Non fermiamo la scienza verde

La ricerca scientifica conduce al naturale avanzamento della conoscenza e della tecnologia. Ogni scoperta è un tassello verso il progresso, da questi tasselli hanno tal- volta origine rivoluzioni che cambiano il mondo della scienza e anche aspetti della vita di tutti i giorni. L’avan- zamento tecnologico umano è costellato da tante pic- cole rivoluzioni scientifiche che hanno fatto di noi l’uomo moderno. La grande rivoluzione che ha travolto la genetica e la biologia molecolare negli ultimi anni è stata la sco- perta della tecnologia di genome editing CRISPR (che è l’acronimo di Clustered Regularly Interspaced Short Pa- lindromic Repeats, traducibile in italiano con “brevi ri- petizioni palindrome raggruppate e separate a intervalli regolari”). Viene definito genome editing il cambiamento pun- tuale di alcune lettere del codice del DNA. Il DNA è composto da quattro lettere che, susseguendosi in varie combinazioni, formano i geni che codificano le infor- mazioni necessarie alla vita dell’organismo a cui appar- tiene. L’editing del DNA serve a modificare singole lettere in precise posizioni per correggere il significato dei geni. Diverse tecnologie di biologia molecolare per- mettono di compiere genome editing: tra queste la più versatile, efficiente, economica e facile da usare è sicu- ramente CRISPR. Grazie a CRISPR il genome editing è oggi alla portata di qualsiasi laboratorio di biologia molecolare. La scoperta di CRISPR è avvenuta un po’ alla volta grazie al lavoro di ricerca di molti scienziati in diversi laboratori nel mondo. CRISPR è un meccanismo na- turale del sistema immunitario dei microorganismi che taglia sequenze di lettere del DNA, la svolta è stata l’idea di sfruttare questo sistema per compiere genome editing. Nell’agosto del 2012 i laboratori di Jennifer Doudna ed Emmanuelle Charpentier pubblicavano il primo ar- ticolo scientifico1 in cui suggerivano l’uso di CRISPR per fare genome editing, sancendo così l’inizio di una nuova era per la ricerca scientifica in campo genetico e biomolecolare. Doudna e Charpentier suggerivano che CRISPR potesse essere programmato per modificare sequenze di DNA prestabilite. Il sistema veniva messo a disposizione della comunità scientifica internazionale che nel giro di pochi mesi lo ha sperimentato in diversi organismi e ha cominciato a modificarlo per espan- derne e migliorarne le possibilità. CRISPR si è dimo- strato da subito non solo preciso ed estremamente efficace, ma anche una tecnica “democratica” per la fa- cilità ed economicità di utilizzo. Nel 2013 escono i primi articoli scientifici2 in cui CRISPR viene utilizzato per fare genome editing nellepiante. Nello stesso periodo anche il mio gruppo di ri- cerca all’Università degli Studi di Milano comincia a utilizzarlo per porre piccoli cambiamenti al genoma del riso, specie oggetto dei nostri interessi scientifici.3 Gra- zie a CRISPR cominciamo a eliminare la funzione dei geni che stiamo studiando per capirne meglio la fun- zione. CRISPR è lo strumento che da anni stavamo aspettando, che ci permette di avanzare rapidamente nella nostra ricerca confermando ipotesi scientifiche e facendo nuove scoperte. Confermando le osservazioni fatte da altri scienziati in tutto il mondo, osserviamo che CRISPR funziona esattamente come dovrebbe anche con il riso: apporta le modifiche per cui viene programmato e, per il resto, lascia inalterato il DNA della pianta a cui appartiene. Oltre che sul riso, CRISPR è a oggi utilizzato con suc- cesso per il genome editing in tante altre piante, tra cui gli altri cereali primari (grano e mais) e altre specie di piante coltivate, come patata, pomodoro e soia.4 Dalla ricerca di base a quella applicata, il passo è breve e naturale. Se CRISPR ci può servire per com- prendere la funzione di geni prima ignoti, ci può anche servire a porre piccole modifiche a geni noti in varietà di interesse agronomico, migliorandole gene- ticamente. Grazie alla ricerca conosciamo già molti geni che sono responsabili di caratteristiche quali la resa, la resistenza ai patogeni e agli stress ambientali, l’aroma, la durata del ciclo vitale e molto altro. Mo- dificare la sequenza dei geni che sono responsabili di queste caratteristiche secondo le conoscenze scienti- fiche può portare a grossi vantaggi pratici. Finalmente CRISPR ci offre la possibilità di fare uscire la cono- scenza scientifica dai laboratori per usarla nel miglio- ramento genetico, di applicare in tempi brevi i risultati del lavoro della ricerca di base. Prima dell’avvento di CRISPR, gli strumenti per il miglioramento genetico erano principalmente due: gli incroci tra varietà con diverse caratteristiche e la muta- genesi casuale del DNA. Questi metodi sono stati uti- lizzati per creare le varietà di riso e di molte altre specie vegetali che troviamo oggi sulla nostra tavola. Sia gli incroci che la mutazione possono quindi dare i miglio- ramenti desiderati; tuttavia entrambe le metodologie richiedono tempi lunghi e spesso danno risultati im- previsti. La ragione è semplice: nel caso dell’incrocio si uti- lizza una pianta donatrice di un carattere per introdurlo all’interno di una pianta ricevente che, a parte il carat- tere che si intende migliorare, ha già caratteristiche ot- timali. Pertanto i DNA delle due piante incrociate vengono completamente rimescolati e sono quindi ne- cessarie molte generazioni di nuovi incroci (detti re-in- croci) con la varietà ricevente per “ripulire” il DNA del frutto dell’incrocio da sequenze indesiderate della va- rietà donatrice. Allo stesso modo, quando viene utiliz- zata la mutagenesi, il DNA viene spaccato da agenti fisici o chimici in modo casuale e solo una frazione mi- nima delle piante mutagenizzate porterà una modifica migliorativa nel tratto di DNA prescelto. Inoltre le piante mutagenizzate avranno molte altre mutazioniindesiderate che andranno anche in questo caso elimi- nate tramite nuovi incroci con piante non mutageniz- zate, e quindi molte generazioni che richiedono tanto tempo. Utilizzato per il miglioramento genetico mirato CRISPR supera i problemi dei metodi “classici” come incrocio e mutagenesi. Infatti può essere indirizzato di- rettamente sul DNA là dove si intende introdurre la mutazione senza alterare il contesto. La tecnica prevede tempi rapidi e, non essendo necessari numerosi re-in- croci, le piante migliorate geneticamente con CRISPR possono essere prodotte rapidamente, rispondendo in tempi brevi alle esigenze degli agricoltori e del mercato. Quindi CRISPR nelle piante è utile alla ricerca di base e anche al miglioramento genetico. Il lavoro del nostro gruppo di ricerca così come numerosi altri lavori com- piuti da gruppi di ricerca in tutto il mondo hanno con- fermato l’efficacia e la sicurezza nell’uso di CRISPR. Anzi, rispetto ai metodi “classici” è più sicuro perché pre- ciso e prevedibile. Con CRISPR non mutiamo a caso o rimescoliamo caratteri di diverse varietà o specie, ma mi- riamo il punto del DNA che sappiamo essere responsa- bile di una caratteristica e modifichiamo solo quello. Il mondo scientifico è unanime nel dichiarare la si- curezza e l’efficacia di CRISPR in ambito vegetale. CRISPR è uno strumento analogo, ma molto più pre- ciso ai metodi di miglioramento “classici” ampiamente utilizzati per produrre le piante coltivate oggi. Inoltre piante prodotte con CRISPR spesso non sono distin- guibili neanche tramite analisi molecolari da quelleprodotte coi metodi “classici”, cosa che porrebbe co- munque dei problemi di tracciabilità delle piante pro- dotte con CRISPR nel caso venissero vietate. Come distinguerle in campo dalle varietà classiche se non pre- sentano alcuna differenza che le renda distinguibili? Nonostante le potenzialità, e nonostante il fatto che in altri paesi quali gli Stati Uniti o il Canada prodotti del Crispr siano stati giudicati sicuri e siano già pronti a raggiungere gli scaffali dei supermercati, CRISPR in Italia è per ora ancora relegato nelle serre sperimentali a contenimento. Non ci è permesso fare esperimenti in campo, cosa molto importante quando si studiano piante che normalmente non crescono chiuse in serre climatizzate, bensì in campo aperto. Nonostante la scienza avanzi in fretta e le nuove tecnologie abbiano conferme a livello globale, noi scienziati italiani ed eu- ropei siamo bloccati da un vuoto legislativo che non accenna per ora a colmarsi. Siamo bloccati dall’incertezza sul futuro della scienza e del genome editing nelle piante. La classe politica ci darà ascolto finanziando la ricerca e liberalizzando l’uti- lizzo delle piante prodotte con CRISPR, oppure ver- remo ancora una volta bloccati e superati da chi lavora in Paesi scientificamente più liberali? Occorrerebbe li- beralizzare e sostenere CRISPR al più presto insieme ad altri strumenti biotecnologici per non accumulare ulteriori ritardi. Purtroppo però nulla è scontato e al momento qualsiasi scenario è possibile. È possibile che la politica europea e italiana ascolti gli scienziati (per il momento il governo italiano non ha autorizzato la spe-rimentazione in campo aperto di riso e susine con mu- tazioni puntiformi del DNA fatte con CRISPR), e so- stenga la ricerca e l’utilizzo in campo aperto di piante ottenute con CRISPR. Tuttavia non possiamo esclu- dere che l’indecisione o altri fattori non prevedibili pos- sano bloccare la ricerca e lo sviluppo basato su questa tecnologia, relegando nuovamente gli scienziati europei e italiani a ruoli secondari nel panorama scientifico e tecnologico globale. I prossimi mesi saranno cruciali per il futuro di questa ricerca nel nostro continente.