Tecnologie che guideranno la Quarta Rivoluzione Industriale

Sono innumerevoli le organizzazioni pubbliche e private che hanno elaborato liste e graduatorie delle tecnologie che guideranno la c.d. Quarta Rivoluzione Industriale.

Una premessa d’obbligo di carattere terminologico è quella relativa al concetto di “Quarta Rivoluzione Industriale”; a differenza delle tre precedenti, questa rivoluzione industriale si basa sulla convergenza, caratterizzata dalla fusione di tecnologie e conoscenze, che sta offuscando i confini di demarcazione tra la sfera fisica, quella biologica e quella digitale, impattando tutte le discipline, industrie ed economie.

Soffermandoci in questo articolo unicamente sui driver di natura biologica, va da subito osservato che le innovazioni in questo “regno” sono a dir poco mozzafiato.

In particolare riferimento al comparto della genetica, è stato raggiunto un considerevole progresso nella riduzione dei costi e nella facilità di accesso al sequenziamento genetico, poi evoluto nella attivazione e nell’editing genomico.

Per rendere meglio l’idea, sono serviti 10 anni ed un investimento di circa 3 miliardi di euro per completare il Progetto Genoma Umano, oggi è possibile sequenziare un intero genoma in poche ore e spendendo meno di un migliaio di euro.

Grazie agli avanzamenti raggiunti dalla potenza computazionale, gli scienziati non debbono più ricorrere al tradizionale approccio Trial & Error; oggi possono sfruttare tecniche computazionali di In Silico Modelling, trasformando i tradizionali cicli di Ricerca e Sviluppo tramite automazione e rendimenti di scala, migliorandone affidabilità, velocità e costi.

I fenomeni di natura chimica e biologica vengono così riprodotti in una simulazione matematica al computer, anziché In Vitro (in provetta) o In Vivo (in un essere vivente) e vengono testate le modalità in cui specifiche variazioni genetiche portino alla generazione di tratti e patologie specifiche.

L’altro driver “di frontiera” è rappresentato dalla Biologia Sintetica (o biologia di sintesi),un nuovo campo del sapere, nato dalla convergenza NBIC tra le Biotecnologie (BIO) le Nanotecnologie (NANO) le Infotecnologie (ICT=INFO) e le Neuroscienze/tecnologie Cognitive (COGNO).

Ad oggi non vi è una definizione ufficiale della disciplina, tuttavia nel 2014 la Commissione Europea ha etichettato la Biologia Sintetica come “la applicazione di scienza, tecnologia ed ingegneria, per facilitare ed accelerare la progettazione, la produzione e la modifica di materiali genetici in organismi viventi”.

La parte innovativa è ravvisabile nell’approccio, in cui sistemi biologici e microorganismi completamente nuovi, possono essere progettati e creati a livello Dna.

Questo segna il tratto distintivo con la biotecnologia, in cui vengono adattati processi ed organismi già esistenti in natura, mentre con la biologia sintetica vengono utilizzate unicamente molecole “non-naturali” , per creare meccanismi, fenomeni e sistemi biologici dalle fondamenta.

In questo modo, gli scienziati non operano con informazioni genetiche già presenti in natura, ma le sintetizzano artificialmente loro stessi.

La piattaforma tecnologica offerta dalla Synbio trova applicazione nella quasi totalità dei settori industriali, chimico ed energetico, alimentare, ambientale, medico, IT, trasporti, agricoltura, medicina e processi industriali…praticamente ogni settore economico potrà trarne benefici.

Molte delle sfide mediche oggi intrattabili, dalle patologie cardiache al cancro, hanno una componente genetica; perciò la capacità di determinare il make-up genetico individuale maniera tecnico-efficiente e costo-efficiente rappresenta una rivoluzione medico-sanitaria precisa, efficace ed efficiente. (c.d. medicina di precisione).

Mentre la nostra comprensione delle correlazioni tra i marcatori genetici e le malattie è ancora debole, la mole -in continuo aumento- di dati disponibili renderà possibile lo sviluppo della medicina di precisione e lo sviluppo di terapie ad elevatissima personalizzazione.

Le capacità di modifica biologica possono essere applicate a qualunque tipo di cellula, consentendo la creazione di organismi geneticamente modificati di tipo animale e vegetale,  così come la alterazione di cellule di organismi adulti umani. La grande differenza rispetto all’ingegneria genetica degli anni ’80 è rappresentata da metodologie ben più precise, efficienti e “facili”.

La progressione tecno-scientifica è talmente rapida, che ad oggi i fattori limitanti non sono tanto di tipo tecnico quanto legali ed etici.

L’elenco delle potenziali applicazioni è praticamente illimitato:

In particolare il miglioramento genetico di precisione, ovverosia l’abilità di intervenire in maniera mirata sui singoli geni per modificare specifici caratteri desiderati, rappresenta l’ingresso preponderante della genomica nei campi di selezione varietale.

Si pensi alla utilità di modificare le specie animali in modo da poter essere allevate tramite una dieta più sostenibile economicamente e per l’ambiente (anche meglio adeguata alle condizioni locali).

La biofortificazione consente di sviluppare alimenti più ricchi di vitamine minerali e nutrienti sarà critica per contrastare la malnutrizione e l’insorgenza di malattie croniche.

Il molecular farming permette di utilizzare le piante come biofabbriche per la produzione di farmaci e vaccini.

Il miglioramento della tolleranza agli stress ambientali in agricoltura (sia fattori biotici che abiotici) infine è inteso come mantenimento di una maggiore produttività in condizioni avverse, le tecniche di genome editing consentono oggi di intervenire in maniera selettiva per creare colture resilienti alle temperature estreme ed alla siccità.

La ricerca nel progresso dell’ ingegneria genetica, in particolar modo il genome editing tramite CRISPR/CAS, che consente di intervenire modificando una specifica sequenza di Dna senza spostarla dalla sua posizione naturale nel genoma, conduce inevitabilmente ad una domanda di natura etica fondamentale:

Come verranno rivoluzionate la ricerca e la cura medica a causa dell’innovazione nelle tecnologie di editing genetico?

Alla luce del processo di fusione tecnologica di cui si cennava in apertura, l’editing genetico sta andando a convergere con altre tecnologie del regno fisico, ad esempio la manifattura additiva (Stampa 3d) e le nanotecnologie, creando tessuti viventi utilizzati per la riparazione e la rigenerazione tissutale (ingegneria tissutale e medicina rigenerativa) in un processo denominato Bioprinting.

Il bioprinting è già stato utilizzato per la creazione di ossa, cuore, tessuti vascolari, pelle e organi da trapianto.

Allo stesso modo stiamo sono stati sviluppati e commercializzati nuovi dispositivi biomedicali in grado di monitorare i valori ematici e fisiologici, indissolubilmente correlati al benessere psico-fisico individuale, alla produttività lavorativa ed al modus vivendi più in generale.

Gli avanzamenti nel campo delle neurotecnologie e delle neuroscienze cognitive stanno consentendo nuovi livelli di comprensione del funzionamento del cervello e delle funzioni cognitive, mai sinora raggiunti, le cui applicazioni e implicazioni sono di portata smisurata….come testimoniato dal fatto che 2 dei programmi di ricerca più finanziati degli ultimi anni siano stati sviluppati nel campo delle brain sciences.

Da un punto di vista giuridico ed etico, è nel dominio biologico che si intravedono le più grandi sfide allo sviluppo di norme sociali e giuridiche adeguate.

Siamo costretti a confrontarci con nuove questioni in merito al significato del termine essere umano, quali dati ed informazioni relative alla salute vadano condivise, quali diritti e responsabilità debbano essere correlate alla modifica del codice genetico delle generazioni future e molto altro.

Quello dell’innovazione è un processo sociale complesso, malgrado siano state evidenziate una moltitudine di tecnologie che offrono potenziali di trasformazione immensi, è di importanza critica continuare a monitorarne gli impatti economici, sociali ed ambientali, per garantire che gli avanzamenti tecno-scientifici continuino a tendere nella direzione di uno sviluppo sostenibile e responsabile.

Le sfide sociali, mediche, etiche, giuridiche e psicologiche connaturate a questi fenomeni di convergenza della quarta rivoluzione industriale sono considerevoli e devono essere prese in seria considerazione, in attesa di essere propriamente regolamentate e risolte.

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