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La rivoluzione del breeding: la tecnica CRISPR/Cas9

Gli interventi di modificazione del genoma delle piante operati dall'uomo hanno una storia lunghissima, iniziata con la domesticazione delle specie selvatiche. Quando si parla di questo argomento salta subito alla mente il termine OGM, parola di stampo più legislativo che scientifico. Il lungo processo che ha portato alla coltivazione delle selezioni varietali odierne ha ottenuto come risultato piante molto diverse da quelle di partenza; queste selezioni, appunto, sono state operate dall’uomo.

Dagli incroci alle New Breeding Technology.
La tecnica dell'incrocio influisce in maniera sensibile sul patrimonio genetico ed è quindi da ascrivere alla vasta categoria delle modificazioni dei genotipi. Mutazioni e incroci rappresentano le tecniche più tradizionali per influire sullo sviluppo delle varietà e sono ottenibili con metodologie relativamente semplici (per esempio tramite irradiazione o riproduzione controllata).
Passando alle tecniche più avanzate, nel settore delle biotecnologie agrarie, è dal 1983 che risulta possibile, grazie agli studi di Shell, Van Montagu e altri, intervenire sul genoma delle piante utilizzando i plasmidi di Agrobacterium tumefaciens, un batterio in grado di aggredire i vegetali e apportare delle modificazioni controllate. Altre tecniche molto utilizzate sono anche il gene-gun method, che consiste nel "bombardamento" con microparticelle metalliche ricoperte di DNA delle cellule vegetali, e l’induzione di mutazioni tramite radiazioni.
Gli effetti ottenuti sono molteplici anche se il campo di applicazione è per adesso limitato alle sole specie ad uso alimentare (con poche eccezioni). Gli scienziati sono stati in grado di creare piante capaci di sintetizzare antivirali e proteine delle quali alcune popolazioni sono carenti.
È però degli ultimi anni la scoperta e la successiva applicazione ingegnerizzata di una pratica senza ombra di dubbio rivoluzionaria. La tecnica del DNA ricombinante è stata superata da una metodologia avanzata derivata dallo studio dei CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Queste sono sequenze di DNA ben precise, che si ritrovano in Batteri e Archei, che permettono di riconoscere e combattere il genoma proveniente da un virus, garantendo quindi la difesa immunitaria. Dallo studio di queste sequenze è stato possibile sviluppare una tecnica, la CRISPR/Cas9, che consente un editing genetico con un altissimo grado di precisione. La rivoluzione è anche nei costi: i kit che permettono l’applicazione della tecnologia sono acquistabili con poche centinaia di euro.

Le varie scoperte.
Nel batterio Streptococcus pyogenes è stato identificato un sistema CRISPR che utilizza l’endonucleasi Cas9 (una proteina). Studiando questo processo i ricercatori sono riusciti a ingegnerizzarlo in modo da poterlo utilizzare per andare a tagliare il materiale genetico in qualsiasi punto.
Da questa scoperta, avvenuta nel 2014, c’è stato un susseguirsi di nuove osservazioni e applicazioni di questa tecnologia. Sono state studiate proteine e vettori capaci di implementare il metodo e adesso iniziano a emergere diversi protocolli utilizzabili per gli scopi più svariati.
Come è facile intuire i campi di applicazione sono molteplici, dall’inattivazione di malattie trasmesse da vettori animali alla modificazione di specie vegetali, fino anche all’intervento sul genoma degli individui umani.
È italiana però una delle scoperte più recenti in questo settore: il gruppo di ricerca del CIBIO dell’Università di Trento ha sviluppato la metodologia di editing genomico più precisa finora conosciuta, chiamata CRISPR/evoCas9.

La situazione europea.
 È impossibile però parlare di tali argomenti senza analizzare un aspetto di primaria importanza: l’atteggiamento del legislatore. Nell’Unione Europa è consentita la coltivazione di piante geneticamente modificate, anche se ogni Stato può decidere di vietarla se sussiste un ragionevole pericolo per la salute e per l'ambiente. In molti Paesi comunitari è possibile coltivare OGM, in altri no. In Italia è rigidamente proibita la coltivazione (nonostante una sentenza del 2017 emessa dalla Corte Europea, che ha condannato l'Italia per proibizioni immotivate sugli OGM) ma ne è permessa l’importazione. Secondo l'UE l’applicazione delle tecniche CRISPR sui vegetali genera piante OGM. Pone quindi questi organismi sotto la normativa comunitaria e li rende non coltivabili in Italia. Una parte della comunità scientifica è di parere opposto poiché afferma che l’editing genetico non comporta l’introduzione di materiale estraneo all’interno degli organismi, quindi le piante ottenute con questa tecnica non sono da considerarsi OGM. Questa tecnologia è in effetti concettualmente lontana dalle tecniche DNA ricombinante, vista anche la sua precisione di intervento.
Una regolamentazione così stringente ha come effetto quello di ottenere anche una limitazione della ricerca poiché pone un freno agli investimenti e permette ai Paesi più aperti alle nuove tecnologie di progredire più velocemente rispetto a quelli più chiusi, che resteranno vittime di un gap che in pochi anni potrebbe diventare incolmabile. Non permettere l’applicazione delle tecniche CRISPR non ne ferma la diffusione, sposta solo il suo sviluppo in altri Paesi, che si guadagneranno la possibilità di coltivare specie vegetali migliorate, con una maggior resistenza alle malattie, con profili nutrizionali migliori e con rese più elevate, aumentando di molto la capacità concorrenziale dei produttori.

Pensare al futuro. L’applicazione sconsiderata della tecnica (senza studi di impatto adeguati) potrebbe portare a una uniformizzazione delle produzioni agricole con una conseguente perdita di biodiversità. Le domande che sorgono spontanee sono: nell’agricoltura estensiva, settore d’elezione per l’utilizzo degli OGM, quanta biodiversità è oggi veramente presente? Davvero le colture ottenute con le tecnologie CRISPR potrebbero rappresentare un pericolo ulteriore? Solamente degli studi di impatto possono aiutare a comprendere bene i meccanismi di ingresso negli ecosistemi di questi vegetali, al fine di permetterne una valutazione rigorosa, libera dalle rigide posizioni ideologiche sulle quali si arrocca la larga parte dell’opinione pubblica.
L’applicazione di questa innovazione non riguarda certo solamente il settore agricolo ma interessa svariati ambiti applicativi come quello medico, più in particolare il campo di studio delle patologie genetiche che affliggono milioni di persone nel mondo.
Le considerazioni etiche sono legittime ed è per questo che è di fondamentale importanza fare informazione al riguardo. Il ruolo del legislatore è centrale in questo caso: le New Breeding Technology rappresentano un tassello importante nel quadro dei futuri sviluppi nei molteplici settori scientifici e questo deve essere ben chiaro per la classe politica che interviene permettendone o vietandone l’applicazione.
Questa tecnologia sarà (in molti casi lo è già) in grado di influenzare la nostra vita futura nella misura in cui verrà concesso spazio alla sperimentazione e alla successiva applicazione dei risultati.

Per approfondire:
  • Casini, A., Olivieri, M., Petris, G., Montagna, C., Reginato, G., Maule, G., ... & Inga, A. (2018). A highly specific SpCas9 variant is identified by in vivo screening in yeast. Nature biotechnology, 36(3), 265.
  • Demozzi, M., Casini, A., Olivieri, M., Cereseto, A., & Inga, A. (2015, September). Yeast-based assays for CRISPR/Cas9-mediated homologous recombination. In YEAST (Vol. 32, pp. S133-S133). 111 RIVER ST, HOBOKEN 07030-5774, NJ USA: WILEY-BLACKWELL.
  • Doudna, J. A., & Charpentier, E. (2014). The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science, 346(6213), 1258096.
  • Petris, G., Casini, A., Montagna, C., Lorenzin, F., Prandi, D., Romanel, A., ... & Cereseto, A. (2017). Hit and go CAS9 delivered through a lentiviral based self-limiting circuit. Nature Communications, 8, 15334.

Una nuova metodologia a disposizione dei ricercatori permette di intervenire in modo diretto sul genoma. I risultati e le implicazioni etiche

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