Intervista al prof. Bruno Mezzetti, coordinatore del progetto iPlanta
Tutti i pro derivanti dalle nuove tecniche di miglioramento genetico in agricoltura
Il fabbisogno di cibo a livello mondiale sta crescendo esponenzialmente ed è ormai un'emergenza globale. In che modo l'agricoltura moderna può rispondere e affrontare questa urgenza ormai non più procrastinabile?
Il persistente aumento della popolazione, la perdita continua di suolo e gli impatti dei cambiamenti climatici sono le emergenze globali che nel prossimo futuro influenzeranno negativamente la disponibilità di cibo nel mondo. L'agricoltura dovrà saper affrontare queste emergenze, nel rispetto delle risorse ambientali e sociali. Per riuscire in questo c'è la necessità di continue innovazioni tecniche e scientifiche utili a garantire la sicurezza alimentare, ovvero la disponibilità di cibo, e a ridurre l'impatto della chimica in agricoltura, ampiamente usata in tutti i sistemi agricoli (compresi quelli dell'agricoltura biologica e biodinamica). Tra le nuove tecnologie ora disponibili quelle genetiche sono fondamentali per affrontare tali emergenze, fornendo nuove piante capaci di aumentare l'efficienza produttiva e la sostenibilità ambientale, economica e sociale dei futuri sistemi agricoli.
Quali sono le principali tecniche di miglioramento genetico applicate all'agricoltura, partendo dagli OGM per giungere all'RNA-interference e al genome editing? Quali sono le differenze? Possono essere tutte catalogate come "tecniche OGM"?
Oramai è passato molto tempo dalle prime manifestazioni di opposizione agli OGM e la ricerca biotecnologica ha fornito nuovi metodi di modificazione genetica in aggiunta alla transgenesi, cioè la prima tecnica ad aver prodotto applicazioni commerciali. Esempi di queste nuove tecnologie sono la cisgenesi, il silenziamento genico e le nuove tecnologie del "gene editing". Con la cisgenesi si trasferiscono geni che provengono da altre cultivar della stessa specie o da qualsiasi altra pianta che sia sessualmente compatibile con la pianta che viene modificata. Questi geni potrebbero, quindi, idealmente essere introdotti nella pianta modificata anche con metodi di incrocio tradizionale, ma ciò sarebbe molto complesso.
Il silenziamento genico post-trascrizionale (PTGS) o RNA-interference (RNAi) è un meccanismo naturale, evolutivamente conservato in pianta, che può contribuire alla difesa dalle malattie, in particolare contro i virus, ma che è anche capace di inviare segnali nella pianta e tra pianta e altri organismi regolandone lo sviluppo e l'interazione. A differenza della tecnica di ingegneria genetica tradizionale, l'RNAi si basa sull'espressione di geni che non producono proteine o enzimi, ma solo piccoli frammenti di RNA di interferenza (RNAi) che di per sé non comportano rischi e, allo stesso tempo, le modifiche indotte sono molto specifiche e facilmente identificabili. Con questa tecnica si possono migliorare le caratteristiche qualitative e produttive delle piante, incrementare il contenuto di nutrienti benefici per il consumatore, eliminare o ridurre gli allergeni e le tossine, le perdite post-raccolta e l'uso di fitofarmaci. Recenti studi stanno dimostrando il ruolo di RNAi di piante anche nel controllo di tumori umani.
Il "gene editing" è il più recente strumento di ingegneria genetica, che permette ai ricercatori di effettuare interventi di chirurgia genomica, modificando semplicemente e con grande accuratezza una sequenza di DNA in un punto preciso di un cromosoma. La tecnica più diffusa, denominata CRISPR, è basata sull'utilizzo della proteina CAS che può essere istruita per il trasferimento o la delezione di sequenze di DNA, offrendo nuove opportunità di interventi genomici precisi, capaci di risolvere importanti problematiche nel settore medico ed anche agrario. In alcune piante, questa tecnica permette di apportare modifiche specifiche, simili a mutazioni genetiche, non riconoscibili come eventi di ingegneria genetica, mantenendo stabili tutte le altre caratteristiche genetiche della stessa pianta. Queste nuove biotecnologie permettono di ottenere, in tempi brevi, il miglioramento di importanti caratteri agronomici e qualitativi, e per la loro precisione sono ora definite come tecniche di "precision breeding".
La normativa Europea come valuta le nuove tecniche di miglioramento genico nelle piante? E qual è la posizione normativa in Italia?
Le nuove tecnologie genomiche (cisgenesi, silenziamento genico, gene editing) sono considerate di interesse per una possibile maggiore accettabilità da parte del pubblico e soprattutto per l'idea che i prodotti di tali tecniche possano non essere considerati OGM e quindi svincolati dalle regolamentazioni sugli OGM. Attualmente, in questo ambito, c'è molto dibattito a livello internazionale, con la convinzione di buona parte della comunità scientifica di riuscire a deregolamentare le piante e i prodotti da cisgenesi e gene editing. Attualmente, l'EFSA ha attivato diversi gruppi di lavoro finalizzati allo studio di queste problematiche, ma non sembra indirizzata a sostenere la richiesta di deregolamentazione delle NBT; anzi, nel 2012, ha affermato che le attuali linee guida per la valutazione del rischio (compresa la valutazione del rischio ambientale) sono applicabili anche per la valutazione di alimenti e mangimi prodotti con le nuove biotecnologie.
Pensare di scardinare completamente il sistema normativo internazionale, europeo e nazionale, a mio parere, può risultare impossibile e forse anche inutile. Queste normative servono comunque a dare garanzie sulla sicurezza e sulla corretta applicazione di tutte le nuove conoscenze anche nel settore delle biotecnologie vegetali. Basta applicare lo schema di valutazione di rischio sul principio della valutazione scientifica, caso per caso, focalizzando l'obiettivo non sul "metodo" utilizzato ma sul "prodotto" ottenuto. In questo modo è possibile ottenere risultati concreti nella valutazione dei benefici e dei rischi dei nuovi prodotti, con la reale sicurezza per il consumatore e per l'ambiente. Quello che dobbiamo combattere è il trasferimento su un piano meramente politico di un processo essenzialmente scientifico. Questo è quanto accaduto in Italia con il divieto della ricerca in campo aperto che, ad oggi, è ancora in vigore, non avendo il nostro Paese adempiuto a quanto previsto in merito dalle normative comunitarie.
In un momento in cui l'Unione Europea attraversa una profonda crisi politica, un gruppo di ricercatori appartenenti ai 28 Paesi UE si mettono insieme per studiare le ricadute delle nuove tecniche di miglioramento genetico in ambito agricolo. Professor Mezzetti, lei che è il coordinatore di questo progetto denominato COST, ce ne può descrivere le finalità e gli obiettivi?
Il nuovo progetto quadriennale iPlanta, finanziato nell'ambito del programma Europeo Horizon 2020 - COST (Cooperation in Science and Technology), ha la finalità di collegare i principali gruppi di ricerca attivi sulla tecnologia RNAi in Europa, Brasile, Argentina, USA e di esperti di organizzazioni internazionali come EFSA, FAO e NEPAD (organizzazione per lo sviluppo tecnologico dei Paesi Centro Africani).
Le attività del progetto sono finalizzate ad approfondire le conoscenze sui meccanismi di controllo e azione della tecnologia RNAi sulle possibili applicazioni in specie coltivate in Europa, sugli eventuali rischi per l'ambiente e sulla salute del consumatore, sugli impatti economici e sociali derivati dalla diffusione di queste nuove piante e infine, ad attuare strategie di comunicazione per trasferire al pubblico conoscenze e risultati degli studi.
L'approccio di "filiera della conoscenza", dalla tecnologia alla comunicazione, dovrebbe essere un modello anche nel nostro Paese per la diffusione di tecnologie, non solo genetiche, e nella valutazione di tutti i sistemi agricoli, anche di quelli promossi senza una valutazione sui reali rischi e benefici.
Piantine di pesco
Tornando alla tecnica oggetto di studio del progetto COST, la RNA-interference o silenziamento genico, quali sono le piante su cui state attualmente lavorando?
Diversi gruppi in Italia stanno lavorando a progetti sulla RNAi, in particolare per indurre resistenza a virus nelle piante, l'applicazione già ampiamente dimostrata per questa tecnica. Tra i vari progetti può essere citato quello finanziato dal MIUR-PRIN, sempre da me coordinato, per indurre resistenza al virus della Sharka, una malattia che colpisce pesco, susino e albicocco e che negli ultimi trent'anni, nel nostro Paese, ha causato perdite economiche pari a dieci miliardi di euro. L'obiettivo è quello di ottenere una pianta ingegnerizzata nelle radici ma non nella chioma e nei frutti, capace di difendersi dal virus della Sharka grazie alla produzione e traslocazione di RNAi che bloccano la diffusione del virus, con elevata sicurezza per l'ambiente e per il consumatore. Lo stesso approccio lo si sta trasferendo anche per indurre resistenza a virus nella vite e in altre specie importanti per il nostro Paese.
Altri gruppi stanno usando la tecnologia RNAi per indurre resistenze a funghi, per controllare la crescita della pianta o per il controllo della maturazione dei frutti, aspetto molto importante per ridurre le perdite di prodotto nel post raccolta. Le grandi aziende stanno invece lavorando all'applicazione del meccanismo RNAi per indurre la resistenza a insetti, cosi da sostituire l'uso dei geni BT, ora ampiamente diffusi ma non sempre accettati dall'opinione pubblica. Le stesse aziende stanno lavorando all'applicazione diretta del RNAi, stabilizzato con coadiuvanti, in sostituzione degli attuali insetticidi. Tale opportunità sembra aprire una nuova era anche nell'industria dei fitofarmaci dove le molecole chimiche potranno essere sostituite da piccoli frammenti di RNAi che bloccando l'espressione di geni che controllano metabolismi specifici di organismi target bloccandone la diffusione senza nessun effetto su altri organismi non target, uomo compreso.
Quali potrebbero essere le ricadute dell'applicazione di queste nuove tecnologie a livello di tutela dell'ambiente, salvaguardia della salute pubblica, salubrità degli alimenti e impatto sul sistema economico e produttivo?
Le nuove biotecnologie di precisione offrono opportunità importanti per modificare caratteri delle piante utili a diminuire l'uso di input chimici e nutrizionali, così da ridurre l'impatto ambientale dell'agricoltura, migliorare l'efficienza produttiva e aumentare la sicurezza degli alimenti, con conseguenze importanti sul sistema economico e produttivo della nostra agricoltura. Mentre le applicazioni della cisgenesi, in particolare, e del gene editing risultano legate alla variabilità genetica esistente nelle specie di interesse, il silenziamento genico sembra offrire opportunità più ampie nell'agire con elementi semplici (frammenti di RNAi e non proteine) e facilmente tracciabili su geni della pianta o anche di organismi target che creano danno alla pianta stessa.
Esistono applicazioni mediche dell'RNA-interference? Se sì, ce ne può fornire un esempio concreto?
L'RNAi è ampiamente studiato anche in campo medico. Come nelle piante, anche nell'uomo questi piccoli frammenti di RNA sono capaci di controllare l'espressione di geni e quindi di specifici meccanismi molecolari. Pensando prima agli alimenti, c'è da ricordare che la tecnologia RNAi già trova applicazioni importanti nella produzione di piante con un ridotto contenuto di allergeni o di glutine, composto che determina la celiachia. Ma maggiore interesse è dedicato allo studio del possibile ruolo di RNAi nel controllo dello sviluppo dei tumori. Proprio al congresso iPLANTA è prevista una presentazione dei colleghi del laboratorio di Oncologia - Istituto Rizzoli dell'Università di Bologna - su RNAi (mRNA) inglobati in piccole vescicole (esosomi) che si diffondono in circolo e agiscono sulle funzioni di cellule target nel corpo umano. Risultati preliminari stanno dimostrando che estratti di frutti (limone, uva e fragola) sono ricchi di questi esosomi carichi di RNAi e anche vitamina C e sono capaci di ridurre la crescita tumorale o di ridurre lo stress ossidativo favorendo la formazione di osso da parte delle cellule specializzate a farlo. Sicuramente questa è una moderna frontiera di studio per individuare nuove tecnologie e prodotti capaci di prevenire o controllare le malattie degenerative dell'uomo.