BIOTECNOLOGIE
INDUSTRIALI E AMBIENTALI
Le biotecnologie
Le biotecnologie sono l’insieme delle tecnologie che utilizzano esseri viventi, come i microrganismi, o parti di essi, come le cellule, per produrre beni e servizi utili all’uomo, per esempio alimenti, farmaci o prodotti industriali.
Lo studio del “saper fare con la vita”. La parola biotecnologia deriva dalla combinazione delle parole greche bìos (βίος), che significa vita, téchne (τέχνη), che sta per arte, nel senso di perizia, saper fare, saper operare, e lògos (λόγος), ovvero studio: in estrema sintesi, quindi, la biotecnologia è lo studio delle tecniche che usano la vita stessa per la produzione di beni o servizi.
La biotecnologia si distingue dalla biologia, anche se trae da essa buona parte delle conoscenze che utilizza: infatti, se per “biologia” si intende lo studio di ogni singolo aspetto e caratteristica relativa al mondo degli esseri viventi (la struttura, lo sviluppo, la riproduzione, la morte, la distribuzione, l’evoluzione e così via), la “biotecnologia”, invece, è lo studio mirato alle applicazioni delle conoscenze della biologia ai processi di produzione di beni o servizi.
La biotecnologia è diventata una disciplina di studio autonoma solo recentemente, ma in realtà queste applicazioni sono utilizzate dall’uomo sin dalla antichità: l’uso dei batteri lattici per la produzione dello yogurt, dei lieviti per ottenere la lievitazione del pane, del caglio per la produzione del formaggio o dei processi fermentativi per la produzione di birra e vino sono biotecnologie praticate da molti millenni. Oggi il campo di azione delle biotecnologie si è decisamente ampliato grazie al progresso delle conoscenze, in particolare nel campo della genetica e dell’ingegneria genetica.
Il video qui sotto, realizzato per conto di una casa farmaceutica italiana, la Dompè, ci aiuterà nella scoperta di queste affascinanti discipline.
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I colori delle biotecnologie
Le biotecnologie trovano applicazione in moltissimi ambiti, tanto che si è adottata una classificazione basata proprio sull’ambito di utilizzo.
Questa classificazione internazionale associa un colore specifico al settore in cui viene utilizzata. Tra le principali evidenziamo le biotecnologie rosse, verdi, bianche, grigie e blu.
I colori delle biotecnologie: rosso
Il rosso identifica le biotecnologie utilizzate nel campo della salute umana: produzione di farmaci, realizzazione di protesi, analisi e test diagnostici, vaccini, terapie geniche e medicina rigenerativa sono alcuni esempi.
Le biotecnologie sono state decisive, per esempio, nella produzione di insulina, un ormone indispensabile per coloro che sono ammalati di diabete: i diabetici, infatti, non riescono a produrla in quantità sufficiente per permettere l’assunzione del glucosio nelle cellule muscolari e adipose e diminuirne la concentrazione nel sangue, e sono costretti ad iniettarsela dall’esterno. In passato veniva utilizzata l’insulina di origine animale, in particolare quella prodotta dal pancreas dei maiali, che aveva l’inconveniente di non essere identica a quella umana venendo spesso rigettata dai diabetici, oltre al fatto di essere estremamente costosa. Oggi, attraverso le biotecnologie, in particolare le tecniche di ingegneria genetica applicate ad un batterio, l’Escherichia Coli, è divenuto possibile produrre un’insulina identica a quella umana, senza problemi di rigetto, ad un costo molto basso, e quindi migliorare la qualità e le aspettative di vita degli ammalati di diabete.
Altro esempio è rappresentato dall’editing genomico, una tecnologia di ingegneria genetica altamente innovativa che funziona come un “correttore di bozze” del DNA: interviene in maniera precisa per trovare e correggere all’interno dell’intero genoma quegli errori genetici propri di alcune gravi patologie, anche negli embrioni.
Rientrano nel campo di applicazione delle biotecnologie rosse tutte le tecnologie di analisi del DNA tratto da un capello, una goccia di sangue o di saliva, come nel caso dei test di paternità, dei test per la verifica della presenza di particolari anticorpi a determinati virus o dei test nel corso di indagini della polizia scientifica.
I colori delle biotecnologie: verde
Il colore verde è utilizzato per identificare le biotecnologie applicate all’agricoltura: creazione di nuove varietà di piante di interesse agricolo, sintesi di biofertilizzanti e di biopesticidi, produzione di organismi geneticamente modificati (OGM) sono alcune delle applicazioni più frequenti.
Uno degli ambiti in cui è più frequente il ricorso alle biotecnologie verdi è quello del miglioramento delle piante attraverso tecniche di manipolazione genetica, al fine di renderle più adatte alle richieste del mercato, oppure di rendere le tecniche di coltivazione meno impattanti sotto il profilo della sostenibilità (minore ricorso agli antiparassitari o minore utilizzo di acqua). La sperimentazione e la produzione di Organismi Geneticamente Modificati (OGM) generano costantemente polemiche e contrapposizioni, tanto che alcuni Paesi le hanno vietate, mentre ne consentono il commercio, tanto che essi sono diffusi ormai universalmente: soia, mais, cotone, colza e arrivano quotidianamente sulle nostre tavole.
Altra applicazione consiste nella produzione degli alimenti c.d. funzionali, ovvero gli alimenti che, al di là delle proprietà nutrizionali di base, hanno dimostrate capacità di influire positivamente su una o più funzioni fisiologiche. Esempi significativi sono i probiotici, microrganismi vivi che migliorano l’equilibrio microbico intestinale dell’organismo che li ospita, come i batteri lattici.
I colori delle biotecnologie: bianco
Il colore bianco identifica le biotecnologie integrate nei cicli di produzione industriale, finalizzate all’abbattimento dei costi, non solo economici, per la creazione o miglioramento di un prodotto commerciale o di consumo di massa.
Esempio tipico di questo tipo di applicazione è la produzione di biocarburanti, ossia di combustibili realizzati a partire da materie prime di origine vegetale da utilizzare per sostituire le benzine di origine petrolifera, provenienti quindi da materie prime di origine fossile, ad alto costo e fortemente inquinanti: è possibile produrre un carburante in grado di alimentare i motori diesel dall’olio di girasole o produrre, attraverso il processo di fermentazione dello zucchero, il bioetanolo, un carburante in grado di sostituire la benzina per autotrazione. In questi anni la ricerca di sta concentrando sulla produzione di biocarburanti di seconda generazione , cioè prodotti da materiale vegetale di scarto e non da colture apposite, e l’Italia è certamente all’avanguardia in questo campo.
Altro ambito in forte crescita è l’impiego degli enzimi: nella produzione di detersivi, questi additivi riducono la temperatura e la durata dei lavaggi, con un notevole risparmio in termini economici e di inquinamento; nel settore tessile, per esempio per creare specifiche colorazioni o effetti tipo l’effetto stone wash dei jeans; ancora, negli alimenti, agiscono al fine di rendere il prodotto finale più appetibile o digeribile al consumatore.
Tipica applicazione delle biotecnologie nel settore industriale è la produzione di biomateriali, anche essi in grado di sostituire la plastica tradizionale, di origine fossile: la bioplastica, per esempio, è ricavata in prevalenza da materiale organico, consente di ridurre l’impatto ambientale, apportando vantaggi significativi al ciclo produzione-consumo-smaltimento, ed è prodotta a partire da materie prime rinnovabili, oppure è biodegradabile, e si decompone in tempi brevissimi, o ha entrambe le proprietà. Ognuno di noi utilizza quotidianamente questi biomateriali: i sacchetti per la spesa, altri imballaggi per gli alimenti, le capsule per il caffè, le stoviglie monouso, i mattoncini da gioco per i bambini così come alcune componenti delle auto.
I colori delle biotecnologie: grigio
Il colore grigio identifica, invece, le biotecnologie utilizzate per garantire la tutela e la conservazione dell’ambiente, o anche il suo risanamento.
Uno degli sviluppi più interessanti è costituito infatti dall’uso di microrganismi, come batteri o funghi, per degradare sostanze inquinanti disperse nell’ambiente, come succede per esempio nel caso di petrolio sversato in mare a seguito di un naufragio di una petroliera, che oggi viene risolto con l’utilizzo di batteri “mangia petrolio”, ovvero in grado di digerire la sostanza inquinante. Altrettanto importante è l’uso delle biotecnologie nel campo della trasformazione dei rifiuti in nuove risorse, come nel caso dei reflui degli allevamenti utilizzati per la produzione di biogas, e quindi di energia, o nel caso dei materiali che, nella moda, sostituiscono le pelli di origine animale o le materie plastiche.
I colori delle biotecnologie: blu
Il colore blu è, infine, adottato per identificare le biotecnologie che utilizzano le risorse marine, che si caratterizzano per essersi sviluppate in condizioni estreme, come le temperature massime e minime o la pressione che esiste ad alta profondità, per la creazione di prodotti di interesse medico o industriale.
Sono di origine marina alcuni farmaci antitumorali così come alcune molecole marker, che arrivano da spugne o coralli, utilizzate nella diagnostica di alcune patologie. Altro esempio dell’utilizzazione di risorse di origine marina è la produzione di additivi utilizzati nell’industria alimentare, come la gelatina in alcuni degli elementi addensanti sono estratti dalle alghe rosse, o l’uso di alghe marine per la produzione di biocombustibili, con un processo estremamente vantaggioso considerata la disponibilità della materia prima.
Link utili
Il corso di laurea: insegnamenti e metodologia
Abbiamo descritto i campi di applicazione delle biotecnologie attraverso i colori, che ne semplificano l’identificazione. E’ evidente, comunque, che questi non sono da intendersi come compartimenti stagni: le stesse biotecnologie sono utilizzate nei diversi campi e tra questi esistono delle aree di sovrapposizione.
Questa interrelazione si riflette nelle competenze di chi studia biotecnologie e, non di meno, nell’esercizio della futura professione che, spesso abbraccia più ambiti di applicazione e di ricerca: l’interdisciplinarità e la multisettorialità sono quindi le caratteristiche proprie delle biotecnologie e dei corsi di studio in cui si acquisiscono queste competenze.
In questo senso, il piano di studi del corso di laurea in Biotecnologie Industriali e Ambientali, al di là del nome che porta, esprime sia questa interdisciplinarità sia la molteplicità degli ambiti applicativi.
Si parte nel primo anno con le discipline di base (come matematica, fisica, chimica e biologia) e ci si avvicina progressivamente verso il terzo anno, ed oltre a livello di laurea magistrale, agli ambiti applicativi con le discipline di indirizzo.
Le materie di indirizzo possono essere riconducibili a 3 aree:
- Chimiche (chimica generale, organica e industriale)
- Biologiche (genetica, microbiologia, biochimica, biologia molecolare)
- Biotecnologiche (biotecnologie microbiche, bioingegneria ambientale, enzimologia, farmacologia, igiene)
Il piano di studi prevede inoltre alcune discipline finalizzate all’acquisizione di competenze trasversali, come le lingue straniere, informatica ed economia aziendale.
Piano di studi coorte 2020
L’attività in laboratorio
Altro carattere fondamentale, derivante dalla accentuata dimensione applicativa delle biotecnologie, è il favore verso l’apprendimento di metodiche, protocolli e procedure di laboratorio. Da qui la scelta di un consistente volume (pari al 50% del totale complessivo delle ore di didattica) di attività pratiche utili allo studente per poter operare poi in autonomia nei contesti aziendali e di ricerca. La frequenza è obbligatoria per almeno l’80% delle attività di laboratorio e il 60% dei corsi teorici.
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Il tirocinio
Prima della conclusione del percorso, un momento essenziale è rappresentato dal tirocinio della durata di 350 ore, obbligatorio per tutti gli studenti, che viene svolto in imprese biotech e nei loro laboratori.
Si definisce impresa biotech una azienda che utilizza almeno una tecnica biotecnologica per produrre beni o servizi e/o per fare ricerca e sviluppo nel campo delle biotecnologie. Il tirocinio può essere svolto in realtà che hanno sede in Italia o, tramite i progetti di mobilità internazionale, anche all’estero.
Dai riscontri delle aziende che ospitano i nostri laureandi per il tirocinio formativo obbligatorio, la competenza di governare processi e procedure in laboratorio è in loro già molto spiccata prima della laurea e senza aver mai operato in un contesto di lavoro. Questo riconoscimento arriva puntuale e riteniamo si possa addebitare alle tante ore con gli studenti vengono formati in laboratorio oltre alle tradizionali lezioni frontali.
Imprese e centri di ricerca ospitanti
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Gli sbocchi professionali
L’approccio interdisciplinare proprio delle biotecnologie e la loro natura espressamente applicativa alimenta un circolo virtuoso tra la ricerca di base e l’innovazione tecnologica che si rigenera man mano che vengono affrontati e risolti i problemi e vengono innescate nuove direttrici di ricerca.
Per questi motivi, è ormai abituale sentire parlare di due anime delle biotecnologie. La prima concepisce le biotecnologie come uno strumento vincente per fare ricerca di alto livello. La seconda interpreta le biotecnologie quale mezzo di produzione per ottenere da un lato prodotti già noti con processi ottimizzati, dall’altro prodotti nuovi con performance migliorate rispetto a quelle esistenti.
Queste due dimensioni rappresentano i due grandi ambiti di sbocco professionale dei laureati in Biotecnologie: da un lato la ricerca scientifica da svolgere presso le istituzioni di ricerca, pubbliche o private, e nelle unità di ricerca e sviluppo delle grandi imprese biotech; da un altro lato la produzione, ossia l’applicazione ai sistemi produttivi delle tecnologie apprese.
Tra i nostri laureati (69%) c’è chi segue l’obiettivo di diventare un ricercatore proseguendo i propri studi con un corso di laurea magistrale: in Biotecnologie, in Biologia, in Scienze della Nutrizione Umana e corsi in altre classi affini, come in Qualità e Sicurezza dei Prodotti Alimentari (Classe LM-70) dell’Università degli Studi di Sassari con sede a Oristano.
Al contempo ci sono laureati che subito dopo il percorso triennale si inseriscono nei diversi campi di applicazione delle biotecnologie, operando come tecnici dotati di adeguata preparazione nell’ambito della biologia di base ed applicata ai sistemi ambientali, delle tecnologie ricombinanti, delle tecniche di coltura in-vitro e di produzione di metaboliti mediante fermentazione o utilizzo di enzimi isolati, nonché delle problematiche scientifiche e legali legate all’utilizzo delle biotecnologie, nei diversi campi di cui si è detto.
In estrema sintesi, il laureato triennale diventa un tecnico che trova occupazione in uno dei molteplici settori in cui trovano applicazione le biotecnologie.
Uno sguardo al futuro
Secondo le stime dell’Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico (Ocse), nel 2030 le biotecnologie avranno un peso enorme nell’economia mondiale: 80% dei prodotti farmaceutici, 50% dei prodotti agricoli, 35% dei prodotti chimici e industriali, incidendo complessivamente per il 2,7% del Pil globale. Non solo, si stima anche che ogni occupato nel settore biotech generi altri 5 occupati nei settori dell’indotto.
Numeri che parlano delle grandi potenzialità di questa tecnologia anche in termini di opportunità economiche, di crescita e di occupazione. Lo conferma anche l’ultimo report sulle imprese biotecnologiche in Italia realizzato da Assobiotec: sono 641 le imprese biotech (Si definisce impresa biotech una azienda che utilizza almeno una tecnica biotecnologica per produrre beni o servizi e/o per fare ricerca e sviluppo nel campo delle biotecnologie) attive in Italia.
Si tratta di un comparto fortemente innovativo, dedito alla ricerca e in fase di consolidamento attorno alle realtà più solide e competitive.
Il fatturato supera gli 11,5 miliardi di euro, il numero degli addetti sfiora le 13.000 unità, gli investimenti in Ricerca e Sviluppo (R&S) biotech superano i 720 milioni.
Nell’arco degli ultimi tre anni il numero delle imprese è rimasto pressoché costante, a crescere sono tutti i principali indicatori economici del comparto, confermando un’altissima intensità di ricerca e una popolazione di imprese in fase di consolidamento. Il fatturato generato da attività biotech è, infatti, aumentato a ritmi sostenuti, registrando complessivamente una crescita del 16%, quasi due volte e mezza quella rilevata nel settore manifatturiero (7%). Gli investimenti in R&S biotech sono aumentati del 17% e il numero degli addetti dedicati al biotech ha registrato un incremento del 15% nelle imprese dedicate alla R&S biotech a capitale italiano.
La bioeconomia, di cui le biotecnologie industriali sono il vero e proprio motore, è un’economia che impiega le risorse biologiche, provenienti dalla terra e dal mare, come input per la produzione energetica, industriale, alimentare e mangimistica.
Un rapporto dell’OCSE, intitolato “The Bioeconomy to 2030” attribuisce alla bioeconomia la capacità di imprimere una vera e propria spinta propulsiva verso una nuova “rivoluzione industriale”, che, a partire dalla ricerca nel campo delle materie prime rinnovabili, può permettere di innovare settori maturi come quelli delle materie prime, della produzione di energia e intermedi, garantendo una sostenibilità ambientale, economica e sociale nel lungo termine del sistema economico mondiale.
Cosa possono fare le Biotecnologie per lo sviluppo dell’Italia?
Studiare a Oristano
“Istruitevi perché avremo bisogno di tutta la vostra intelligenza"
(A. Gramsci)
Studiare all'università
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