La tracciabilita alimentare, adulterazioni e OGM in Biologia

La tracciabilità alimentare

Il cloroplasto e il mitocondrio hanno un'unica copia di DNA (sono aploidi), quindi è possibile utilizzare il sequenziamento Sanger (non c'è il rischio di ottenere un cromatogramma con picchi doppi, come invece accadrebbe nel caso di sequenziamento del ge- noma nucleare che è diploide). Il metabarcoding sfrutta le tecnologie NGS e permette di analizzare lo stesso gene in più individui o in matrici complesse. I primer universali amplificano in differenti specie una determinata regione. Le reads che si ottengono vengono blasta- te/mappate nel database, e tutti i match che si trovano corrispondono alle specie che sono presenti nel campione. Lo scopo è utilizzare sistemi di tracciabilità molecolare applicati alle matrici alimentari.

Un alimento è qualsiasi material elaborato, semilavorato o grezzo destinato al consumo umano (comprese bevande, gomme da masticare - esclusi i farmaci e i cosmetici).

Un alimento deve essere certificato al consumatore da un punto di vista:

1. qualitativo (caratteristiche sensoriali e fisico-chimiche)
2. in merito alle tecnologie di produzione (metodi tradizionali, biologici, DOP, etc.)
3. le tecniche di lavorazione (congelamento, irradiazione, etc.).
4. di origine (specie ed identificazioni geografiche), è necessario garantire l'assenza di contaminanti o adulteranti.

Frode e adulterazione alimentare

Con "frode" o "adulterazione alimentare" si intende un qualsiasi processo illegale legato ad una riduzione della qualità e/o della salubrità del cibo. L'adulterazione può essere ottenuta mediante la sostituzione, la miscelazio- ne o la rimozione di alcuni componenti o tramite la manomissione o etichet- tatura errata del cibo o della sua confezione.

La principale differenza è che le adulterazioni sono volontarie. Una contaminazione deve essere esplicitata in etichetta con la dicitura "può contenere tracce di ... ", un contaminante può essere anche una sostanza chimica derivante dalla produzione.

Adulterazione alimentare: definizione

L'adulterazione alimentare può essere ottenuta mediante la sostituzione, la miscelazione o la rimozione di alcuni componenti di valore ma anche tramite la manomissione o etichettatura errata del cibo o della sua confezione.

Differenza tra adulterante e contaminante

Adulterante una qualsiasi sostanza aggiunta intenzionalmente al cibo, che non è presente in tale cibo come risultato della produzione

Contaminante qualsiasi sostanza non aggiunta intenzionalmente al cibo, che è presente in tale cibo come risultato della produzione

Impatto dell'adulterazione alimentare

Impatto dell'adulterazione alimentare sui consumatori, sulla filiera e sulla comunità

• Impatto sulla salute della popolazione
• Impatto economico sulla filiera produttore-consumatore
• Impatto sociale sulla fiducia del consumatore
• Impatto scientifico sulla ricerca e lo sviluppo di nuovi metodi di analisi per il controllo alimentare
• Impatto politico sulle strategie di governance (preservazione dei prodotti di origine nazionale)

Impatto sulla salute

(1) Impatto sulla salute Alimenti adulterati possono presentare sostanze allergeniche non dichiarate utilizzate come sostituti, o prodotti di scarto più scarsamente nutritivi. Quindi possono causare problemi di salute, malattie legate a carenze nutrizionali, croniche (cirrosi, cancro al colon), disturbi renali e insufficienza cardiaca, renale e epatica.

Esempio: foglie di tè marce e secche (materiale di scarto) colorato e reimmesso nel mercato come tè fresco -> il colorante può avere effetti sul consumatore come emicrania, acidità di stomaco, blocco epatico, cancro.

Impatto economico

(2) Impatto economico L'adulterazione viene messa in atto da aziende che vogliono generare profitto illegalmente. I rivenditori legittimi perdono circa $ 30-40 miliardi ogni anno a causa di vendite perse, richiami di prodotti e perdita di fiducia dei consumatori.

La contraffazione (vendita di un prodotto con il nome simile ma prodotto con un disciplinare differente) ha grosse ripercussioni sui rivenditori legali.

Esempio: se tutti mangiassero Parmigiano Reggiano anziché Parmesao, fatturerebbe almeno 1 miliardo in più l'anno.

Impatto sociale e scientifico

(3) Impatto sociale e scientifico Il consumatore perde la fiducia nei confronti dei prodotti adulterati, la scienza quindi deve attuare ricerche per individuare nuovi metodi di tracciabilità alimentare (food traceability e food fraud) e sviluppare metodi di screening molecolari per l'identificazione di specie in prodotti alimentari e loro adulteranti.

Impatto politico

(4) Impatto politico Le decisioni politiche sono risposte a bisogni o problematiche sociali ed economiche. Sono necessari Gold Standard sempre ag- giornati per rispondere alla necessità di protocolli sicuri sulla produzione, lavorazione, conservazione e commercializzazione dei prodotti alimentari.

Tecniche analitiche per l'adulterazione alimentare

1Tecniche analitiche applicate all'adulterazione alimentare

• Analisi sensoriali: proprietà organolettiche e fisiche per determinare l'autenticità del prodotto e la sua qualità. Sono sistemi basati sulla soggettività dell'individuo e fortemente dipendenti dalla sua esperienza. Per standardizzare i risultati e ridurre la soggettività (a livello statistico), si utilizzano strumenti quali: e-nose, e-tongue, panel test.
• Spettroscopia: si basa sull'interazione di diversi composti chimici dei prodotti alimentari e la radiazione elettromagnetica in funzione della lunghezza d'onda o della frequenza della radiazione. Si utilizzano la spettroscopia a infrarossi (IR) e la spettroscopia ultravioletta-visibile (UV-Vis).
• Analisi cromatografiche: producono delle "impronte digitali" uniche che possono differenziare e autenticare gli alimenti. Lipidi, proteine, carboidrati e altri composti (aromi, conservanti e coloranti) sono considerati i componenti significativi dei mate- riali alimentari. I profili cromatografici ottenuti vengono poi confrontati con i valori dei reference predeterminati.
• Analisi radioattive degli isotopi: gli isotopi rappresentano atomi di uno stesso elemento che si differenziano per la massa atomica, si possono usare come impronte digitali per verificare l'origine geografica di molti prodotti alimentari.
• Risonanza Magnetica Nucleare (NMR)
• Analisi degli elementi: sodio, calcio, potassio (macro-elementi), rame, zinco, selenio (oligo-elementi) e lantanio, cerio, samario (elementi di terre rare) possono essere analizzati mediante spettroscopia. Si ricercano composti che possono essere riconducibili a determinate aree geografiche, infatti le geo-origini e le modalità di produzione degli alimenti (biologici e convenzionali) possono essere rilevati sulla base di una combinazione di questi elementi.
• Analisi immunologiche: sono test veloci, sensibili, altamente specifici ed economici. Il saggio ELISA utilizza anticorpi diretti contro la proteina da misurare. Se l'antigene è riconducibile ad una determinata specie e il saggio presenta una banda, significa che quella specie è presente nel campione.
• Analisi molecolari: la PCR è uno dei metodi basati sul DNA più utilizzati per l'autenticazione degli alimenti, inclusi gli OGM. Sono sistemi genomici, perché viene analizzato il genoma del campione (gDNA, cpDNA, mtDNA) - sarebbero "trascrittomici" se si analizzasse anche l'RNA (metodo meno adatto perché il trascrittoma è dipendente dall'ambiente e dallo stadio fenologico, inoltre è meno stabile ed altamente degradabile). Anche le tecniche di proteomica e metabolomica sono comprese. Il sistema da scegliere dipende dal tipo di matrice, dall'ordine tassonomico che si vuole analizzare, dalle tecnologie a disposizio ne e dallo scopo finale (quanto deve essere approfondita l'indagine che si vuole attuare).

Esempio: steps nell'analisi degli OGM

Esempio: differenti steps nell'analisi degli OGM

1. determinare la presenza o l'assenza di materiale OGM in un prodotto alimentare
2. determinare quanto OGM è presente
3. quanto di quell'OGM è appartenente ad una determinata varietà OGM

Vantaggi e svantaggi delle analisi molecolari

Vantaggi Svantaggi

• Utilizzate principalmente per il rilevamento e l'identificazione di specie
• La genomica e la proteomica vengono solitamente applicate per identificare false descrizioni ed etichetature errate degli alimenti
• Richiede proteine ad alta purezza (molte limitazioni nell'estrazione di proteine ad alta purezza) ma il DNA può essere facilmente estratto anche in presenza di piccole tracce di material organico
• L'elevata stabilità del DNA consente l'analisi di prodotti alimentari altamente trasformati
• Tecnicamente impegnativo
• Costo elevato attuale
• Richiede molte risorse
• Può amplificare minuscole tracce di materiale nucleotidico, mentre la proteomica identifica prodotti specifici codificati dal DNA
• Grande fabbisogno di materiale di consumabili
• Necessità di sviluppare nuovi algoritmi per gestire grandi quantità di dati
• La sensibilità di questi metodi è molto alta poiché la quantità di materiale richiesta può essere piccola come poche cellule
• II DNA è più informative delle proteine . .

I marcatori molecolari

2I MARCATORI MOLECOLARI Marcatori genetici: caratteristiche fenotipiche che identificano in modo univoco una determinata regione genomica e permet- tono di studiare delle caratteristiche ereditabili di un organismo.

Sono elementi genetici (variante allelica, caratteristica cromosomica o sequenza di DNA) individuabili mediante analisi fenotipi- che, citogenetiche o molecolari ed impiegati per studiare il modello di ereditarietà di un gene, di un cromosoma, o di un suo segmento in analisi genetiche.

Marcatori classici

Marcatori classici

• Marcatori morfologici
• Marcatori biochimici
• Marcatori citologici

Marcatori molecolari: definizione

Marcatori molecolari: frammenti di DNA di dimensione o struttura variabile riconducibili ad un locus genomico e rilevabili tra- mite sonde o primers che ne evidenziano polimorfismi che contraddistinguono in modo inequivocabile il tratto cromosomico in cui risiede e le sue regioni fiancheggianti.

La differenza principale tra marcatori molecolari dominanti e codominanti è la loro capacità di rilevare la variabilità genetica. I marcatori dominanti rilevano solo la presenza o l'assenza di un allele specifico, non distinguono tra individui omo- o eterozigoti. I marcatori codominanti permettono di distinguere tra i due alleli presenti, forniscono più informazioni genetiche consentendo di identificare sia omozigoti che eterozigoti.

Applicazione dei marcatori molecolari

Applicazione dei marcatori molecolari

• Analisi di paternità
• Diagnosi di malattie genetiche
• Analisi forensi (applicazione di tecniche investigative nell'ambito di crimini o attacchi digitali)
• Identificazione di QTL e geni utili

Una regione QTL (Quantitative Trait Locus) è una porzione del genoma che contiene uno o più geni che co-segregano, associati a un carattere quantitativo (caratteristica misurabile che varia in modo continuo, come l'altezza, il peso o la resa di una pianta). I caratteri quantitativi sono influenzati da più geni e fattori ambientali. Le regioni QTL vengono identificate tramite studi di mappatura genetica, che collegano variazioni genetiche a variazioni fenotipiche, consentendo di localizzare i geni che influenza- no tratti complessi su specifiche aree del genoma.

Sono distinti in QTL plus (fenotipo maggiore - effetto additivo) e QTL minus (fenotipo minore).

• Miglioramento delle specie vegetali e animali
• Studio della struttura, evoluzione e biodiversità delle popolazioni
• Studio di epidemiologia
• Tracciabilità dei prodotti animali o degli OGM
• Studi di filogenesi ed evoluzione

Si utilizza il genoma mitocondriale: circolare, in singola copia (non può ricombinare), aploide, di ereditarietà materna, conten- gono geni altamente conservati a livello di specie e meno conservati con il crescere dell'ordine tassonomico.

Tecniche di analisi dei marcatori molecolari

La maggior parte dei marcatori molecolari può essere analizzata attraverso due tecniche principali:

(1) PCR (Polymerase Chain Reaction)

• SSR: microsatelliti, sequenze di DNA con un motivo di uno o più nucleotidi ripetuti per n volte. I polimorfismi sono dati dalla lunghezza dell'amplicone del microsatellite.
• SNP: differenza di un singolo nucleotide della sequenza.
• CAPS: amplificando tramite PCR una regione del DNA contenente un sito di restrizione, poi digerita con un ER. Se non vi è po- limorfismo, l'enzima taglia completamente l'amplicone, generando due bande sul gel. In presenza di un polimorfismo eterozigo- te, l'enzima taglia solo un allele, producendo tre bande. Se il polimorfismo è in stadio omozigote, l'amplicone non viene tagliato e appare una singola banda non digerita.
• RAPD: marcatori dominanti che si basano sull'utilizzo di un primer di 10 nucleotidi (poco specifico) in grado di appaiarsi in più punti del genoma sia in Fw che in Rv. Il polimorfismo è dato dal numero delle bande che si producono e la loro altezza dimen- sione, tramite analisi comparativa con test noto.