L’editing del genoma al servizio della biotecnologia agricola

16 Settembre 2021
L'editing del genoma al servizio della biotecnologia agricola

Il metodo CRISPR di editing del genoma guida lo sviluppo nel settore dell’agricoltura con l’obiettivo di migliorare la salute umana e l’ambiente e qualche ostacolo ancora da superare


L’editing del genoma è un intervento di precisione che consente la
correzione mirata di una sequenza di DNA. Per effettuarlo si usano delle proteine della classe delle nucleasi, capaci di tagliare il DNA nel punto desiderato. La tecnologia di editing più in voga è chiamata CRISPR/Cas9: unione dell’acronimo di Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats e del nome della proteina generalmente più utilizzata nel processo.

 

Questa metodologia si basa su uno studio di Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna che ha dimostrato che i sistemi CRISPR possono essere programmati per la scissione mirata del DNA in vitro. Una scoperta che è valsa loro il premio Nobel per la chimica 2020. Dalla sua introduzione nel 2012, la tecnologia di ingegneria genetica basata su CRISPR ha trasformato la biotecnologia e aperto nuove possibilità nella biomedicina. Quasi un decennio dopo, gli scienziati hanno iniziato a fare buon uso dei sistemi CRISPR anche nelle biotecnologie agricole.

 

Il CRISPR in agricoltura

Dopo alle applicazioni biomediche, oggi CRISPR sta guidando lo sviluppo in un altro settore: l’agricoltura. Questa modalità di editing del genoma è, infatti, utile a far fronte a una serie di sfide che includono l’aumento della popolazione, il riscaldamento climatico e la diminuzione della disponibilità di terra coltivabile. Rispetto ai metodi tradizionali di selezione delle piante e di modificazione genetica, CRISPR presenta vantaggi sia pratici che normativi. Di conseguenza, è sempre più attraente per le realtà attive nella biotecnologia agricola, che sperano di sfruttarlo progettare prodotti in grado di migliorare la salute umana e l’ambiente. Un primo esempio di prodotto agricolo nato con genoma modificato è stato un pomodoro calibrato per ridurre la pressione sanguigna commercializzato sul mercato giapponese.

 

I vantaggi e i limiti di CRISPR

Le tecnologie CRISPR-Cas9 possono aiutare a svolgere attività che metterebbero a dura prova o semplicemente supererebbero le capacità delle tradizionali tecnologie di selezione delle piante. Ad esempio, sono eccellenti nel migliorare la variabilità genetica, come spiega Sam Eathington, PhD, Chief Technology Officer di Corteva Agriscience “In alcune colture, non abbiamo la variabilità che vorremmo. A volte però la variabilità è bloccata in parti del genoma che non puoi sbloccare facilmente. Oppure aggiungi un gene da una specie selvatica che può interagire per una migliore resistenza alle malattie, ma porti con te un sacco di cose che sono dannose”. CRISPR può superare questi ostacoli, accedendo a tale variabilità e rimuovendo i componenti indesiderati.
Oltre a ciò, ci sarebbe la possibilità di dimezzare i tempi rispetto al tipico ciclo di sviluppo di prodotti OGM, che dall’inizio all’introduzione commerciale può richiedere dai 10 ai 15 anni. Questo avverrebbe adottando un approccio di data science nell’identificazione di target per l’editing del genoma delle piante. Ci sta provando Benson Hill, un’azienda che ha sviluppato un’applicazione di apprendimento automatico progettata per la fenotipizzazione, l’allevamento predittivo e la modellazione ambientale.

Sebbene l’editing genetico abbia molti vantaggi, CRISPR-Cas9 e altri strumenti presentano alcune limitazioni. Uno di questi è che l’editing funziona solo con la variabilità genetica già esistente all’interno della pianta. Ad esempio, afferma Eathington, l’introduzione dei geni del Bacillus thuringiensis (Bt) nelle piante coltivate per la resistenza ai parassiti sarebbe difficile o impossibile da realizzare utilizzando l’editing genetico.
Altra grande sfida nell’editing del genoma per piante e colture è sapere quali geni e combinazioni di geni modificare. La genomica delle piante è anni luce indietro rispetto a quella umana in termini di disponibilità di dati genomici funzionali. A questo problema lavora, in collaborazione con Corteva e il Broad Institute del MIT, Yield10 Bioscience. Questa realtà sfrutta gli strumenti bioinformatici e l’editing del genoma per ottimizzare l’efficienza fotosintetica delle piante e l’utilizzo diretto del carbonio ai fini di una migliore resa delle colture.

 

Il quadro normativo

Una sfida chiave affrontata da Corteva e le altre società attive in questo campo è rappresentata da un quadro normativo incerto. Se negli Stati Uniti le restrizioni sull’ingegneria genetica delle colture alimentari sono state allentate dal 2020, nel 2018 l’Europa ha imposto alle colture geneticamente modificate le stesse normative che hanno limitato dal 2001 le colture OGM convenzionali. Lo scorso Aprile, tuttavia, la Commissione europea ha pubblicato un rapporto secondo cui gli strumenti CRISPR sono compatibili con le iniziative europee di sostenibilità delle colture esistenti e che i regolamenti del 2001 che disciplinano gli OGM non sono adatti per affrontare le nuove tecnologie di modifica del genoma. Questo studio fa sperare che l’Unione Europea adotti, analogamente agli Stati Uniti, una politica che consideri la maggior parte delle tecnologie di editing genetico per le piante equivalenti ai metodi OGM. L’Europa, che importa grandi quantità di cereali dall’estero, rifiuta alimenti e mangimi prodotti da organismi geneticamente modificati. Una situazione normativa più favorevole, che consideri il CRISPR più come la selezione delle piante, porterebbe quindi ad un’accelerazione generale dell’innovazione in agricoltura.

 

 

 

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