L’editing in agricoltura, secondo C.S. Prakash

L’evoluzione del mais

L’8 e 9 giugno 2021 l’Ambasciata Usa ha organizzato un Workshop virtuale sulle biotecnologie innovative a cui hanno partecipato esperti di diversi paesi. Quello che segue è il testo dell’intervento di C.S. Prakash della Tuskegee University, uno degli scienziati più impegnati al mondo nel dibattito pubblico sul potenziale delle biotecnologie in agricoltura.

Per cominciare vorrei ricordare che tutte le piante coltivate un tempo crescevano selvatiche nei loro habitat di origine. Il teosinte, ad esempio, ha dato origine al mais che conosciamo oggi. È stato attraverso una lenta selezione genetica che gli antichi agricoltori hanno modificato queste piante ancestrali – che erano fondamentalmente inadatte all’agricoltura – nelle varietà che coltiviamo e mangiamo oggi.

Specialmente negli ultimi cento anni, abbiamo usato un ventaglio di strumenti per modificare le specie vegetali in modo più scientifico. Abbiamo impiegato il breeding convenzionale, che consiste nell’incrociare la pianta A con la pianta B, per unire in una sola i tratti positivi di entrambe. Abbiamo impiegato anche la mutagenesi, esponendo i semi a sostanze chimiche e radiazioni, per creare maggior variabilità.

Fonte: Prakash Ppt

Negli ultimi 30 anni, con l’avvento delle biotecnologie, abbiamo avuto a disposizione strumenti relativamente più precisi. L’RNA interferenza è una buona tecnologia quando si vogliono spegnare certi geni. È molto simile ai vaccini a RNA che si usano adesso contro il Covid-19. Nelle piante serve per spegnare la produzione di certe proteine.

Poi c’è la transgenesi, in cui un gene estraneo viene introdotto nel genoma di una pianta. E infine c’è la tecnologia su cui ci concentriamo oggi, l’editing genetico. Per vedere a quanti cambiamenti va soggetta naturalmente una pianta, si può prendere un chicco di grano, seminarlo e individuare tutte le mutazioni che si verificano anche senza fare nulla: ne sono state osservate circa 238 e probabilmente sono anche di più.

Fonte: Prakash Ppt

Per il mais se ne stimano 32, per la soia 16, per il pomodoro 13: queste sono mutazioni naturali che si presentano senza usare agenti mutageni. Se invece si usano le radiazioni, si ottengono circa 600 mutazioni, la maggior parte delle quali è sconosciuta. Eppure la tecnica della mutagenesi è stata usata ampiamente negli ultimi cento anni, soprattutto in Europa (a occuparsene è l’IAEA, ovvero Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica, con sede a Vienna). Le nuove varietà sviluppate nel mondo con la mutagenesi sono molte, la stima è 2.300.

In confronto la tecnica CRISPR/Cas introduce una sola mutazione. Dunque l’editing genetico comporta un cambiamento molto sottile e mirato nel DNA dell’organismo su cui si lavora, e questa è una delle ragioni per cui ha entusiasmato tanto la comunità dei breeder e degli agronomi. In pratica abbiamo l’opportunità di migliorare il breeding tradizionale, e in particolare la mutagenesi, apportando un cambiamento minimo alle nostre piante coltivate, senza dover introdurre geni estranei, diversamente da quanto accade con gli OGM.

Molti specialisti la considerano un’estensione delle tecniche tradizionali, ma con più scienza, più precisione, più velocità. L’editing genetico dà il meglio quando si tratta di inattivare geni o potenziarne l’espressione. Con questo approccio si possono rimuovere i tratti indesiderati, ma anche introdurre nuovi tratti attraverso la modulazione genica.

Il breeding è stato usato tradizionalmente per cambiamenti di colore, dimensione del seme, qualità dell’olio. Lo si è fatto sfruttando le mutazioni naturali, o creandone di nuove con la mutagenesi, o ricorrendo all’ingegneria genetica. Ora possiamo farlo con l’editing del genoma, con molta più precisione e in molto meno tempo. L’editing sta alla mutagenesi come lo scalpello sta a una piccozza.

Il grande problema con la mutagenesi tradizionale è che è completamente casuale, quando esponi dei semi di pomodoro o di riso alle radiazioni, ottieni centinaia e centinaia di mutazioni, molte delle quali indesiderate. Se il tratto dipende da copie multiple, non si avranno buoni risultati. Vale per i tratti quantitativi e poligenici, per esempio. L’editing genetico supera molte di queste limitazioni.

Ecco qualche esempio di quello che ci si può fare. Modificando una sola coppia di lettere, un gruppo del Sainsbury Laboratory di Norwich ha reso dei pomodori resistenti a una malattia fatale chiamata oidio. Un altro esempio riguarda il miglioramento della conservazione del pomodoro. Considerato che il 50% della frutta e della verdura prodotta oggi nel mondo marcisce e va persa, allungare la vita di bancone riveste un interesse crescente per i breeder, soprattutto nei paesi in via di sviluppo.

Questo risultato si può ottenere in diversi modi. Rallentando la maturazione dei frutti, la raccolta può essere ritardata e i pomodori conservano un gusto che alcuni dei pomodori in vendita nei supermercati non hanno più. Con l’editing è possibile anche accrescere il contenuto di sostanze utili alla salute, come il licopene e il GABA (quest’ultima applicazione è già allo stadio della coltivazione commerciale in Giappone).

Un altro filone di ricerca mira ad alterare l’architettura della pianta per sviluppare varianti nane. Vale la pena ricordare che l’intera Rivoluzione verde è stata innescata dalla scoperta di due geni per la taglia ridotta, nel frumento e nel riso, ma per sviluppare questa intuizione ci sono voluti 15 anni. Ebbene, con l’editing possiamo fare lo stesso praticamente in ogni pianta nel giro di un paio di mesi, e rendere anche le piante più sane, come nel caso del riso a basso contenuto glicemico.

È possibile anche aumentare le dimensioni del chicco, potenziando le rese. Se poi vi piace la birra, un giorno ringrazierete i ricercatori australiani che lavorano a migliorarne la qualità aumentando i livelli di beta-glucani del malto con CRISPR.

Tornando alle qualità nutrizionali, in India l’editing genetico è stato usato per introdurre la pro-vitamina A nelle banane. Probabilmente avete sentito parlare del riso dorato sviluppato tempo fa in Svizzera con l’ingegneria genetica, ora ne è stata fatta anche una versione editata. Insomma, c’è un’enorme varietà di opzioni che gli scienziati stanno esplorando con CRISPR e altre tecnologie simili.

Diversamente dagli OGM, che tendono a essere pesantemente regolamentati, negli Stati Uniti e in altri paesi l’editing genetico è soggetto a una regolamentazione più leggera perché è sostanzialmente un’estensione del breeding tradizionale senza introduzione di geni estranei. Questo significa che anche entità più piccole, come università e piccole società, potrebbero portare dei prodotti sul mercato.

C’è una pipeline che continua a crescere e ci sono migliaia di lavori scientifici pubblicati sulle potenzialità dell’editing genetico. Quasi ogni giorno il Dipartimento dell’agricoltura Usa riceve domande di approvazione, basta fare una ricerca online per rendersi conto di quante centinaia di prodotti vengono sviluppati con l’editing.

Riassumendo, l’editing è molto popolare tra i breeder perché può inattivare, modificare o sostituire geni. I benefici sono numerosi, dalla salute alla miglior conservabilità, alla resistenza alle malattie alla tolleranza alla siccità, oltre al tempo ridotto per portare i prodotti alla commercializzazione. Il breeding convenzionale impiega circa 8-12 anni, gli OGM impiegano anche di più, ma con l’editing possono bastare tre-quattro anni.

Fonte: Prakash Ppt

Questo è il motivo per  cui ho menzionato il problema della regolamentazione. La Corte di Giustizia Europea ha equiparato le piante editate agli OGM, ma al momento nell’Unione Europea si sta discutendo della necessità di aggiornare le regole. Il Regno Unito ha già dichiarato di voler trattare l’editing diversamente dall’ingegneria genetica, con un minore scrutinio regolatorio. Direi che questa è una delle poche conseguenze positive della Brexit: il Regno Unito può procedere rapidamente, senza essere rallentato dalla burocrazia europea.

Il principale limite alle qualità delle piante migliorabili con l’editing è la nostra immaginazione. Riduzione dei pesticidi, miglioramento della qualità, riduzione degli sprechi, e soprattutto resilienza nei confronti dei cambiamenti climatici.

Abbiamo avuto gravi siccità in California negli ultimi anni, ci sono stati grossi problemi nell’Africa del sud, senza dimenticare i mega-incendi in Australia. In gran parte si tratta di effetti dei cambiamenti globali e l’editing genetico è uno strumento potente a nostra disposizione per rendere le colture più resilienti alle incognite a cui l’agricoltura si trova sempre esposta.

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