Jennifer Doudna, una delle inventore del rivoluzionario strumento di editing genetico CRISPR, afferma che questa tecnologia aiuterà il mondo ad affrontare i crescenti rischi del cambiamento climatico consentendo la creazione di piante e animali più adatti a condizioni di caldo intenso, grave siccità, alta umidità o instabilità climatica.
“Il potenziale è enorme”, afferma Doudna, che ha condiviso il Premio Nobel per la Chimica 2020 per il suo ruolo nella scoperta. “Una rivoluzione sta accadendo ora con CRISPR.”
Il mese scorso, l’Innovation Genomics Institute (IGI), fondato da Doudna, ha ospitato il Summit sul clima e l’agricoltura presso l’Università della California, Berkeley. Nel corso dell’evento, i relatori hanno sottolineato il ruolo dell’editing genetico nel mitigare i crescenti pericoli del cambiamento climatico. Doudna ha rilasciato una breve intervista al MIT Technology Review durante l’evento, che era chiuso al pubblico.
Lei e i suoi coautori hanno pubblicato il loro articolo fondamentale sulla tecnica sulla rivista Science 12 anni fa, dimostrando che un sistema immunitario batterico potrebbe essere programmato per individuare e rimuovere sezioni specifiche del DNA. Recentemente, i primi pazienti hanno iniziato a ricevere cure mediche approvate con queste “forbici genomiche” – una terapia genica per l’anemia falciforme. Inoltre, un elenco crescente di alimenti creati con CRISPR sta gradualmente arrivando sugli scaffali dei supermercati.
Molte altre piante e animali modificati da CRISPR sono in arrivo, e alcuni sono stati modificati per promuovere tratti che li aiutino a sopravvivere in condizioni guidate dai cambiamenti climatici, iniziando a mantenere una promessa di lunga data dell’ingegneria genetica. Ciò include l’allevamento di due linee di bovini da parte dell’azienda Minnesota Acceligen che sono state modificate per avere mantelli più corti, ideali per i climi più caldi. Nel 2022, la Food and Drug Administration (FDA) statunitense ha stabilito che la carne e altri prodotti derivati da questi animali “presentano un basso rischio per le persone, gli animali, l’approvvigionamento alimentare e l’ambiente” e possono essere commercializzati ai consumatori americani.
Altre aziende stanno utilizzando CRISPR per sviluppare mais con steli più corti e più resistenti, riducendo la perdita di raccolto durante le tempeste più intense; nuove colture di copertura che possono aiutare a sequestrare più anidride carbonica e produrre biocarburanti; e animali che potrebbero resistere alle malattie zoonotiche che i cambiamenti climatici potrebbero contribuire a diffondere, inclusa l’influenza aviaria.
L’IGI, da parte sua, sta lavorando allo sviluppo di riso in grado di resistere a condizioni più secche, nonché di colture in grado di assorbire e immagazzinare più anidride carbonica, il principale gas serra che guida il cambiamento climatico.
Le vecchie tecniche di modificazione genetica, che comportano il trasferimento di geni da un organismo a un altro, hanno già generato importanti innovazioni agricole, tra cui colture resistenti agli erbicidi e mais, patate e soia con una maggiore protezione contro i parassiti. L’uso di questi strumenti per alterare le culture ha suscitato il timore che i cosiddetti “Frankenfoods” aggravino le allergie e causino malattie negli esseri umani, sebbene queste preoccupazioni per la salute siano state ampiamente esagerate.
La grande speranza è che la capacità di CRISPR di rimuovere parti specifiche di DNA all’interno dei genomi esistenti di piante e animali renderà più semplice e veloce la creazione di colture e bestiame resilienti al clima, evitando molte delle limitazioni delle precedenti tecniche di selezione e modificazione genetica. Un’altra promessa è che i prodotti risultanti potrebbero essere più attraenti per il pubblico, poiché spesso non conterranno DNA di altri organismi e non saranno etichettati come bioingegneria. (Vale la pena notare che CRISPR può essere utilizzato anche per creare piante e animali transgenici.)
“È molto emozionante vedere emergere questi prodotti, perché hanno impatti reali ed estremamente importanti, soprattutto quando abbiamo a che fare con un clima che cambia e con l’espansione delle popolazioni”, afferma Doudna, professore di biochimica all’Università della California, Berkeley.
Tuttavia, permangono notevoli ostacoli allo sviluppo e alla commercializzazione di nuove colture e animali trasformativi, nonché limiti alla misura in cui lo strumento può effettivamente aiutare gli agricoltori e le comunità nelle regioni che diventeranno eccessivamente calde, secche o umide nei prossimi decenni.
I prossimi cibi CRISPRed
Negli ultimi anni, il Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti (USDA) ha allentato le proprie regole di governance ed etichettatura per gli alimenti geneticamente modificati, aprendo la strada a molti cambiamenti apportati con CRISPR.
Il dipartimento continua a supervisionare e richiedere la divulgazione di piante e animali transgenici. Ma ha stabilito che non regolerà gli alimenti quando strumenti di modifica genetica come CRISPR verranno utilizzati per apportare “una singola modifica che avrebbe potuto essere ottenuta attraverso la selezione convenzionale” effettuata per un periodo più lungo.
“Stiamo solo fornendo una caratteristica che potrebbe essersi verificata naturalmente”, afferma Doudna a proposito della distinzione normativa. “È solo che abbiamo accelerato questo processo con CRISPR”.
Secondo un’analisi di documenti pubblici condotta dal MIT Technology Review, l’USDA ha confermato ad aziende o gruppi di ricerca che diverse dozzine di colture sviluppate con CRISPR sarebbero esenti dalla regolamentazione.
In questo contesto, l’uso di CRISPR e tecnologie simili sarà fondamentale per nutrire una popolazione globale in crescita senza espandere drasticamente l’uso di terra, fertilizzanti e altre risorse dedicate all’agricoltura, afferma Chavonda Jacobs-Young, responsabile scientifico dell’USDA. Jacobs-Young ha partecipato alla conferenza presso l’UC Berkeley e ha anche parlato con MIT Technology Review.
“Abbiamo bisogno di strumenti ad alta tecnologia”, afferma. “Questi strumenti saranno fondamentali per garantire un approvvigionamento alimentare sicuro, abbondante, gustoso… e conveniente”.
I metodi di selezione convenzionali – che includono l’incrocio di varietà vegetali e animali o l’uso di radiazioni o sostanze chimiche per creare mutazioni – sono processi imprecisi. Possono generare diversi cambiamenti in tutto il genoma che non sono sempre benefici, richiedendo molti tentativi ed errori per identificare i miglioramenti.
“La cosa interessante di CRISPR per l’editing genetico è che puoi apportare modifiche esattamente dove vuoi”, afferma Emma Kovak, analista senior di alimentazione e agricoltura presso il Breakthrough Institute. “Si risparmia molto tempo e denaro.”
Nonostante la potenza e la precisione di CRISPR, è ancora necessario un lavoro considerevole per identificare la parte corretta del genoma, valutare se i cambiamenti apportano i benefici desiderati e, soprattutto, garantire che le modifiche non compromettano la salute generale delle piante o la sicurezza alimentare.
Strumenti migliorati di editing genetico hanno anche contribuito a rilanciare e accelerare la ricerca per comprendere meglio i genomi vegetali complessi, che spesso sono molte volte più lunghi del genoma umano. Questo lavoro sta aiutando gli scienziati a identificare i geni responsabili dei tratti rilevanti e dei cambiamenti che potrebbero fornire miglioramenti.
Con il progredire della ricerca in questo settore, Doudna afferma che vedremo sempre più colture modificate per aumentare la resilienza ai cambiamenti climatici. “In futuro, man mano che scopriremo di più sulla genetica fondamentale dei tratti, CRISPR potrebbe essere un’applicazione molto pratica per creare il tipo di piante in grado di affrontare queste sfide imminenti”, afferma.
Piante pratiche e mucche sostenibili
Gli sforzi di IGI per sviluppare un tipo di riso più resistente alla siccità illustrano sia il potenziale che le sfide future.
Diversi gruppi di ricerca hanno utilizzato CRISPR per disattivare un gene che influenza il numero di piccoli pori nelle foglie delle piante. Questi pori, conosciuti come stomi, permettono al riso di assorbire l’anidride carbonica, rilasciare ossigeno ed eliminare l’acqua per regolarne la temperatura. L’aspettativa è che, con meno stomi, le piante saranno in grado di trattenere più acqua per sopravvivere e crescere in condizioni più asciutte.
Ma questo equilibrio si è rivelato complicato. In una ricerca precedente, il gene chiamato STOMAGEN è stato disattivato, eliminando circa l’80% dei pori, riducendo di fatto la perdita d’acqua. Tuttavia, ciò ha anche compromesso la capacità delle piante di assorbire anidride carbonica e rilasciare ossigeno, entrambi essenziali per la fotosintesi.
I ricercatori dell’IGI si sono concentrati su un gene diverso, EPFL10, che aveva un effetto meno radicale, riducendo il numero dei pori di circa il 20%. Secondo gli studi pubblicati dal gruppo, questa modifica ha aiutato le piante a preservare l’acqua senza compromettere la loro capacità di regolare la temperatura o effettuare scambi di gas.
“È un progresso nel miglioramento genetico”, afferma Doudna a proposito di CRISPR. “Possiamo regolare la quantità di questi pori, aumentando o diminuendo alcuni geni… a livelli che effettivamente supportano la crescita delle piante e consentono agli agricoltori di produrre riso con la qualità e la resa di cui hanno bisogno, ma senza perdita di acqua”.
L’organizzazione sta inoltre esplorando le modalità con cui CRISPR può agire più direttamente sul cambiamento climatico, compreso un programma di ricerca volto a ridurre il metano espulso dal bestiame, la principale fonte di emissioni di gas serra legate all’allevamento del bestiame.
L’IGI sta collaborando con ricercatori dell’Università della California, Davis e altre istituzioni per indagare se CRISPR e altri strumenti emergenti potrebbero essere utilizzati per modificare i microrganismi nello stomaco dei bovini per ridurre la produzione di questo potente gas serra.
Diversi gruppi di ricerca e startup stanno lavorando per ridurre queste emissioni attraverso additivi alimentari, generalmente derivati dalle alghe. Tuttavia, l’aspettativa è che i cambiamenti nel microbioma bovino siano permanenti ed ereditari, afferma Brad Ringeisen, direttore esecutivo dell’IGI.
“Se avremo successo, questo potrebbe potenzialmente essere applicato a quasi tutte le mucche del mondo”, afferma.
Etichettatura e sicurezza
Kovak afferma che ci sono ancora molte sfide che potrebbero ritardare lo sviluppo di animali e piante modificati con CRISPR, compresi gli ostacoli normativi per i prodotti che introducono DNA estraneo o modifiche più complesse. Anche le controversie in corso sui diritti di proprietà intellettuale dello strumento e delle sue varianti emergenti, oltre ai costi e ai requisiti che le aziende devono sostenere per utilizzare la tecnologia, ostacolano il progresso.
La stessa Doudna è al centro di una complessa e aspra disputa con il Broad Institute sulla proprietà dei brevetti chiave CRISPR. (Broad è affiliato al MIT, che possiede la MIT Technology Review.) Ciascun gruppo ha ottenuto più brevetti in più paesi per determinati aspetti e varietà dello strumento.
Queste controversie legali in corso hanno creato complessità e incertezza per le aziende che desiderano utilizzare CRISPR per sviluppare prodotti commerciali.
Doudna ha fondato o co-fondato diverse startup, tra cui Caribou Biosciences, che ha concesso in sublicenza l’uso di alcuni brevetti CRISPR per applicazioni agricole. Non ha risposto a una domanda successiva su questo problema prima che la storia si chiudesse.
“Anche se abbiamo assistito a molti progressi in un tempo relativamente breve, il controllo dei vari brevetti CRISPR da parte di poche entità ha talvolta rallentato o impedito ad alcuni prodotti agricoli di raggiungere il mercato”, ha affermato Ringeisen dell’IGI in una risposta via e-mail.
Tuttavia, aggiunge che si registrano progressi continui nella scoperta e nell’utilizzo di strumenti correlati all’editing genetico che non siano vincolati a brevetti.
Nel frattempo, i rivenditori di alimenti naturali, i critici degli organismi geneticamente modificati e altri hanno criticato aspramente la posizione dell’USDA sulla governance e sull’etichettatura degli alimenti geneticamente modificati. Affermano che le culture alterate hanno causato conseguenze ambientali dannose e che le norme non forniscono sufficiente trasparenza affinché i consumatori possano prendere decisioni informate sul cibo che acquistano e consumano.
Doudna sottolinea l’importanza di un uso cauto di CRISPR e strumenti simili, ma ritiene che gli Stati Uniti abbiano trovato il giusto equilibrio nel loro approccio normativo e di etichettatura.
“La regolamentazione si basa davvero sulla scienza”, afferma. “Invece di concentrarsi su come è stata creata questa pianta o coltura, la domanda è: qual è il prodotto finale?”
Afferma che l’IGI ha cercato di agire come “voce della ragione” su questi temi, aiutando a sedare paure e incomprensioni fornendo informazioni scientifiche su come CRISPR può essere utilizzato per curare le malattie umane, aiutare gli agricoltori ad adattarsi ai cambiamenti climatici o affrontare altre minacce alla salute umana. la vita delle persone.
“Fin dall’inizio era chiaro che si trattava di uno strumento potente che poteva essere frainteso e utilizzato in modo improprio”, afferma. “Ma ha anche un enorme potenziale per aiutarci ad affrontare molte di queste sfide”.
(fonte: MIT Technology Review)
