x \cdot u)^2 - x^2}</math> Per verificare che questo risultato abbia senso dobbiamo vedere se il radicando è negativo o meno; poiché è una quantità invariante, calcoliamolo nel sistema di riferimento di quiete istantanea della particella, ove <math>u_\mu = (1,0,0,0)</math>: <math>(x \cdot u)^2 - x^2 = (x^0)^2 - (x^0)^2 + |\vec{x}|^2 = |\vec{x}|^2 \geq 0</math> Pertanto esistono due <math>\bar{s}</math> tali che <math>(x - y(\bar{s}))^2 = 0</math>, come già avevamo dimostrato. Ci resta dunque da capire quale di queste due soluzioni è tale che <math>x^0 - y^0(\bar{s}) > 0</math>: <math>x^0 - y^0(\bar{s}) = x^0 - u^0 \bar{s}</math> Il segno di questa quantità è invariante, e pertanto lo valutiamo in <math>K'</math>: <math>x^0 - u^0 \bar{s} = x^0 - (x \cdot u) \mp |\vec{x}| = x^0 - x^0 \mp |\vec{x}| = \mp |\vec{x}|</math> Dunque, affinché <math>x^0 - y^0(\bar{s}) > 0</math> si deve avere: <math>\bar{s} = (x \cdot u) - \sqrt{(x \cdot u)^2 - x^2}</math> Perciò: <math>\begin{align} u \cdot (x - y(\bar{s})) &= (u \cdot x) - u \cdot y(\bar{s}) = (u \cdot x) - (u \cdot u)\bar{s} = (u \cdot x) - \bar{s} = \\ &= (u \cdot x) - (x \cdot u) + \sqrt{(x \cdot u)^2 - x^2} = \sqrt{(x \cdot u)^2 - x^2} \end{align}</math> e dunque: <math>A_\mu = \frac{e}{4\pi} \frac{u_\mu}{\sqrt{(x \cdot u)^2 - x^2}}</math> Quest'oggetto si trasforma come un quadrivettore (com'è giusto che sia), e se lo valutiamo in <math>K'</math> ci si riconduce al potenziale coulombiano: <math>A'_\mu(x') = \frac{e}{4\pi} \left( \frac{1}{|\vec{x}|}, 0, 0, 0 \right)</math> Il risultato che abbiamo trovato coincide dunque necessariamente con quello determinato con le trasformazioni di Lorentz. A questo punto, esplicitiamo il campo elettrico attraverso il tensore elettromagnetico: <math>F_{\mu\nu} = \partial_\mu A_\nu - \partial_\nu A_\mu = -\frac{e}{4\pi} \left[ \frac{u_\mu}{((u \cdot x)^2 - x^2)^{3/2}} \frac{1}{2} (2(x \cdot u)u_\nu - 2x_\nu) - (\mu \leftrightarrow \nu) \right] \quad \Rightarrow</math> <math>\Rightarrow \quad F_{\mu\nu} = \frac{e}{4\pi} \frac{x_\mu u_\nu - x_\nu u_\mu}{((u \cdot x)^2 - x^2)^{3/2}}</math> Dunque, esprimendo <math>\vec{E}</math> in termini di quantità misurabili, risulta: <math>\vec{E} = \frac{e}{4\pi} \frac{(1 - v^2) \vec{x} - \vec{v}t}{[(1 - v^2)R_0^2 + (\vec{v} \cdot \vec{R}_0)^2]^{3/2}}</math> ove: <math>\vec{R}_0 = \vec{x} - \vec{v}t \qquad (x \cdot u)^2 - x^2 = R_0^2 + \frac{(\vec{v} \cdot \vec{R}_0)^2}{1 - v^2}</math> (la verifica della seconda relazione è lasciata per esercizio). Da notare che <math>\vec{R}_0 \neq \vec{R}</math>: uno è valutato in <math>t</math> e l'altro in <math>t^*</math>. Questa formula dipende dai due vettori <math>\vec{R}_0</math> e <math>\vec{v}</math>: se chiamiamo <math>\alpha</math> l'angolo fra di loro, allora <math>\vec{v} \cdot \vec{R}_0 = |\vec{v}||\vec{R}_0| \cos\alpha</math>, e quindi: <math>\vec{E} = \frac{e}{4\pi} \frac{1 - v^2}{(1 - v^2 \sin^2\alpha)^{3/2}} \frac{\vec{R}_0}{R_0^3}</math> Osserviamo che questa formula senza il fattore centrale si riduce al campo coulombiano non relativistico; è inoltre radiale, ossia diretta come la congiungente osservatore-sorgente nello stesso istante (è "un caso" che sia così). Studiamo ora la dipendenza di <math>\vec{E}</math> da <math>\alpha</math>. Se <math>\alpha = 0</math>, ossia se si osserva il campo in direzione parallela al moto della carica, allora: <math>\vec{E}_\parallel = \frac{e}{4\pi} (1 - v^2) \frac{\vec{R}_0}{R_0^3} = \frac{e}{4\pi} \frac{1}{\gamma^2} \frac{\vec{R}_0}{R_0^3}</math> Se invece <math>\alpha = \pi/2</math>, ossia se si osserva il campo in direzione perpendicolare al moto della carica, allora: <math>\vec{E}_\perp = \frac{e}{4\pi} \frac{1 - v^2}{(1 - v^2)^{3/2}} \frac{\vec{R}_0}{R_0^3} = \frac{e}{4\pi} \frac{1}{\sqrt{1 - v^2}} \frac{\vec{R}_0}{R_0^3} = \frac{e}{4\pi} \gamma \frac{\vec{R}_0}{R_0^3}</math> Pertanto, maggiore è la velocità della particella, più intenso è <math>\vec{E}_\perp</math> e più debole è <math>\vec{E}_\parallel</math>; questo fatto è conseguenza della contrazione delle lunghezze. {{avanzamento|75%|14 aprile 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|Campo di una carica in moto uniforme]] mxpppte2uv6dud8dr3clf4rlv9nxbhf 0 60022 491853 2026-04-14T17:40:34Z Hippias 18281 da [[File:Elettrodinamica classica.pdf]], di Leonardo Pacciani Mori 491853 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Finora abbiamo studiato il campo generato da una singola particella. Se invece ne sono presenti più di una, poiché le equazioni di Maxwell sono lineari il campo totale è la somma dei campi delle singole particelle. Dunque, se <math>s</math> è l'indice che denota le particelle: <math>\vec{E}^{TOT}_a = \sum_s \vec{E}^{(s)}_a \qquad \vec{B}^{TOT}_a = \sum_s \vec{B}^{(s)}_a</math> Definendo per ogni particella il versore: <math>\vec{m}^{(s)} = \frac{\vec{x} - \vec{y}^{(s)}(t_s^*)}{|\vec{x} - \vec{y}^{(s)}(t_s^*)|}</math> (ossia il versore della direzione di osservazione della singola particella), sappiamo che: <math>\vec{m}^{(s)} \cdot \vec{E}^{(s)}_a = 0</math> <math>\vec{B}^{(s)}_a = \vec{m}^{(s)} \times \vec{E}^{(s)}_a</math> Il problema è che la determinazione del campo totale può essere terribilmente complicata, in quanto non esiste un unico versore <math>\vec{n}</math> di propagazione dell'onda, e in generale <math>\vec{B}^{TOT}</math> non è ortogonale a <math>\vec{E}^{TOT}</math>. Nel caso però in cui si osservi il campo a grandi distanze dalle cariche (che, come vedremo fra poco, è il caso fisicamente più interessante), ossia se <math>|\vec{x}| \gg |\vec{y}^{(s)}(t)|</math>, allora: <math>\vec{m}^{(s)} \to \frac{\vec{x}}{|\vec{x}|} := \vec{n}</math> e le formule precedenti, in questo limite, si semplificano notevolmente: <math>\vec{n} \cdot \vec{E}^{TOT}_a = 0</math> <math>\vec{B}^{TOT}_a = \vec{n} \times \vec{E}^{TOT}_a</math> Vogliamo dunque studiare l'emissione di quadrimomento da parte di un sistema di cariche in moto, fenomeno che va sotto il nome di irraggiamento. Sappiamo che se in una certa regione di spazio c'è del campo elettromagnetico, allora ad esso si può associare un quadrimomento <math>P^\mu</math> tale che: <math>\frac{dP^\mu}{dt} = \int_{\partial\Sigma} T^{\mu i}_{\text{emg}} d\Sigma_i</math> ove <math>\partial\Sigma</math> è il bordo della regione di spazio contenente il nostro insieme di cariche in moto (che dunque non usciranno mai da <math>\Sigma</math>). Il secondo membro di quest'espressione è però proprio il flusso di quadrimomento attraverso <math>\partial\Sigma</math>; in genere interessa conoscere il flusso di quadrimomento totale emesso da un sistema di cariche: per determinarlo basta prendere come superficie <math>\partial\Sigma</math> una sfera di raggio <math>r</math> e far tendere <math>r</math> all'infinito. Allora si avrà <math>d\Sigma_i = n_i r^2 d\Omega</math>, e: <math>\frac{dP^\mu}{dt} = \lim_{r \to \infty} r^2 \int T^{\mu i}_{\text{emg}} n_i d\Omega</math> Spesso può interessare anche conoscere la distribuzione angolare del quadrimomento emesso, ossia la dipendenza dell'emissione di quadrimomento dall'angolo. Allora: <math>\frac{dP^\mu}{dt d\Omega} = \lim_{r \to \infty} r^2 T^{\mu i}_{\text{emg}} n_i</math> Per determinare queste quantità, tuttavia, basta conoscere l'andamento dei campi all'infinito per via della presenza del limite: è per questo che prima abbiamo detto che la situazione fisica più interessante è lo studio dei campi a grandi distanze dalle cariche che li hanno generati. Affinché quelle appena definite siano quantità sensate, si dovrà avere: <math>T^{\mu i}_{\text{emg}} \xrightarrow{r \to \infty} \frac{1}{r^2}</math> e poiché <math>T^{\mu\nu}_{\text{emg}} \propto (F^{\mu\nu})^2</math>, allora si dovrà avere: <math>F_{\mu\nu} \xrightarrow{r \to \infty} \frac{1}{r}</math> Gli unici campi che vanno come <math>1/r</math> all'infinito sono però i campi di accelerazione: è per questo che solo loro contribuiscono al fenomeno dell'irraggiamento. In altre parole, una carica può irraggiare solo se è accelerata. Un'altra quantità di grande interesse fisico è l'energia emessa per unità di tempo e angolo solido, ossia la componente <math>\mu = 0</math> di <math>dP^\mu/dt d\Omega</math>: <math>\frac{dE}{dt d\Omega} = \frac{dW}{d\Omega} = \lim_{r \to \infty} r^2 T^{i0}_{\text{emg}} n_i = \lim_{r \to \infty} r^2 S^i n_i</math> ove <math>\vec{S}</math> è il vettore di Poynting<ref>Ricorda che <math>S^i = T^{i0}_{\text{emg}}</math>.</ref>. Poiché si ha: <math>\vec{S} = \vec{E} \times \vec{B} \xrightarrow{r \to \infty} \vec{E}_a \times \vec{B}_a = \vec{E}_a \times (\vec{n} \times \vec{E}_a) = \vec{n}|\vec{E}_a|^2 - \vec{E}_a(\vec{n} \cdot \vec{E}_a) = \vec{n}|\vec{E}_a|^2</math> allora: <math>\frac{dW}{d\Omega} = \lim_{r \to \infty} r^2 n_i n^i |\vec{E}_a|^2 \quad \Rightarrow \quad \frac{dW}{d\Omega} = \lim_{r \to \infty} r^2 |\vec{E}_a|^2</math> Notiamo che poiché <math>\vec{S} \parallel \vec{n}</math>, l'energia è sempre emessa, e mai assorbita: ciò è conseguenza del fatto che abbiamo scelto la soluzione ritardata per risolvere le equazioni di Maxwell. Inoltre, poiché <math>|\vec{E}_a| \xrightarrow{r \to \infty} 1/r</math> il limite è finito, e pertanto per <math>r</math> abbastanza grande l'energia emessa fluisce conservandosi (in quanto non dipende più da <math>r</math>). Per poter rendere concretamente utili queste formule dobbiamo avere un modo per calcolare il campo <math>\vec{E}_a</math> a grandi distanze dalle cariche. Potremmo sfruttare direttamente le espressioni del campo di Lienard-Wiechert per determinarlo, ma la cosa diventa troppo complicata e spesso intrattabile. Per calcolare <math>\vec{E}_a</math> useremo invece l'espressione generale del potenziale di Lienard-Wiechert nel limite di grandi distanze. == Note == <references/> {{avanzamento|75%|14 aprile 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|L&#39;irraggiamento]] qnla988becnrzfabbg5v5emg2g1f676 0 60023 491854 2026-04-14T17:43:28Z Hippias 18281 da [[File:Elettrodinamica classica.pdf]], di Leonardo Pacciani Mori 491854 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Supponiamo di avere una quadricorrente <math>j^\mu(t;\vec{x})</math> contenuta in una regione finita di spazio: <math>j^\mu(t;\vec{x}) = 0 \text{ se } |\vec{x}| > \ell \quad \forall t</math> Vogliamo studiare il campo per <math>|\vec{x}| := r \gg \ell</math>, detta zona delle onde (vedremo fra poco perché). Il quadripotenziale relativo a <math>j_\mu</math> è: <math>A_\mu(x) = \frac{1}{4\pi} \int \frac{j_\mu(t - |\vec{x} - \vec{y}|;\vec{y})}{|\vec{x} - \vec{y}|} d^3\vec{y}</math> Vale inoltre: <math>|\vec{x} - \vec{y}| = (|\vec{x}|^2 - 2\vec{x} \cdot \vec{y} + |\vec{y}|^2)^{1/2} = |\vec{x}| \left( 1 - 2\frac{\vec{x} \cdot \vec{y}}{|\vec{x}|^2} + \frac{|\vec{y}|^2}{|\vec{x}|^2} \right)^{1/2}</math> Poiché consideriamo il caso <math>|\vec{y}| < \ell \ll |\vec{x}|</math>, il termine <math>|\vec{y}|^2/|\vec{x}|^2</math> è trascurabile, e si può espandere in serie di Taylor: <math>|\vec{x} - \vec{y}| = |\vec{x}| \left( 1 - 2\frac{\vec{x} \cdot \vec{y}}{|\vec{x}|^2} \right)^{1/2} \simeq |\vec{x}| \left( 1 - \frac{\vec{x} \cdot \vec{y}}{|\vec{x}|^2} \right) + o\left( \frac{1}{r^2} \right)</math> e dunque il quadripotenziale è<ref>Nel denominatore abbiamo sostituito solo <math>|\vec{x}|</math>, perché il resto contribuirebbe a termini di ordini superiori.</ref>: <math>A_\mu(x) = \frac{1}{4\pi r} \int j_\mu(t - r + \vec{n} \cdot \vec{y};\vec{y}) d^3\vec{y} + o\left( \frac{1}{r^2} \right)</math> I termini di ordine <math>1/r^2</math> contribuirebbero solo ai campi di velocità, e dunque li trascuriamo in quanto siamo interessati ai soli campi di accelerazione; il termine <math>\vec{n} \cdot \vec{y}</math> (detto ritardo microscopico), va invece tenuto perché in generale <math>t - r</math> può essere arbitrariamente grande o piccolo; come vedremo, <math>\vec{n} \cdot \vec{y}</math> si potrà trascurare solo se <math>j_\mu</math> varia abbastanza lentamente. Vorremmo dunque dimostrare che il quadripotenziale che abbiamo trovato soddisfa le relazioni delle onde; è per questo che la zona a grandi distanze dal sistema di cariche in moto è detta zona delle onde. Verifichiamo dunque che <math>A_\mu</math> soddisfi le relazioni delle onde, in particolare <math>\partial^\mu A_\mu = n^\mu \dot{A}_\mu</math>, con <math>n_\mu = (1;\vec{n})</math>. L'unica componente non banale di quest'equazione è <math>\mu = i</math> (l'altra è immediata); poiché inoltre vogliamo trascurare i termini di ordine <math>1/r^2</math>, l'unica derivata che contribuisce è <math>\partial_i r = x^i/r = n^i</math>. Dunque: <math>\partial_i A_\mu = -\frac{n_i}{4\pi r} \int \partial_0 j_\mu(t - r + \vec{n} \cdot \vec{y};\vec{y}) d^3\vec{y} + o\left( \frac{1}{r^2} \right) = n_i \partial_0 A_\mu = n_i \dot{A}_\mu = n_i \dot{A}^\mu</math> <math>\Rightarrow \quad \partial^\mu A_\mu = n^\mu \dot{A}_\mu</math> Alla luce di questo e considerando che per la gauge di Lorenz si ha <math>\partial^\mu A_\mu = 0</math>, l'altra relazione delle onde, <math>n^\mu \dot{A}_\mu = 0</math>, è immediata: <math>n^\mu \dot{A}_\mu = \partial^\mu A_\mu = 0</math> Ora, il fatto che <math>A_\mu</math> così come definito prima soddisfi le relazioni delle onde non implica che si comporti esattamente come delle onde piane: in realtà il campo nella zona delle onde è composto da onde "quasi" sferiche (il termine <math>\vec{n} \cdot \vec{y}</math> rompe la simmetria sferica). Ovviamente, se si osserva una porzione abbastanza piccola di un'onda sferica a grandi distanze dalla sua sorgente, localmente la si può approssimare con un'onda piana. Dunque, poiché <math>A_\mu</math> soddisfa le relazioni delle onde, valgono tutte le considerazioni che abbiamo fatto per le onde piane (quelle, infatti, discendevano dalla sola validità delle relazioni delle onde, e non dalla particolare forma di quest'ultime). Sappiamo pertanto come sono fatti i campi elettromagnetici nella zona delle onde: <math>\vec{E} = \vec{n} \times (\vec{n} \times \vec{\dot{A}}) - \vec{\dot{A}} = -\vec{n} \times (\vec{n} \times \vec{\dot{A}})</math> <math>\vec{B} = \vec{n} \times \vec{E}</math> Inoltre, il tensore energia-impulso è: <math>T^{\mu\nu}_{\text{emg}} = n^\mu n^\nu |\vec{E}|^2 = n^\mu n^\nu |\vec{n} \times \vec{\dot{A}}|^2</math> Sappiamo inoltre che: <math>\frac{dP^\mu}{dt d\Omega} = \lim_{r \to \infty} r^2 T^{\mu i}_{\text{emg}} n_i = \lim_{r \to \infty} r^2 n_i n^\mu |\vec{E}|^2 n^i = \lim_{r \to \infty} r^2 n^\mu |\vec{n} \times \vec{\dot{A}}|^2</math> con: <math>\vec{\dot{A}} = \frac{1}{4\pi r} \int \partial_0 \vec{j}(t - r + \vec{n} \cdot \vec{y};\vec{y}) d^3\vec{y}</math> Questa è la formula generale per determinare il quadrimomento irradiato da un sistema di cariche. Il problema è che l'integrale che definisce <math>\vec{\dot{A}}</math> è molto complicato da calcolare per via della presenza del ritardo microscopico <math>\vec{n} \cdot \vec{y}</math>. Vogliamo dunque cercare di sviluppare dei metodi approssimati per calcolare quest'integrale; il tipo di approssimazione che si può fare, in generale, dipende da quanto è "importante" il ritardo microscopico. Esistono due casi limite, che approfondiremo fra poco: '''limite non relativistico''' in questo caso (<math>v \ll c</math>) vedremo che <math>\vec{n} \cdot \vec{y}</math> si può espandere in serie di Taylor, perché è molto piccolo; questo caso trova applicazioni ad esempio nell'irraggiamento atomico '''limite ultra-relativistico''' in questo caso (<math>v \sim c</math>) <math>\vec{n} \cdot \vec{y}</math> è molto grande, e vedremo poi come semplificare il calcolo; questa situazione trova applicazioni ad esempio negli acceleratori di particelle == Note == <references/> {{avanzamento|75%|14 aprile 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|Campo nella zona delle onde]] syswx6rrqrss457d94ujfbi5p92xt2h 0 60024 491855 2026-04-14T17:45:44Z Hippias 18281 da [[File:Elettrodinamica classica.pdf]], di Leonardo Pacciani Mori 491855 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Cominciamo dal caso non relativistico. Supponiamo che la corrente <math>j_\mu</math> vari apprezzabilmente su scale di tempo dell'ordine di un dato <math>T_0</math>, ossia <math>\Delta j_\mu \sim j_\mu</math> se <math>\Delta t \sim T_0</math>. Se dunque <math>\vec{n} \cdot \vec{y}</math> fosse piccolo rispetto a <math>T_0</math> potremmo trascurarlo nella valutazione di <math>j_\mu</math>; ma quand'è che questo è vero? Cerchiamo innanzitutto un modo per stimare <math>T_0</math>. '''Esempio:''' <math>j_\mu</math> è la corrente generata da particelle cariche in moto con velocità <math>\vec{v}</math> contenute in una regione di spazio finita di dimensione <math>\ell</math>. In questo caso l'unica stima ragionevole di <math>T_0</math> è: <math>T_0 = \frac{\ell}{v}</math> Per poter eseguire l'approssimazione non relativistica, dunque, abbiamo bisogno che <math>\vec{n} \cdot \vec{y} \ll T_0</math>. Poiché <math>|\vec{y}| < \ell</math>, ciò è verificato se <math>\ell \ll T_0 = \ell/v</math>, ossia se <math>v \ll 1</math>, che è proprio il caso non relativistico. '''Esempio:''' <math>j_\mu</math> è una corrente di lunghezza d'onda <math>\lambda</math>, ossia di periodo <math>T_0 = \lambda</math>, che è anche il tempo caratteristico. Pertanto, <math>\vec{n} \cdot \vec{y}</math> è trascurabile se è piccolo rispetto a <math>\lambda</math>, e ciò è vero se <math>\ell \ll \lambda</math>, con <math>\ell</math> dimensioni del sistema. In casi come questi, dunque, si può espandere <math>\vec{n} \cdot \vec{y}</math>: <math>A_\mu(x) \simeq \frac{1}{4\pi r} \int j_\mu(t - r;\vec{y}) d^3\vec{y} + \frac{1}{4\pi r} \int \vec{n} \cdot \vec{y} \partial_0 j_\mu(t - r;\vec{y}) d^3\vec{y} + O((\vec{n} \cdot \vec{y})^2)</math> o, reintroducendo le <math>c</math>: <math>\begin{align} A_\mu(x) &\simeq \frac{1}{4\pi rc} \int j_\mu\left( t - \frac{r}{c};\vec{y} \right) d^3\vec{y} + \frac{1}{4\pi rc^2} \int \vec{n} \cdot \vec{y} \partial_0 j_\mu\left( t - \frac{r}{c};\vec{y} \right) d^3\vec{y} + \\ &\quad + O\left( \left( \frac{\vec{n} \cdot \vec{y}}{c} \right)^2 \right) \end{align}</math> I termini di questo sviluppo si dicono multipoli, e il tipo di approssimazione prende un nome diverso in base a quali termini si trascurano e quali no. {{avanzamento|75%|14 aprile 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|Sviluppo in multipoli]] i2tuejfnkstal75hpuacnhfz4yekowi 0 60025 491856 2026-04-14T17:48:43Z Hippias 18281 da [[File:Elettrodinamica classica.pdf]], di Leonardo Pacciani Mori 491856 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} L'approssimazione di dipolo corrisponde a tenere solo il primo termine nell'approssimazione di <math>A_\mu</math>, e considerare solo i termini spaziali: <math>\vec{A}(x) = \frac{1}{4\pi r} \int \vec{j}(t - r;\vec{y}) d^3\vec{y}</math> Infatti, se volessimo valutare il termine relativo alla componente temporale di <math>A_\mu</math>, tenendo conto che <math>j^0 = c\rho</math>: <math>A^0(x) = \frac{1}{4\pi rc} \int \rho\left( t - \frac{r}{c};\vec{y} \right) \underbrace{= Q\left( t - \frac{r}{c} \right)}_{} d^3\vec{y} + \frac{1}{4\pi rc^2} \int \vec{n} \cdot \vec{y} \partial_0 \rho\left( t - \frac{r}{c};\vec{y} \right) d^3\vec{y}</math> ove <math>Q</math> è la carica elettrica totale. Questa non è una vera e propria approssimazione di dipolo, in quanto è presente anche un termine di ordine <math>1/c^2</math>. Ora, per dipolo elettrico si intendono due cariche <math>+q</math> e <math>-q</math> tenute a una distanza fissa <math>d</math> fra loro; il momento di dipolo è definito come: <math>\vec{D} = dq \hat{d}</math> con <math>\hat{d}</math> versore diretto come la congiungete le due cariche. Con una distribuzione generica di cariche, invece: <math>D^i(t) = \int y^i \rho(t;\vec{y}) d^3\vec{y}</math> e si ricade nel caso precedente se l'origine delle coordinate è posta a metà fra le due cariche, e <math>\rho</math> è la somma di due <math>\delta</math>, una per <math>+q</math> e una per <math>-q</math>. A prima vista, dunque, sembrerebbe che <math>\vec{A}</math> sia riconducibile a <math>D^i</math> (il secondo integrale che compare in <math>A^0</math> è invece esattamente <math>\vec{n} \cdot \vec{\dot{D}}</math>). Prendiamo dunque la derivata temporale di <math>D^i</math>, tenendo conto che <math>\partial_0 \rho = -\partial_i j^i</math> per la continuità della corrente: <math>\dot{D}^i(t) = \int y^i \partial_0 \rho(t;\vec{y}) d^3\vec{y} = -\int y^i (\partial_k j^k) d^3\vec{y} =</math> <math>= -\int y^i \partial_k j^k d^3\vec{y} = \int (\partial_k y^i) j^k d^3\vec{y} - \int \partial_k (y^i j^k) d^3\vec{y}</math> il secondo integrale, sfruttando il teorema di Gauss, è nullo perché la corrente si annulla all'infinito. Dunque: <math>\dot{D}^i(t) = \int \delta^i_k j^k d^3\vec{y} = \int j^i d^3\vec{y}</math> Pertanto: <math>\vec{A}(x) = \frac{1}{4\pi r} \vec{\dot{D}}(t - r)</math> L'espressione esplicita dei campi di dipolo, dunque, è: <math>\begin{align} \vec{E}(t - r) &= \vec{n} \times (\vec{n} \times \vec{\dot{A}}) = \vec{n} \times \left( \vec{n} \times \frac{1}{4\pi r} \vec{\ddot{D}}(t - r) \right) = \\ &= \frac{1}{4\pi r} \vec{n} \times (\vec{n} \times \vec{\ddot{D}}(t - r)) = \frac{1}{4\pi r} [\vec{n}(\vec{n} \cdot \vec{\ddot{D}}(t - r)) - \vec{\ddot{D}}(t - r)] \end{align}</math> <math>\vec{B}(t - r) = \vec{n} \times \vec{E} = -\frac{1}{4\pi r} \vec{n} \times \vec{\ddot{D}}</math> Pertanto, <math>\vec{E}</math> appartiene al piano individuato da <math>\vec{\ddot{D}}</math> e <math>\vec{n}</math>, ed è ortogonale a quest'ultimo. Detto quindi <math>\theta</math> l'angolo fra <math>\vec{n}</math> e <math>\vec{\ddot{D}}</math>, la potenza irradiata è: <math>\frac{dW}{d\Omega} = r^2 |\vec{E}|^2 = \frac{1}{16\pi^2} |\vec{n} \times \vec{\ddot{D}}|^2 = \frac{1}{16\pi^2} |\vec{\ddot{D}}|^2 \sin^2\theta</math> Il fatto che <math>dW/d\Omega \propto \sin^2\theta</math> è tipico dell'approssimazione di dipolo. La potenza emessa massima si ha dunque per <math>\theta = \pi/2</math>, ossia in direzione perpendicolare al dipolo, mentre è nulla per <math>\theta = 0</math>, ossia nella direzione del dipolo. Per determinare la potenza totale emessa, tenendo conto che <math>d\Omega = d\varphi d\cos\theta</math>: <math>W = \int \frac{dW}{d\Omega} d\Omega = \frac{2\pi}{16\pi^2} |\vec{\ddot{D}}|^2 \int_{-1}^1 \sin^2\theta d\cos\theta \underbrace{= 4/3}_{} = \frac{1}{6\pi} |\vec{\ddot{D}}|^2 \quad \Rightarrow \quad W = \frac{1}{6\pi} |\vec{\ddot{D}}|^2</math> Un'altra caratteristica importante dell'approssimazione di dipolo è che la quantità di moto totale emessa è nulla. Infatti, si ha<ref>Quest'espressione di <math>\frac{dP^i}{dt d\Omega}</math> la si ottiene inserendo <math>\frac{dP^\mu}{dt d\Omega}</math> nell'espressione del tensore energia-impulso nella zona delle onde.</ref>: <math>\frac{dP^i}{dt d\Omega} = n^i \frac{dW}{d\Omega} \quad \Rightarrow \quad \frac{dP^i}{dt} = \int n^i \frac{dW}{d\Omega} d\Omega = \int n^i \frac{1}{16\pi^2} |\vec{n} \times \vec{\ddot{D}}|^2 d\Omega</math> Ora, <math>dW/d\Omega</math> è una funzione pari di <math>\vec{n}</math> (il che è un'altra caratteristica dell'approssimazione di dipolo), dunque <math>\vec{n} dW/d\Omega</math> è dispari in <math>\vec{n}</math>, e quindi l'integrale è nullo perché esteso a un dominio pari. Quindi: <math>\frac{dP^i}{dt} = 0</math> '''Esempio: Sistema di cariche in moto.''' In questo caso: <math>\rho(t;\vec{y}) = \sum_r e_r \delta(\vec{y} - \vec{y}_r(t)) \quad \Rightarrow \quad \vec{D}(t) = \sum_r e_r \vec{y}_r(t) \quad \Rightarrow \quad \vec{\ddot{D}}(t) = \sum_r e_r \vec{a}_r(t)</math> Dunque: <math>W = \frac{1}{6\pi} \left| \sum_r e_r \vec{a}_r \right|^2</math> Nel caso in cui ci sia una sola particella: <math>W = \frac{1}{6\pi} e^2 |\vec{a}|^2</math> nota come formula di Larmor. Da notare che i campi sono lineari, mentre la potenza no: il campo totale di un sistema di cariche è la somma dei campi delle singole particelle, mentre ciò non accade per la potenza emessa. Ci sono alcuni casi nei quali, in approssimazione di dipolo, la potenza totale emessa è nulla, e dunque non c'è irraggiamento. Esempi: Un sistema isolato di particelle identiche; in realtà basta molto meno, ossia che il rapporto carica/massa sia lo stesso per tutte le particelle, ossia <math>e_r/m_r = e/m</math> <math>\forall r</math>. Infatti in questo caso: <math>\vec{D} = \sum_r e_r \vec{y}_r = \sum_r m_r \frac{e_r}{m_r} \vec{y}_r = \sum_r m_r \frac{e}{m} \vec{y}_r = \frac{e}{m} \sum_r m_r \vec{y}_r = \frac{e}{m} \vec{y}_{\text{cdm}} M_{TOT} \quad \Rightarrow</math> <math>\Rightarrow \quad \vec{\dot{D}} = \frac{e}{m} M_{TOT} \dot{\vec{y}}_{\text{cdm}} \quad \Rightarrow \quad \vec{\ddot{D}} = \frac{e}{m} M_{TOT} \ddot{\vec{y}}_{\text{cdm}} = 0</math> e <math>M_{TOT} \ddot{\vec{y}}_{\text{cdm}} = 0</math> per via del fatto che il sistema è isolato. Distribuzioni sferiche di carica. In questo caso, infatti: <math>\rho(t;\vec{y}) = \rho(t,|\vec{y}|) \qquad D^i = \int y^i \rho(t,|\vec{y}|) d^3\vec{y} = 0</math> ove l'ultimo passaggio è dovuto al fatto che <math>\rho</math> è pari in <math>\vec{y}</math>, dunque <math>\vec{y}\rho(t,|\vec{y}|)</math> è dispari in <math>\vec{y}</math>, e l'integrale è esteso a un dominio pari. Dunque: <math>\frac{dW}{d\Omega} = 0</math> In realtà, per distribuzioni sferiche di carica non c'è irraggiamento in nessun ordine dello sviluppo in multipoli; ciò lo si può verificare calcolando i momenti di dipolo di ordine superiore (vedremo poi cosa sono), oppure sfruttando il teorema di Birkhoff. == Note == <references /> {{avanzamento|75%|14 aprile 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|Approssimazione di dipolo]] c388o45qy7oiqpm1ispyginnnwucl9w 0 60026 491857 2026-04-14T17:56:39Z Hippias 18281 da [[File:Elettrodinamica classica.pdf]], di Leonardo Pacciani Mori 491857 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} È un processo fisico importante in molte situazioni, che poi analizzeremo. Si tratta di emissione di radiazione da parte di particelle cariche. Consideriamo una particella carica libera, che a un certo istante viene investita da un'onda elettromagnetica che si propaga lungo l'asse <math>z</math>, che per semplicità supporremo piana monocromatica e polarizzata linearmente. Quando l'onda incide sulla particella, questa verrà accelerata nella direzione del campo elettromagnetico, emettendo radiazione. Vogliamo determinare l'energia emessa dalla particella in funzione della direzione, cioè dell'angolo rispetto all'asse <math>z</math>. In processi di diffusione come questo è utile descrivere il sistema attraverso la sezione d'urto (differenziale): <math>\frac{d\sigma}{d\Omega} = \frac{1}{I_0} \frac{dW}{d\Omega}</math> (il termine "sezione" è dovuto al fatto che ha le dimensioni di un'area) ove <math>I_0</math> è il flusso di energia incidente, ossia l'energia per unità di tempo e superficie dell'onda incidente. Cominciamo calcolando <math>I_0</math>. Poiché l'onda è piana e polarizzata linearmente: <math>\vec{E}_{\text{in}} = \vec{E}_0 \cos(\omega(t - z))</math> <math>\vec{B}_{\text{in}} = \hat{z} \times \vec{E}_{\text{in}}</math> Per calcolare il flusso incidente, prendiamo la media temporale<ref><math>\langle f(t) \rangle = \frac{1}{T} \int_0^T f(t) dt</math></ref> di <math>|\vec{S}|</math>: <math>I_0 = \langle |\vec{S}| \rangle = \langle |\vec{E}|^2 \rangle = \langle |\vec{E}_0 \cos(\omega(t - z))|^2 \rangle = \frac{1}{2} E_0^2</math> Passiamo dunque al calcolo di <math>dW/d\Omega</math>. Assumiamo innanzitutto che la velocità <math>v</math> della particella, quando viene messa in moto, sia molto minore della velocità della luce, ossia <math>v \ll 1</math> (vedremo poi quali sono le condizioni quantitative per soddisfare quest'ipotesi). Possiamo dunque valutare <math>dW/d\Omega</math> usando l'approssimazione di dipolo, e quindi dobbiamo innanzitutto determinare il momento di dipolo della particella una volta messa in moto. Si ha: <math>m \frac{d^2}{dt^2} \vec{y}(t) = e(\vec{E}_{\text{in}} + \vec{v} \times \vec{B}_{\text{in}})</math> Poiché <math>|\vec{E}_{\text{in}}| = |\vec{B}_{\text{in}}|</math> e <math>v \ll 1</math>, il termine relativo al campo magnetico è trascurabile. Dunque: <math>m \frac{d^2}{dt^2} \vec{y}(t) = e\vec{E}_{\text{in}}(t;\vec{y}(t)) \simeq e\vec{E}_{\text{in}}(t;0)</math> ove l'ultima approssimazione vale per due motivi: # Poiché <math>v \ll 1</math>, la variazione della posizione della particella una volta messa in moto non è rilevante # Poiché <math>\vec{E}, \vec{B} \perp z</math>, la particella si muove solo in direzione ortogonale a <math>z</math>, mentre i campi dipendono solo dalla coordinata <math>z</math> Quindi: <math>m \frac{d^2}{dt^2} \vec{y}(t) = e\vec{E}_0 \cos(\omega t) \quad \Rightarrow \quad \vec{y}(t) = -\frac{e}{m\omega^2} \vec{E}_0 \cos(\omega t)</math> e poiché: <math>\vec{v}(t) = \frac{e}{m\omega} \vec{E}_0 \sin(\omega t) \quad \Rightarrow \quad |\vec{v}_{\max}| = \frac{e}{m\omega} |\vec{E}_0|</math> allora la condizione <math>v \ll 1</math> è soddisfatta quando: <math>|\vec{E}_0| \ll \frac{m\omega}{e} \quad \Rightarrow \quad I_0 \ll \frac{m^2\omega^2}{2e^2}</math> Notiamo inoltre che in quest'approssimazione: <math>|\vec{y}_{\max}| = \frac{e}{m\omega^2} |\vec{E}_0| \ll \lambda = \frac{2\pi}{\omega}</math> ove <math>\lambda</math> è la lunghezza d'onda della radiazione. Pertanto, l'approssimazione non relativistica vale o per campi sufficientemente poco intensi o per frequenze abbastanza basse. Dunque, si ha: <math>\vec{D}(t) = e\vec{y}(t) \quad \Rightarrow \quad \vec{\ddot{D}}(t) = e\ddot{\vec{y}}(t) = \frac{e^2 \vec{E}_0}{m} \cos(\omega t)</math> Detti quindi <math>\vec{E}</math> e <math>\vec{B}</math> i campi emessi dalla particella: <math>\vec{E}(t;r) = -\frac{1}{4\pi r} [\vec{\ddot{D}} - (\vec{n} \cdot \vec{\ddot{D}})\vec{n}] = -\frac{e^2}{4\pi mr} [\vec{E}_0 - (\vec{n} \cdot \vec{E}_0)\vec{n}] \cos(\omega(t - z))</math> <math>\vec{B}(t;r) = \vec{n} \times \vec{E}(t;r)</math> Situazione considerata Pertanto la potenza emessa dalla particella (o meglio la sua media temporale) è: <math>\left\langle \frac{dW}{d\Omega} \right\rangle = r^2 \langle |\vec{E}|^2 \rangle = \frac{1}{2} \frac{e^4}{16\pi^2 m^2} [|\vec{E}_0|^2 - (\vec{n} \cdot \vec{E}_0)^2]</math> Con la seguente convenzione sugli angoli: si ha: <math>\left\langle \frac{dW}{d\Omega} \right\rangle = \frac{e^4}{32\pi^2 m^2} |\vec{E}_0|^2 \sin^2\theta</math> (da notare che anche stavolta c'è una dipendenza della potenza emessa da <math>\sin^2\theta</math>, come avevamo già detto). Notiamo anche che, poiché <math>\vec{E}_0</math> è polarizzato linearmente, anche <math>\vec{E}</math> lo è; inoltre, nelle nostre approssimazioni la frequenza dell'onda emessa è uguale a quella dell'onda incidente. In generale, però, questo non è vero. Dall'espressione di <math>\left\langle \frac{dW}{d\Omega} \right\rangle</math> vediamo anche che le particelle più leggere sono anche quelle che emettono più efficacemente; per questo motivo, ad esempio, in un plasma si può trascurare la radiazione emessa dai protoni (in quanto circa 2000 volte più pesanti degli elettroni) e considerare solo quella dovuta agli elettroni. Possiamo anche generalizzare questa situazione al caso in cui la radiazione incidente non sia polarizzata. Consideriamo dunque un'onda incidente non polarizzata, ossia tale che la direzione di <math>\vec{E}_0</math> nel piano ortogonale all'asse <math>\vec{z}</math> è del tutto arbitraria (la sua distribuzione di probabilità rispetto all'angolo azimutale è costante). Per determinare i risultati precedenti in questa situazione dobbiamo mediare su <math>\vec{E}_0</math>. Indicando con <math>\langle\langle \rangle\rangle</math> la media sulle direzioni, si ha: <math>\langle\langle E_{0,x} \rangle\rangle = \langle\langle E_{0,y} \rangle\rangle = 0 \qquad \langle\langle E_{0,x}^2 \rangle\rangle = \langle\langle E_{0,y}^2 \rangle\rangle = \frac{1}{2} |\vec{E}_0|^2</math> <math>\langle\langle E_{0,x} E_{0,y} \rangle\rangle = 0</math> (ove l'ultima relazione è dovuta al fatto che <math>E_{0,x} E_{0,y}</math> è una funzione dispari in <math>x</math> e <math>y</math>). Dunque, per determinare <math>dW/d\Omega</math> in questa situazione dobbiamo calcolare <math>\langle\langle (\vec{n} \cdot \vec{E}_0)^2 \rangle\rangle</math>: <math>\langle\langle (\vec{n} \cdot \vec{E}_0)^2 \rangle\rangle = n_x^2 \langle\langle E_{0,x}^2 \rangle\rangle + n_y^2 \langle\langle E_{0,y}^2 \rangle\rangle + 2n_x n_y \langle\langle E_{0,x} E_{0,y} \rangle\rangle =</math> <math>= \frac{1}{2} |\vec{E}_0|^2 (n_x^2 + n_y^2) = \frac{1}{2} |\vec{E}_0|^2 \sin^2\theta</math> (infatti stavolta l'angolo <math>\theta</math> perde di significato perché <math>\vec{E}_0</math> non ha più direzione definita). Dunque (np sta per "non polarizzata"): <math>\left\langle \frac{dW}{d\Omega} \right\rangle_{\text{np}} = \frac{e^4}{32\pi^2 m^2} |\vec{E}_0|^2 \left( 1 - \frac{1}{2} \sin^2\theta \right) = \frac{e^4}{64\pi^2 m^2} |\vec{E}_0|^2 (1 + \cos^2\theta)</math> In questo caso, <math>\langle dW/d\Omega \rangle_{\text{np}}</math> è massima per <math>\theta = 0</math> e <math>\theta = \pi</math>, ossia la potenza emessa è massima lungo l'asse <math>z</math> (situazione opposta a quella di prima, dove la potenza emessa è massima in direzione ortogonale a <math>z</math>). Dunque: <math>\frac{d\sigma_{\text{np}}}{d\Omega} = \frac{1}{I_0} \frac{dW_{\text{np}}}{d\Omega} = \frac{e^4}{32\pi^2 m^2} (1 + \cos^2\theta) = r_0^2 \frac{1 + \cos^2\theta}{2}</math> ove (reintroducendo <math>c</math>): <math>r_0 = \frac{e^2}{4\pi mc^2}</math> è detto il raggio classico della particella (per l'elettrone, ad esempio, <math>r_0 = 2.8 \times 10^{-13}</math> cm), e ci permette di capire il significato fisico della sezione d'urto differenziale. Infatti, <math>d\sigma/d\Omega \propto r_0^2</math>, e dunque ai fini dell'interazione elettromagnetica è come se la particella "occupasse" una superficie di area <math>r_0^2</math>. Per comprendere meglio quest'ultimo concetto, calcoliamo la sezione d'urto totale<ref>Dopo la seconda uguaglianza si sono prese coordinate polari rispetto all'asse <math>z</math>.</ref>: <math>\sigma_{\text{np}} = \int \frac{d\sigma_{\text{np}}}{d\Omega} d\Omega = 2\pi \int_{-1}^1 \frac{d\sigma_{\text{np}}}{d\Omega} d\cos\theta =</math> <math>= 2\pi \int_{-1}^1 r_0^2 \frac{1 + \cos^2\theta}{2} d\cos\theta = 2\pi r_0^2 \frac{4}{3} = \frac{8\pi}{3} r_0^2</math> e dunque anche la sezione d'urto totale è proporzionale al quadrato del raggio classico della particella. Ora, in generale la sezione d'urto totale è: <math>\sigma_{TOT} = \frac{W_{TOT}}{I_0} \quad \Rightarrow \quad W_{TOT} = \sigma_{TOT} I_0</math> Questa formula ha un'interpretazione intuitiva abbastanza evidente: Significato di <math>\sigma_{TOT}</math> <math>I_0 \sigma_{TOT}</math> è l'energia per unità di tempo che fluisce attraverso l'area <math>\sigma_{TOT}</math>. Da <math>W_{TOT} = \sigma_{TOT} I_0</math> si deduce che tutta questa potenza viene diffusa; pertanto, la diffusione Thomson può essere interpretata in questo modo: tutta la radiazione presente nel cilindro di base <math>\sigma_{TOT}</math> interagisce con la particella e viene diffusa, mentre il resto passa inalterato; insomma, <math>\sigma_{TOT}</math> è la dimensione effettiva del "bersaglio". Vediamo un po' di applicazioni di questo fenomeno: Nel Sole, una volta che un fotone<ref>In questo paragrafo parliamo di fotoni, che non abbiamo ancora mai visto, ma ovviamente intendiamo radiazione elettromagnetica</ref> viene creato in una reazione nucleare, viene continuamente scatterato all'interno del Sole stesso, prima di poter uscire nello spazio aperto. Poiché la materia all'interno del Sole si trova allo stato di plasma (ossia gli atomi sono scissi in nuclei ed elettroni liberi), vogliamo dunque calcolare il cammino libero medio <math>\ell</math> di un fotone in un plasma. Possiamo dunque pensare che il fotone si "porti dietro" un "dischetto" di area <math>\sigma_T</math>: se un elettrone vi passa attraverso il fotone viene diffuso, altrimenti no. Equivalentemente, se in media in un cilindro di base <math>\sigma_T</math> e altezza <math>\ell</math> c'è un elettrone, allora il fotone viene scatterato. Detto <math>n_\ell</math> il numero di elettroni per unità di volume, la condizione che definisce il cammino libero medio è: <math>n_\ell \sigma_T \ell \simeq 1 \quad \Rightarrow \quad \ell \simeq \frac{1}{n_\ell \sigma_T}</math> Nel Sole, <math>n_\ell = 10^{30}</math> m<math>^{-3}</math> (è una densità simile a quella dell'acqua), e utilizzando la <math>\sigma_T</math> dell'elettrone risulta <math>\ell \simeq 1</math> cm. Tenendo conto del fatto che il raggio solare è <math>R_\odot \simeq 10^9</math> m, si può stimare che un fotone impiega qualche migliaio di anni prima di uscire dal Sole. Altra applicazione risiede nello studio dell'universo primordiale. Inizialmente l'universo era abbastanza caldo da impedire la formazione di atomi (tutta la materia era plasma), e dunque era anche "opaco" rispetto alla radiazione, perché i fotoni potevano essere diffusi con molta facilità. A un certo punto la temperatura si è abbassata a sufficienza per permettere la creazione di atomi: pertanto l'universo è diventato "trasparente" alla radiazione e i fotoni hanno smesso di essere scatterati. Ciò ha dato origine alla CMB (cosmic microwave background, radiazione cosmica di fondo): da quell'istante la radiazione ha cominciato a viaggiare liberamente, e tutt'oggi la possiamo vedere (si tratta di una sorta di "fotografia istantanea" dell'universo in quel momento). Se l'elettrone invece di essere libero è legato ad un atomo si ha lo scattering Rayleigh; il conto in questo caso è identico a quello che abbiamo fatto, con la differenza che ora va inclusa una forza di tipo elastico che lega l'elettrone al nucleo. Risulta che: <math>\sigma_R \propto \frac{\omega^4}{(\omega^2 - \omega_0^2)^2}</math> ove <math>\omega</math> è la frequenza della radiazione incidente (che è uguale a quella emessa), e <math>\omega_0</math> è la frequenza di oscillazione caratteristica del sistema nucleo-elettrone. In questo caso, dunque, la sezione d'urto dipende dalla frequenza: <math>\omega \gg \omega_0</math>: ci si riconduce alla situazione dello scattering Thomson <math>\omega \ll \omega_0</math>: si ha: <math>\sigma_R \propto \left( \frac{\omega}{\omega_0} \right)^4 \ll 1</math> ossia, particelle non libere diffondono molto meno efficacemente di quelle libere, a piccole frequenze <math>\omega \sim \omega_0</math>: in questo caso, detto risonante, la radiazione emessa è piccata su <math>\omega_0</math> (in realtà il valore della sezione d'urto non diverge, come potrebbe sembrare dalla sua espressione) Torniamo allo scattering Thomson. Abbiamo trascurato una cosa: non abbiamo considerato l'effetto della radiazione emessa dalla particella sulla particella stessa. È la reazione di radiazione, che vedremo alla fine del corso. Possiamo però renderci conto che questo effetto c'è tramite la verifica di alcune leggi di conservazione: '''Energia''' <math>W = I_0 \sigma</math>, pertanto l'energia della radiazione incidente è uguale a quella della radiazione emessa. L'energia è pertanto conservata. '''Quantità di moto''' Si ha un certo flusso di quantità di moto incidente, dovuto alla radiazione, che è uguale al flusso di energia: <math>\frac{dP^{(\text{in})}_z}{dt} = I_0 \sigma</math> Tuttavia: <math>\frac{dP^{(\text{out})}_z}{dt} = 0</math> perché siamo in approssimazione di dipolo (in questo caso, come abbiamo già mostrato, non c'è emissione di quantità di moto). D'altra parte, però, la particella mantiene in media la sua quantità di moto, dunque non ne assorbe: c'è quindi della quantità di moto incidente ma non ce n'è di emessa. Ciò è proprio dovuto al fatto che ci siamo "dimenticati" dell'effetto dei campi diffusi sulla particella stessa: pertanto, su di essa dovrà agire una forza <math>F_z</math> tale che: <math>F_z = \frac{dP^{(\text{in})}_z}{dt} = I_0 \sigma = \frac{4\pi}{3} r_0^2 |\vec{E}_0|^2</math> e questa forza va proprio interpretata come quella esercitata sulla particella dai campi emessi dalla particella stessa (d'altronde non c'è nessun altro agente fisico al quale la si potrebbe associare). Questa "dimenticanza", però, non inficia sulla validità dei conti che abbiamo fatto perché <math>F_z \propto |\vec{E}_0|^2</math>, e abbiamo supposto che i campi siano poco intensi (altrimenti non sarebbe soddisfatta la condizione <math>v \ll 1</math>), e dunque <math>F_z</math> è trascurabile. Precisiamo infine un'ultima cosa: nella discussione che abbiamo fatto sullo scattering Thomson abbiamo supposto che il campo elettromagnetico sia "classico", ossia non quantistico: quest'approssimazione è valida se la frequenza <math>\omega</math> della radiazione incidente è molto piccola, di modo che l'energia <math>\hbar\omega</math> dei fotoni sia piccola rispetto alla massa della particella. Se dunque <math>\hbar\omega \ll mc^2</math> vale lo scattering Thomson come l'abbiamo visto; se invece <math>\hbar\omega \sim mc^2</math>, la diffusione di radiazione da parte di una particella carica è descritta dallo scattering Compton (nel quale la diffusione è descritta come un urto fra due particelle), nel quale la frequenza della radiazione diffusa differisce da quella incidente. == Note == <references /> {{avanzamento|75%|14 aprile 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|Diffusione (o scattering) Thomson]] 92vc8v8jtihi5uc8392862bzx3dcvos 0 60027 491858 2026-04-14T17:58:44Z Hippias 18281 da [[File:Elettrodinamica classica.pdf]], di Leonardo Pacciani Mori 491858 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Vediamo ora un'importante applicazione dello scattering Thomson. Consideriamo un atomo di idrogeno, composto dunque da un protone e un elettrone che gli orbita intorno. Sappiamo che, classicamente, particelle accelerate irradiano, e dunque ci aspetteremmo che gli elettroni, all'interno dell'atomo, siano instabili e emettano radiazione. Vogliamo studiare proprio questa emissione, detta Bremsstrahlung (non relativistica): si tratta della radiazione emessa quando due particelle interagiscono attraverso la forza coulombiana. Si possono distinguere dunque due casi: quello in cui le orbite delle particelle sono aperte (come in un urto contro un bersaglio) e quello in cui sono chiuse (come l'elettrone in un atomo). Come abbiamo detto, il caso fisicamente più interessante è il secondo, e dunque ci occupiamo di questo. Consideriamo quindi l'atomo di idrogeno nello stato fondamentale; allora si può considerare il protone fermo nel sistema di riferimento del laboratorio (dal momento che è molto più pesante dell'elettrone) e l'elettrone in orbita attorno ad esso lungo traiettorie circolari. Il raggio di quest'orbita è il raggio di Bohr: <math>r_B = \frac{4\pi \hbar^2}{me^2} \simeq 5.3 \times 10^{-9} \text{ cm}</math> Se a questo sistema fossero applicabili i princìpi della meccanica classica<ref>Nota: per "classica" si intende "non quantistica"; per "meccanica classica" intendiamo dunque anche quella relativistica.</ref>, essendo accelerato l'elettrone dovrebbe emettere. L'equazione del moto dell'elettrone è: <math>m\omega^2 r_B = \frac{e^2}{r_B^2} = \frac{e^2}{4\pi} \quad \Rightarrow \quad \omega^2 = \frac{e^2}{mr_B^3} = \frac{r_0}{r_B^3}</math> ove <math>r_0 = e^2/4\pi m \simeq 28 \times 10^{-13}</math> cm è il raggio classico dell'elettrone. Dunque: <math>v = \omega r_B = \sqrt{\frac{r_0}{r_B}} \ll 1</math> (perché <math>r_0 \ll r_B</math>), e pertanto la potenza emessa dall'elettrone è (usiamo la formula di Larmor): <math>W = \frac{e^2}{6\pi} a^2 = \frac{e^2}{6\pi} \frac{e^4}{m^2 r_B^4}</math> Quindi, l'energia emessa in un periodo <math>T = 2\pi/\omega</math> di rotazione è: <math>\Delta E = \int_0^T W dt = WT</math> Detta ora <math>E</math> l'energia iniziale posseduta dall'elettrone, allora: <math>E = \frac{1}{2} m\omega^2 r_B^2 - \frac{e^2}{r_B} = -\frac{e^2}{2r_B}</math> e inoltre: <math>\frac{\Delta E}{|E|} = \frac{2\pi}{\omega} \frac{e^2}{6\pi} \frac{e^4}{m^2 r_B^4} \frac{2r_B}{e^2} = \frac{8\pi}{3} \left( \frac{r_0}{r_B} \right)^{3/2} \simeq 3 \times 10^{-6}</math> L'elettrone, dunque, perde pochissima energia ad ogni giro, e il fatto che la variazione percentuale dell'energia per giro <math>\Delta E/|E|</math> sia piccolissima giustifica a posteriori la validità della nostra approssimazione. Ora, però, il periodo di rotazione dell'elettrone è <math>T \simeq 1.5 \times 10^{-16}</math> s; nella nostra approssimazione (che è la più "cruda" possibile), dunque, in circa <math>t \simeq 10^{-10}</math> s l'elettrone perde tutta la sua energia, collassando sul protone. Se dunque la meccanica classica fosse applicabile a questo sistema fisico, gli atomi collasserebbero e la materia non potrebbe esistere. Inoltre, l'elettrone dovrebbe emettere con frequenza <math>\omega</math>, perché il moto dell'elettrone è armonico semplice; infatti <math>\vec{E} \propto \vec{\ddot{D}}</math>, e <math>\vec{D}</math> ha la stessa frequenza del moto dell'elettrone. Pertanto, dovrebbe essere emessa la sola frequenza <math>\omega</math>, ma in realtà ciò è vero solo in approssimazione di dipolo. Volendo "raffinare" questo modello, si può tener conto del fatto che in realtà il raggio varia col tempo (<math>E(t) = -e^2/(2r(t))</math>; in questo caso si avrebbe, dunque: <math>\frac{1}{r} \frac{dr}{dt} = -\frac{1}{E} \frac{dE}{dt}</math> (ossia, la variazione percentuale del raggio è opposta a quella dell'energia), e poiché <math>dE/dt = -W</math>: <math>\frac{1}{r} \frac{dr}{dt} = \frac{1}{E} W = -\frac{2r}{e^2} \frac{e^2}{6\pi} \frac{e^4}{m^2 r^4} = -\frac{4\pi}{3} \frac{r_0^2}{r^3} \quad \Rightarrow \quad r^3(t) = r_B^3 - 4\pi r_0^2 t</math> Se stimiamo il tempo <math>t</math> al quale <math>r^3(t) = 0</math>, risulta <math>t \simeq 10^{-11}</math> s, in accordo con quanto visto prima. In realtà anche in questo caso abbiamo tralasciato il fatto che via via che il raggio diminuisce, la velocità dell'elettrone aumenta, e ad un certo punto diventano importanti gli effetti relativistici. Volendo, quindi, si potrebbe apportare anche questa correzione, ma il risultato non cambia di molto. == Note == <references /> {{avanzamento|75%|14 aprile 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|L&#39;atomo di idrogeno]] 8mz80mxtc42yq25kpv945l0yshffjju