Organismo geneticamente modificato

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Un organismo geneticamente modificato (OGM) è un essere vivente che possiede un patrimonio genetico modificato, non tramite tecniche di miglioramento genetico classico (mutazione, incrocio e selezione), bensì tramite tecniche di ingegneria genetica che consentono l'aggiunta, l'eliminazione o la modifica di elementi genici. Tali modificazioni vengono poi ereditate dalla progenie.

[modifica] Definizione di OGM

La Direttiva 2001/18/CE dell'Unione Europea sul rilascio degli OGM nell'ambiente, definisce così un OGM:

	«un organismo, diverso da un essere umano, il cui materiale genetico è stato modificato in modo diverso da quanto avviene in natura con l'accoppiamento e/o la ricombinazione genetica naturale[1].»

Gli OGM vengono spesso indicati anche come organismi transgenici: l'associazione tra i due termini è sostanzialmente corretta, sebbene si parli di transgenesi esclusivamente nel caso di inserimento di geni esogeni all'interno di un dato organismo, mentre risultano essere OGM anche quegli organismi la cui modifica non prevede l'inserimento di materiale genetico esterno (e.g. inserire un gene di banano in banano con le tecniche del DNA ricombinante è ugualmente un OGM, oppure l'eliminare, tramite tecniche di biologia molecolare, un frammento di DNA in un organismo).

Va comunque ricordato che qualunque opera di selezione, sia "naturale" che guidata dall'uomo, porta in ultima analisi alla modificazione genetica (i figli non sono mai identici ai genitori). Una delle tecniche di modifica del DNA che sta alla base della selezione (naturale e non) è ad esempio "la mutazione" (casuale o favorita dall'esposizione a radiazioni o a agenti mutageni chimici). Tale tecnica, sebbene per la Direttiva 2001/18/CE (articolo 3) non porti alla creazione di un OGM, ha portato oggi ad evidenti modifiche geniche (non solo mutazioni puntiformi, ma anche delezioni e traslocazioni di intere regioni cromosomiche) che hanno permesso la costituzione di molte delle cultivar attualmente presenti sul mercato, in particolare nelle specie arboree, ma anche nei cereali. Ad esempio il grano Creso, ottenuto per irradiazione dall'ENEA, ha rappresentato per diversi anni una delle varietà di punta per la produzione di pasta (per un periodo circa 1 spaghetto su 4) ed è ora divenuto uno dei genitori delle attuali varietà in commercio. La differenza sostanziale tra la mutazione e l'ingegneria genetica (o tecnica del DNA ricombinante) sta nella predittività dei risultati. Nel caso della mutazione viene infatti effettuata una selezione fenotipica, in base a caratteristiche visibili, all'interno di una popolazione di piante molto grande (alcune decine di migliaia o più), mentre l'ingegneria genetica "progetta" la modifica da effettuare e poi seleziona genotipicamente, in base alle caratteristiche genetiche, gli individui che presentano le caratteristiche desiderate tra poche centinaia di piante.

[modifica] Storia

Il primo OGM fu ottenuto nel 1973 da Stanley Cohen e Herbert Boyer. A brevissima distanza (nel 1974), la comunità scientifica si autoimpose una moratoria internazionale sull'uso della tecnica del DNA ricombinante. Questo ha permesso di valutare lo stato della nuova tecnologia ed i possibili rischi, attraverso un approccio precauzionale. La conferenza che ha raccolto i risultati ottenuti, che si tenne ad Asilomar in California, concluse che gli esperimenti sul DNA ricombinante potessero procedere a patto che rispettassero severe linee guida, poi redatte dai National Institutes of Health (NIH) ed accettate dalla comunità scientifica. Queste linee guida , pubblicate per la prima volta nel 1976 e successivamente aggiornate, sono tuttora seguite dai laboratori che effettuano esperimenti di trasformazione genica ^[2]. Tale severità normativa è stata inoltre applicata alle normative che presiedono all'uso commerciale ed al rilascio ambientali di tali organismi nell'ottica di consentire l'utilizzo solo di varietà e animali che siano stati riconosciuti sicuri per l'ambiente e per il consumo umano e animale. A oltre 30 anni dalla Conferenza di Asilomar la tecnica del DNA ricombinante si è molto sviluppata e se ne conoscono con sufficiente chiarezza potenzialità e limiti. Inoltre, in questi anni sono stati sviluppati protocolli di gestione che ne consentono una applicazione in sicurezza.

I primi animali transgenici ad essere creati furono topi, ad opera di Rudolf Jaenisch nel 1974. Jaenish riuscì a portare a termine la procedura di inserimento di un gene esterno all'interno di embrioni di topo; gli animali, al termine dello sviluppo uterino, portavano quel gene in tutti i loro tessuti biologici. In seguito Jaenish dimostro l'effettiva efficacia del processo di transgenesi: i topi non solo avevano integrato il DNA esterno, ma erano in grado di tramandare questo carattere alla progenie.

[modifica] Produzione di OGM

Animazione della struttura a doppia elica del DNA.

Le tecniche per ottenere gli OGM sono recenti e con ampi margini di affinamento. Oggi, data la complessità genetica degli esseri viventi, sono presenti sul mercato OGM che presentano modifiche circoscritte a caratteri semplici. L'esponenziale aumento di informazioni rese disponibili nell'ultimo decennio dalla genomica consente oggi però di mettere a punto organismi che presentino modifiche genetiche molto complesse. I primi OGM sono stati batteri modificati per produrre sostanze come l'insulina e altri farmaci, e sono oggi normalmente utilizzati. Anche l'utilizzo in attività di ricerca di animali geneticamente modificati è oggi ampiamente diffuso. Dalla seconda metà degli anni '90 si sono diffuse anche le piante transgeniche, sulle quali si sono concentrati molti investimenti vista l'utilità derivante dalla resistenza ai parassiti o ai diserbanti e dalla maggiore produttività. Sull'uso delle piante transgeniche e sui possibili rischi legati al loro utilizzo si è focalizzata l'attenzione dell'opinione pubblica, contribuendo a rendere il termine OGM un semplice sinonimo di "pianta transgenica" o "cibo transgenico".

La modificazione genetica si serve più in generale delle tecniche di ingegneria genetica, che permettono di unire all'interno del genoma di un unico organismo frammenti di DNA provenienti da organismi differenti. Il DNA così ottenuto è definito spesso DNA ricombinante. Il taglio di questi frammenti dal genoma originale è portato a termine con enzimi di restrizione, mentre l'unione tra diversi frammenti è resa possibile da un'altro enzima, come la DNA ligasi. Un organismo prodotto con processi di questo genere è pienamente definibile come transgenico.

Per introdurre nuovi pezzi di DNA negli organismi "ospiti" si usano sistemi biologici chiamati "vettori". Sono considerati vettori sia piccole molecole circolari di DNA, i plasmidi, sia alcune strutture derivate da virus, in grado di contenere quantità maggiori di materiale genetico. Allo stato dell'arte, gli organismi transgenici possono essere prodotti inserendo nella cellula bersaglio vettori contenenti frammenti di DNA relativamente ridotti. Ad esempio, di fronte al genoma di mammiferi, che può contenere anche tre miliardi di paia di basi (come in Homo sapiens), risulta già complesso inserire molecole esterne di DNA superiori a 20000 paia di basi (nel caso dei vettori virali) in modo che la modificazione sia stabile.

Esistono tuttavia tecniche più complesse, che si servono di vettori più elaborati come ad esempio di i cromosomi artificiali di lievito (noti come YAC, dall'inglese Yeast Artificial Chromosomes) o di batteri (BAC, Bacterial Artificial Chromosomes che permettono l'ingresso di oltre 300000 paia di basi - oltre lo 0,01% del genoma. Teoricamente la transgenesi successiva di differenti frammenti di DNA può portare quantità di materiale genetico ben maggiori di questo 0,01%. Questa operazione, che comunque è abbastanza frequente, risulta comunque onerosa in termini di costi e tempo necessario.

[modifica] Applicazioni

Gli OGM sono oggi utilizzati nell'ambito dell'agricoltura, dell'alimentazione, della salute, dell'industria e della ricerca. Mentre le piante transgeniche sono impiegate su vaste superfici al di fuori dell'Europa, molte delle applicazioni presentate dai media negli altri ambiti restano delle potenzialità del campo della ricerca che suscitano un interesse commerciale o pratico ancora da mettere in opera.

[modifica] Alimentazione

• alimentazione umana (piante transgeniche come soia, mais e cotone sono utilizzate per la produzione di ingredienti per l'industria alimentare; la chimosina, estratta normalmente dallo stomaco dei vitelli, può essere prodotta dal batterio E. coli ed essere utilizzata nella fabbricazione del formaggio);
• alimentazione animale (soia e mais transgenici sono i principali ingredienti utilizzati nelle diete animali in Europa);
• restano ancora di dominio della ricerca e del laboratorio i miglioramenti della qualità nutrizionali di alcuni alimenti (pomodoro a maturazione rallentata, riso dorato codificante per il beta-carotene).

[modifica] Agricoltura

• miglioramento delle pratiche agronomiche: piante che producono in caso di stress idrico una proteina fluorescente, mais e soia

[modifica] Industria e ricerca

• miglioramento delle qualità industriali delle materie prime (pioppo avente un tasso di lignite inferiore per facilitare il processo di fabbricazione della pasta da carta);
• ottimizzazione delle tecniche della ricerca genetica (protocolli di definizione dell'espressione dei geni);
• i biorimedi e la fitodepurazione (batteri che degradano idrocarburi, piante capaci di stoccare metalli pesanti) restano dei progetti allo stato di ricerca.

[modifica] Salute

• La biomedicina, con la produzione di sostanze medicinali come l'insulina, il vaccino contro l'epatite B o il vaccino contro la rabbia
• la terapia genica, che ha l'obiettivo di guarire malattie genetiche o alleviarne la sintomatologia nei portatori
• gli alimenti funzionali che hanno l'obiettivo di di rispondere a specifiche caratteristiche nutrizionali e/o farmacologiche di particolari categorie di consumatori/pazienti. La maggior parte di questi OGM sono ancora in fase sperimentale.

[modifica] Tipi di OGM

[modifica] Procarioti

Per inserire nuovi frammenti di DNA negli organismi si usano dei "vettori". I vettori sono generalmente piccole molecole circolari di DNA, i plasmidi, o strutture derivate da virus in grado di immagazzinare materiale genetico.

Sono tre i processi attraverso cui è possibile modificare il genoma batterico.

• La trasformazione batterica è un processo naturale, attraverso il quale alcuni procarioti (detti competenti) sono in grado di ricevere del DNA esterno in grado di produrre nuove caratteristiche di fenotipo. Questo fenomeno fu scoperto nel 1928 da Frederick Griffith ma venne confermato solo nel 1944. La biologia molecolare si è servita dei batteri naturalmente competenti per comprendere a fondo il problema. Oggi sono state sviluppate alcune tecniche, per quanto molto empiriche, in grado di rendere competenti anche batteri che non lo sono naturalmente. È stato dimostrato, infatti, che l'ingresso di DNA è ampiamente facilitato dalla presenza di certi cationi, come Ca²⁺, o dall'applicazione di una corrente elettrica (tecnica detta della elettroporazione). I vettori utilizzati nelle trasformazioni sono essenzialmente plasmidi: in seguito all'ingresso, i plasmidi non si integrano nel genoma, ma rimangono autonomi (in uno stato detto episomale).

• Nella coniugazione batterica, il DNA è trasferito da un batterio all'altro attraverso un pilum (concettualmente un tubo che può collegare per breve tempo i due batteri). Un plasmide può essere così traferito da un organismo all'altro. La coniugazione, molto frequente in natura, è poco sfruttata come tecnica di modificazione genetica.

• La trasduzione è infine l'inserimento di materiale genetico nel batterio attraverso un batteriofago.

È possibile valutare in modo agevole la funzione di un gene nei batteri: i ricercatori a tale scopo sono soliti realizzare dei ceppi batterici knock out. Questi organismi presentano un cancellamento del DNA relativo al gene d'interesse: osservando le conseguenze sulla vita del batterio, è possibile identificare la funzione del gene stesso.

L'uso di knock out è molto diffuso, non solo per i procarioti. È possibile realizzare knock out, infatti, con numerosi organismi modello. Il gene responsabile della fibrosi cistica, ad esempio, è stato individuato in topi knock out: una volta individuato il presunto gene della fibrosi cistica (chiamato CFTR), i ricercatori hanno individuato l'omologo nel genoma murino, ne hanno fatto un knock out, cancellandolo completamente, quindi hanno individuato nel topo così ottenuto tutti i sintomi clinici della malattia.

[modifica] Animali

Diverse tecniche sono utilizzate per la produzione di animali transgenici. Il primo esperimento di successo di transgenesi animale fu ottenuto utilizzando un retrovirus ^[3]. Questa tecnica si ispira a un fenomeno che avviene in natura: durante le infezioni virali, l’RNA dei retrovirus entra nella cellula dell’animale infetto, viene convertito in DNA e integrato nel genoma dell’ospite. Questa proprietà fa del retrovirus un buon vettore per materiale genetico, anche se questa tecnica presenta alcune limitazioni. Altri esperimenti hanno usato cellule staminali embrionali o germinali, ma il trasferimento nucleare (la tecnica utilizzata per la produzione della pecora Dolly) associato alla manipolazione in vitro di colture cellulari è attualmente la tecnica più in uso ^[4].

Gli scopi principali della transgenesi animale sono i seguenti:

• Produzione di biomedicine. Sebbene la produzione di biomolecole da parte di batteri o lieviti sia più economica, queste tecniche presentano alcuni limiti dovuti alle differenze metaboliche delle cellule batteriche rispetto a quelle animali. Per questo motivo si è sviluppato un grande interesse per lo sfruttamento di tecniche di transgenesi per far produrre agli animali grandi quantita di molecole utilizzabili in terapia e prevenzione, quali farmaci, anticorpi o vaccini. La produzione di biomolecole può avvenire attraverso diversi liquidi biologici, di cui quello di più facile sfruttamento sarebbe il latte, che viene prodotto in grandissime quantità. Tra le biomolecole prodotte da animali transgenici già ad uno stadio avanzato di sviluppo (alcune già in fase di approvazione per la vendita negli Stati Uniti) ci sono anticorpi policlonali e lattoferrina prodotti da bovini, fattore antitrombina III prodotto da capre e calcitonina prodotta da coniglie. Alcuni effetti non desiderati sono tuttavia stati riscontrati a volte negli animali impiegati a questi scopi, come per esempio inferiori produzioni di latte o inferiore durata della lattazione e infertilità.
• Modelli per la ricerca su malattie umane. Molte malattie hanno un’origine genetica, o hanno nel genoma fattori predisponenti. Lo studio di alcune malattie può essere estremamente facilitato usando modelli animali sperimentali che riproducano alcuni tratti del genoma umano che sono alla base di alcune patologie. L’uso di animali da laboratorio (specialmente topi e ratti) geneticamente modificati è già diffuso per lo studio di una serie di malattie, principalmente il cancro ^[5].
• Xenotrapianti. Uno dei settori di ricerca delle biotecnologie riguarda lo studio di animali che possano essere donatori di organi per xenotrapianti. Gli xenotrapianti sono trapianti di organi da una specie non umana all’uomo, e potrebbero essere una nuova frontiera, considerando che la disponibilità di organi per gli allotrapianti (da uomo a uomo) è sempre inferiore alle richieste. Il maiale è considerato la specie più adatta a questo scopo, perchè presenta delle somiglianze dal punto di vista anatomico. Il maggiore ostacolo è tuttavai quello immunologico, cioè che l’organismo ricevente rigetti il trapianto producendo anticorpi contro l’organo trapiantato. In questo senso gli approcci transgenici puntano a inibire le reazioni ancticorpali responsabili del rigetto ^[6]. Altri studi hanno invece puntato sul trapianto di cellule o tessuti transgenici, che potrebbero offrire interessanti possibilità per la cura di diverse malattie, ad esempio il morbo di Parkinson ^[7].
• Miglioramento delle produzioni animali. Tra le ricerche sulla transgenesi animale, alcune hanno il fine di aumentare la redditività dell’allevamento puntando sulla modificazione genetica volta a migliorare la qualità di alcune produzioni (ad esempio latte, lana), ad aumentare la produzione di carne, la prolificità o la resistenza alle malattie. Un esperimento del 2003 ha dimostrato che è possibile modificare geneticamente le mucche in modo che producano un latte a più alto contenuto in caseina, una proteina importante nel processo di produzione del formaggio ^[8]. Altri ricercatori hanno studiato, nel topo, la possibilità di produrre un latte a ridotto contenuto in lattosio, che potrebbe essere assunto anche da soggetti intolleranti ^[9].

[modifica] Piante

Per approfondire, vedi la voce Piante transgeniche.

La scorticatura su una radice generata da Agrobacterium tumefaciens

La principale tecnica di modificazione genetica di piante è legata all'attitudine naturale del batterio Agrobacterium tumefaciens di infettare piante e causare una crescita paragonabile a quella tumorale presente negli animali, tale patologia è nota come "galla del colletto". A. tumefaciens è in grado di infettare la pianta trasferendo un plasmide che che è in grado di integrarsi nel genoma dell'ospite. Il plasmide contiene diversi geni che, una volta "letti" dalla pianta, generano la galla e producono nutrienti per il batterio consentendone la crescita. Diversi scienziati, a partire dalla seconda metà degli anni '60, hanno contribuito a comprendere il meccanismo e le condizioni attraverso cui tale plasmide viene trasferito ed integrato nel genoma della pianta: tra questi Jeff Schell, Marc Van Montagu, Georges Morel, Mary-Dell Chilton e Jacques Tempé. Grazie a tali scoperte, a partire dal 1983 è stato possibile trasfromare le conoscenze biologiche acquisite, in tecniche biotecnologiche e quindi sviluppare versioni del plasmide "disarmate", ovvero senza i geni che davano origine alla malattia, in cui erano invece presenti geni di interesse, permettendo così di produrre le prime piante transgeniche, oggi molto utilizzate per fini di ricerca o agricoli.

Un altro processo largamente utilizzato per produrre piante OGM è il metodo biolistico (anche detto gene gun, particle gun), che permette di "sparare" microproiettili ricoperti di DNA all'interno delle cellule vegetali. Tale metodo è stato utilizzato, ad esempio, per la produzione del più comune cereale OGM, il Mon810.

Le tecniche biolistiche sono spesso utilizzate per piante monocotiledoni, mentre A.tumefaciens ed altri agrobatteri sono utilizzati per modificare dicotiledoni, sebbene nuove linee di questo batterio sono state recentemente usate anche per modificare i monocotiledoni.

Queste tecniche si aggiungono a quelle, più empiriche, già sviluppate all'interno del millenario processo di "umanizzazione" delle piante di interesse agro-alimentare che oggi si trovano sulle nostre tavole: il loro patrimonio genetico ha infatti subito nel corso del tempo modifiche genetiche rilevanti con tecniche convenzionali (oppure, si potrebbe dire, biotecnologie classiche), che hanno dato origine alla stessa agricoltura: selezione artificiale o, più recentemente, l'induzione di mutazioni per mezzo di raggi X o raggi gamma.

[modifica] Normativa sugli OGM

Per approfondire, vedi la voce Normativa sugli OGM.

Il quadro normativo in tema di OGM mira ad una regolamentazione della loro diffusione per garantire la biosicurezza complessiva degli stessi. I principi legislativi di riferimento a livello internazionale in tema di biosicurezza sono contenuti all'interno del Protocollo di Cartagena.

In Europa il contesto normativo sugli OGM, basato sul principio di precauzione, è oggi costituito dai seguenti testi:

• Direttiva 2001/18/CE^[1], che, sostituendo la 90/220/CEE, riscrive le regole base per l'approvazione di un nuovo OGM;
• Regolamenti 1829^[10] e 1830/2003/CE^[11], che regolano l'autorizzazione e l'etichettatura/tracciabilità degli alimenti e dei mangimi (food & feed) costituiti o derivati da OGM;
• Raccomandazione 556/2003^[12], che indica le linee guida sulla coesistenza tra colture OGM e convenzionali, cui le norme nazionali e regionali dovrebbero allinearsi.

L'Italia ha recepito la direttiva 2001/18/CE attraverso il decreto legislativo 224/2003^[13].

[modifica] Il dibattito sugli OGM

Per approfondire, vedi la voce Dibattito sugli OGM.

L'introduzione di organismi geneticamente modificati (in particolare nel settore agroalimentare) ha avviato un intenso dibattito all'interno dell'opinione pubblica. I punti maggiormente controversi riguardano la sicurezza ambientale delle coltivazioni di OGM, la protezione della salute dei consumatori di alimenti contenenti OGM e le problematiche economico-sociali che potrebbero essere indotte da un'introduzione su larga scala degli OGM.

[modifica] Voci correlate

• Rivoluzione verde
• Piante transgeniche
• Biotecnologia
• Ingegneria genetica

[modifica] Bibliografia

1. ↑ ^{1,0 1,1} Direttiva 2001/18/CE sull'emissione deliberata nell'ambiente di organismi geneticamente modificati e che abroga la direttiva 90/220/CEE
2. ↑ NIH Guidelines for Research Involving Recombinant DNA Molecules
3. ↑ Jaenisch R, Fan H, Croker B. Infection of preimplantation mouse embryos and of newborn mice with leukemia virus: tissue distribution of viral DNA and RNA and leukemogenesis in the adult animal. Proc Natl Acad Sci U S A. 1975 Oct;72(10):4008-12. Entrez PubMed 1060083
4. ↑ Melo EO, Canavessi AM, Franco MM, Rumpf R. Animal transgenesis: state of the art and applications. J Appl Genet. 2007;48(1):47-61. Entrez PubMed 17272861
5. ↑ Marx J. Medicine. Building better mouse models for studying cancer. Science. 2003 Mar 28;299(5615):1972-5. Entrez PubMed 12663895
6. ↑ Diamond LE, Quinn CM, Martin MJ, Lawson J, Platt JL, Logan JS. A human CD46 transgenic pig model system for the study of discordant xenotransplantation. Transplantation. 2001 Jan 15;71(1):132-42. Entrez PubMed 11211178
7. ↑ Zawada WM, Cibelli JB, Choi PK, Clarkson ED, Golueke PJ, Witta SE, Bell KP, Kane J, Ponce de Leon FA, Jerry DJ, Robl JM, Freed CR, Stice SL. Somatic cell cloned transgenic bovine neurons for transplantation in parkinsonian rats. Nat Med. 1998 May;4(5):569-74. Entrez PubMed 9585230
8. ↑ Brophy B, Smolenski G, Wheeler T, Wells D, L'Huillier P, Laible G. Cloned transgenic cattle produce milk with higher levels of beta-casein and kappa-casein. Nat Biotechnol. 2003 Feb;21(2):157-62. Entrez PubMed 12548290
9. ↑ Stinnakre MG, Vilotte JL, Soulier S, Mercier JC. Creation and phenotypic analysis of alpha-lactalbumin-deficient mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 1994 Jul 5;91(14):6544-8. Entrez PubMed 8022817
10. ↑ Regolamento (CE) n. 1829/2003 relativo agli alimenti e ai mangimi geneticamente modificati
11. ↑ Regolamento (CE) n. 1830/2003 concernente la tracciabilità e l'etichettatura di organismi geneticamente modificati
12. ↑ Raccomandazione recante orientamenti per lo sviluppo di strategie nazionali e migliori pratiche per garantire la coesistenza tra colture transgeniche, convenzionali e biologiche
13. ↑ Decreto legislativo 224/2003 - Attuazione della direttiva 2001/18/CE concernente l'emissione deliberata nell'ambiente di organismi geneticamente modificati

[modifica] Collegamenti esterni

[modifica] Enti

• (EN) Sito della Commissione Europea sugli OGM
• (EN) Sito della Biosafety Clearing-House istituita dal Protocollo di Cartagena
  • Sito della Biosafety Clearing-House italiana
• (EN) GMO Compass Europe

[modifica] Storia

• (EN) La produzione del primo OGM
• (EN) La Conferenza di Asilomar

[modifica] Ricerche sugli OGM

• (EN) Sintesi dei risultati dello studio UE sulla sicurezza degli OGM (1985-2000)
• (EN) Report FAO su OGM e paesi poveri

[modifica] Altri approfondimenti

• Sicurezza Alimentare e OGM. Documento pubblicato da 16 società e accademie scientifiche italiane
• Le risposte alle domande più frequenti sugli OGM
• Approfondimento sugli OGM a cura dell'Associazione Nazionale Biotecnologi
• (EN) Database delle pubblicazioni sulla sicurezza degli OGM dal 1990 ad oggi
• Notizie Tecnico-Scientifiche sugli OGM
• (EN) Alcune analisi di approfondimento sull'impatto economico degli OGM sui redditi agricoli