Fissaidee 3

1. Biotecnologie verdi: miglioramento genetico tradizionale /1

Quasi tutte le piante che coltiviamo sono di fatto frutto di processi di miglioramento genetico. Questi processi negli ultimi millenni sono consistiti in forme di selezione classiche: dopo che casualmente era avvenuta una mutazione naturale il contadino poteva provare a selezionare gli individui con caratteristiche specifiche che riteneva per lui vantaggiose. 

Le mutazioni avvengono casualmente e ad un tasso relativamente basso, per cui serve molto tempo ed enormi quantità di individui prima di trovare delle mutazioni vantaggiose da poter selezionare. 

Un esempio di queste mutazioni sono quelle che portano alla ritenzione del seme sulla spiga di molti cereali.

2. Biotecnologie verdi: miglioramento genetico tradizionale /2

Dal punto di vista di una pianta selvatica è bene che i semi si stacchino dalla pianta che li ha prodotti, ma dal punto di vista agronomico è molto meglio che rimangano attaccati alla spiga, così la loro raccolta è di gran lunga semplificata. 

Poiché le mutazioni casuali sono rare in natura, e comunque non sufficienti per rendere il processo di selezione economicamente sostenibile, per anni (e lo si fa ancora) i ricercatori hanno utilizzato delle tecniche per accelerare il tasso di mutazione utilizzando sostanze organiche mutagene, radiazioni ionizzanti e metalli pesanti per poi selezionare gli individui con le mutazioni più interessanti (approfondimento sul sito web della IAEA, International Atomic Energy Agency). Alcune varietà di piante che mangiamo, come il grano duro o il pompelmo (database di tali varietà sul sito web della IAEA), sono state modificate attraverso queste tecniche di mutagenesi. Si tratta comunque di tecniche che necessitano di attendere una mutazione casuale. 

3. Biotecnologie verdi: trasferimento genetico orizzontale /1

La capacità di modificare attivamente e in modo specifico il DNA delle piante ha portato una profonda innovazione in questo settore. Il codice genetico è lo stesso in tutti gli organismi viventi data l’origine comune, per questo è possibile trasferire i geni di un organismo in un individuo di un’altra specie. Grazie alle tecniche di DNA ricombinante è possibile selezionare dei geni di interesse e farli arrivare nel nucleo della pianta dove possono integrarsi. L’inserimento di geni appartenenti ad un’altra specie viene solitamente definito trasferimento trans-genico; mentre l’inserimento di geni proveniente da altri individui della stessa specie viene definito cis-genico. Si tratta comunque di informazione genetica che non viene trasferita mediante incrocio basato sulla riproduzione sessuale. Si parla quindi di trasferimento genico “orizzontale”, un meccanismo abbastanza comune in natura tra organismi microbici, ma raro tra gruppi diversi, come ad esempio tra microbi e piante.

In laboratorio, il processo di trasporto dei geni può avvenire in vari modi, persino all’interno di piccoli proiettili d’oro sparati nella cellula; nel caso delle piante, un batterio si è dimostrato un ottimo vettore e quindi un alleato dei biotecnologi: si tratta di Agrobacterium tumefaciens, un patogeno che normalmente causa dei tumori nelle piante. 

Questo batterio in natura inserisce il proprio materiale genetico nel nucleo delle cellule vegetali per sfruttare la produzione di alcune molecole nutritive. In laboratorio, l’utilizzo dei macchinari molecolari naturali di A. tumefaciens permette di inserire con relativa semplicità ed economicità uno o più geni di interesse nelle cellule vegetali. 

Da queste, con opportune tecniche di colture cellulari, è possibile ottenere delle piante geneticamente modificate.

4. Biotecnologie verdi: trasferimento genetico orizzontale /2

Nel mondo piante nate da questo tipo di tecnologie sono state sviluppate per la prima volta nel 1983 e introdotte nel mercato nel 1996. Attualmente ricoprono un ruolo importante dato che circa il 10% della superficie agricola a livello mondiale è usata per coltivare piante geneticamente modificate. Alcune produzioni come quelle di colza, soia, cotone e mais a livello globale sono in gran parte ottenute da queste varietà biotecnologiche. 

Le piante geneticamente modificate più diffuse hanno avuto degli inserimenti genetici per motivi completamente diversi: nel primo caso è stato inserito un gene di un batterio che permette di produrre una sostanza tossica solo per alcuni sottogruppi di insetti, tra cui specifici patogeni; mentre nel secondo si tratta di una forma di resistenza a un erbicida specifico. 

Valutazioni di tipo economico e ambientale andrebbero affrontate caso per caso in base alla coltura, al tipo di modifica introdotta e a dove tale coltura verrà messa a dimora. Complessivamente l’uso di queste varietà ha dimostrato in più di 25 anni di essere vantaggioso a vari livelli della filiera e di fornire una serie di benefici ambientali, come il minor uso di pesticidi e minor rilascio di gas ad effetto serra.

5. Biotecnologie verdi: editing genomico /1

Oltre alle tecniche OGM si sono sviluppate negli anni anche le cosiddette TEA, ovvero “tecnologie di evoluzione assistita”. Si tratta di tecniche che non si basano sullo spostamento di un transgene da un organismo alla pianta di interesse. Piuttosto, si basano sull'applicazione di pratiche di genome editing come il sistema CRISPR che permette di modificare con più precisione aree specifiche del DNA cambiando alcune basi dei geni selezionati, silenziandoli o rimuovendoli. Applicazioni di questo tipo, che vengono svolte in laboratorio, lasciano tracce minime dell’intervento umano sul genoma della pianta di cui si è scelto di modificare l’informazione genetica, del tutto simili a quelle lasciate dagli approcci di miglioramento genico tradizionale. Fanno parte delle TEA anche le pratiche di cis-genesi, cioè l’inserimento con tecnologie di DNA ricombinante di informazione genica presente nel gruppo tassonomico a cui appartiene la specie coltivata (ad esempio il pomodoro coltivato e i suoi antenati selvatici con cui il pomodoro coltivato può ancora scambiare informazione genetica mediante incrocio tradizionale). Si tratta di tecniche che, a livello legislativo, attualmente sono considerate diversamente dagli OGM e sulle quali c’è un fervente dibattito per regolarne l’utilizzo applicativo.

6. Biotecnologie verdi: editing genomico /2

Tecnicamente è possibile la produzione di animali geneticamente modificati, utili soprattutto come modelli per la ricerca biomedica. A tal riguardo esiste un fiorente mercato, legato soprattutto al settore rosso delle biotecnologie. Nel corso degli anni sono stati fatti vari tentativi di modificare alcuni tratti di animali per scopi produttivi, ma nessuno ha raggiunto la commercializzazione. Si va da mammiferi modificati per far accumulare nel loro latte molecole di interesse biomedico ad animali la cui struttura del muscolo è stata modificata per rendere la carne derivante più appetibile al consumatore. Attualmente il loro utilizzo commerciale per la produzione di cibo è limitato al solo salmone in grado di produrre maggiori quantità di ormone della crescita, crescendo quindi più velocemente. 

7. Biotecnologie industriali

È invece molto più ampio l’uso di microrganismi geneticamente modificati e non nella panificazione, vinificazione o nell’industria casearia, o come produttori di biomolecole o enzimi. Il loro uso non è limitato alla produzione di componenti/ingredienti per l’industria alimentare, ma anche ad altri tipi di industria. Ne sono degli esempi la produzione di bioplastiche, di biocarburanti ed enzimi per detersivi. Sono applicazioni fondamentali in un’ottica di economia circolare e sostenibilità ambientale.