Ci vuole un colpo di gene

Dall'invenzione dell'agricoltura fino a circa 15 anni fa, l'uomo ha saputo sostituirsi alla selezione naturale per ottimizzare la resa, produttiva e nutrizionale, della coltivazione delle piante. Al di là dei convenzionali metodi di coltura, tuttora in uso, l'unico mezzo a disposizione per poter intervenire direttamente sulla pianta è sempre stato l'incrocio tra varietà che possiedono determinate caratteristiche al fine di creare una nuova varietà migliore delle precedenti. L'obiettivo era, quindi, trasferire in una specie gli aspetti, cioè i geni, migliori di altre piante.
Recentemente, l'affinamento delle tecnologie biomolecolari e il rapido sviluppo delle conoscenze genetiche ha dato una forte spinta agli interventi sul genoma di sempre più organismi viventi. Ciò ha permesso di superare non solo i tempi di attesa tipici dell'incrocio riproduttivo ma anche le barriere naturali che impedirebbero il mescolamento di geni tra specie molto lontane e tanto meno tra organismi di regni diversi. Mirando, invece, direttamente al DNA della cellula vegetale, si può ottiene una pianta che presenta le caratteristiche desiderate dall'operatore.
Per raggiunger questo risultato basta cercare nella ormai immensa libreria di geni, scegliere il carattere desiderato, certamente migliorativo, disporre di un sistema per introdurre quel gene nella cellula bersaglio e il gioco è fatto: si otterrà una pianta che si comporterà esattamente, o quasi, come atteso. Ciò che nascerà dalla cellula geneticamente modificata è un organismo, in questo caso una pianta, geneticamente modificato, un OGM per l'appunto.

Il kit di costruzione

L'evoluzione delle tecniche non è ancora giunta a termine, numerosi metodi sono in sperimentazione, mentre altri sono in uso da tempo.
In ogni caso, il gene scelto deve essere isolato nella cellula donatrice ed estratto con delle speciali "forbici", gli enzimi di restrizione, che tagliano il frammento di DNA che, oltre al gene, contiene delle sequenze accessorie senza le quali il gene non riuscirebbe a esprimersi.
Per trasportarlo nella cellula bersaglio può servire un vettore.
Si possono sfruttare le proprietà dell'Agrobacterium tumefaciens, un batterio che infetta le piante trasferendo il plasmide T, un elemento genetico extracromosomico, che, integrandosi nel DNA della pianta, provoca di un tipo di tumore.
Dopo averlo opportunamente "disarmato", il plasmide si può usare come vettore: le porzioni eliminate vengono rimpiazzate con i geni estranei che devono essere trasferiti. Si lascia quindi che l'Agrobacterium, con il suo plasmide "carico", infetti le cellule vegetali; non si formerà tumore, ma i geni, a questo punto transgeni, verranno integrati nel genoma della cellula infettata. Per avere la certezza che l'integrazione nel genoma sia realmente avvenuta vengono trasferiti anche dei geni reporter che codificano per un carattere facilmente riconoscibile che permette di selezionare solo le cellule trasformate. In un opportuno terreno di coltura le cellule transgeniche crescono e generano un pianta transgenica che esprime il carattere desiderato.
Anche i virus sono in grado di inserire materiale genetico nel genoma della pianta, lo fanno per assicurarsi la replicazione e la formazione di nuove particelle virali. Ma se il virus viene reso inattivo, per la malattia che solitamente trasmette, si può sfruttare questa proprietà per ottenere cellule transgeniche, ma con una resa molto più bassa.
Un altro metodo, anche questo poco efficiente perché poco versatile, trasforma le cellule vegetali soltanto se private della parete cellulare, un rivestimento di cellulosa duro e difficilmente penetrabile; cos' "denudata" la cellula diventa facilmente accessibile al materiale genetico estraneo.
Altre tecniche, infine, bombardano letteralmente la cellula con microsferule di oro o di tungsteno, sulla cui superficie restano adesi i geni estranei, che penetrano all'interno mediante la rottura della membrana.

OGM batterici

Per migliorare una pianta non è detto che si debba intervenire solo su di essa. L'attenzione dei ricercatori è rivolta anche verso i microrganismi che vivono in simbiosi o parassitano la pianta.
I più interessanti batteri simbionti (Rhizobium e Bradyrhizobium) vivono nei noduli radicali delle leguminose e rendono disponibile l'azoto atmosferico in una forma che la pianta è in grado di sfruttare. Per estendere questa proprietà ad altre piante bisognerebbe modificare geneticamente i ceppi batterici interessati; in alternativa si potrebbero inserire i geni che codificano per le proteine della fissazione dell'azoto, nel genoma della pianta o dei batteri adatti alla colonizzazione di piante non leguminose.
Comunque anche lo stesso ceppo Rhizobium è oggetto di modifiche genetiche orientate al miglioramento dell'efficienza simbiontica. L'evidente obiettivo consiste nel ridurre la somministrazione di fertilizzanti chimici con apparenti vantaggi ecologici ed economici.
L'intervento sui batteri interessa anche la competizione tra ceppi fitopatogeni (cioè che provocano malattie) e quelli che invece sono innocui. La battaglia contro le malattie batteriche si è combattuta con prodotti chimici dannosi per l'ambiente e nocivi per gli animali e per l'uomo. La nuova strategia contempla l'attribuzione alla pianta GM di una resistenza che prima non possedeva oppure l'ingegnerizzazione di ceppi batterici potenzialmente competitivi con quelli patogeni. Per esempio si può indurre la produzione batterica di antibiotici specifici oppure la capacità di sequestrare sostanze senza le quali i ceppi indesiderati non possono svilupparsi.
Altro aspetto a cui la ricerca si rivolge sono gli ormoni che regolano la crescita, normalmente sintetizzati dalle piante: la prospettiva è la creazione di batteri che intervengano sulla produzione, o producano essi stessi, sostanze fitostimolanti.
Batteri geneticamente modificati attualmente in uso appartengono al ceppo di Pseudomonas syringae: nella versione selvatica, a basse temperature, produce una proteina che favorisce la formazione di cristalli di ghiaccio che rompono i tessuti della pianta; le sostanze nutritizie diventano così disponibili per la crescita batterica. Il ceppo ingegnerizzato non produce la proteina, compete con quello selvatico e permette alla pianta di non subire danni a basse temperature.
Altre destinazioni d'uso

L'ingegneria genetica sulle piante non risparmia il settore industriale. Si è visto infatti che modificando il genoma di alcune piante, che fisiologicamente producono certi tipi di polimeri, è possibile potenziare tale attività metabolica per ottenere maggiori quantità di sostanze tradizionalmente derivate dalla lavorazione del petrolio.
Nel complesso i risultati di questo settore della ricerca scientifica apre orizzonti verso risparmi economici ed energetici e verso prospettive di un ambiente più pulito con campi rigogliosamente coltivati laddove non cresceva un filo d'erba, ma nessuno, almeno per ora, è in grado di dire quali siano i limiti del controllo che si può esercitare sull'evoluzione.
Per ora con un gene di riccio di mare si può costruire un albero di mele migliore, si spera solo di non trovare nel cesto della frutta mele con gli aculei...

Simona Zazzetta
Fonti

• "Genetically modified foods and allergenicity" Position Paper European Academy for Allergology and Clinical Immunology
• ARPA Piemonte

Approfondimenti

• OGM e Sanità
• Alimentazione nutrizione in Europa
• Agriculture & Biotechnology Strategies Inc. (Canada)