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martedì 8 dicembre 2015

Il Genome Editing in agroalimentare, questo sconosciuto

Cos’è il Genome Editing? Si tratta in termini generali dello sfruttamento del sistema immunitario adattativo scoperto nei batteri, con importanti implicazioni per la medicina di domani e che qualcuno vuole utilizzare per il miglioramento genetico delle piante alimentari, per conferire loro resistenza a malattie di origine batterica, virotica o fungina, per far produrre loro nutraceutici e, perché no, per renderle resistenti a particolari sostanze e/o situazioni (diserbanti, caldo, freddo, ecc.). 
Si chiama CRISPR/Cas9. L’acronimo sta per l’enzima prodotto dal gene Cas9 e i Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, le ripetizioni palindromiche di gruppi di Dna estraneo (di virus o quant’altro) disposti a intervalli regolari.
Il sistema CRISPR–Cas9, scoperto nel 2005 nell'ambito delle applicazioni biotecnologiche per la produzione casearia, è un meccanismo di difesa immunitaria utilizzato dai batteri per resistere alle infezioni dei virus batteriofagi.

Nel corso dell'evoluzione, i batteri hanno imparato a immagazzinare parte del DNA dei virus nel proprio genoma e ad utilizzarlo per difendersi da una successiva infezione degli stessi virus, grazie a un ingegnoso meccanismo. Per dar corpo a questo meccanismo sono d
ue gli strumenti necessari:
- un enzima capace di tagliare il DNA (nel caso specifico quello del virus, ma può essere utilizzato per tagliare il DNA di altri organismi), la Cas9 endonucleasi;
- una molecola di RNA ogni volta diversa, che serve ad indirizzare l’enzima CAS9 su una sequenza corrispondente nella doppia elica del virus, dove avverrà l’incisione.
Da dove viene questo attrezzo biologico? Da una specie di sistema immunitario con cui la maggior parte dei batteri si difende dai virus. In pratica, ogni volta che un batterio incontra un batteriofago ne colleziona un pezzo di DNA. È una specie di foto segnaletica. Dopo ogni esposizione a un virus resta questo ricordo, che il batterio incastona nel proprio DNA, per poi utilizzarlo nel caso di una nuova infezione da parte dello stesso virus.
Quando i batteri incontrano un altro virus che ha una di quelle sequenze, lo riconoscono e quindi producono l’RNA corrispondente. Poi, con l’RNA montato sulla Cas9, piombano sul punto preciso del DNA virale e lo tagliuzzano. A quel punto il virus, con i geni a pezzi, è diventato inservibile e innocuo.

Ulteriori studi hanno permesso di scoprire i dettagli molecolari del funzionamento di Cas9 che, una volta associato a un'opportuna sequenza di RNA, può essere utilizzato dai ricercatori per tagliare il genoma anche di altre cellule eucariote, modificando nel modo voluto specifici geni, in quello che viene definito Editing Genetico.

Cas9 insieme all’RNA formano un ribozima, un’antica invenzione che è alla base della vita, permettendo la sintesi di proteine in ogni cellula; i ribosomi, sono dei ribozimi. Diventa chiaro che il ribozima puo’ funzionare con qualunque sequenza guida a RNA che segua poche semplici regole. Da qui a dimostrare che Cas9 taglia qualunque sequenza di DNA in modo preciso ed efficiente, se armato dell’RNA complementare corrispondente, il passo e’ breve. E ancora meno a capire che il sistema costituisca l’equivalente di una microscopica forbice molecolare specifica per manipolare in DNA a piacere. Infatti, si scopre che in cellule eucariotiche, come le nostre, i tagli vengono riparati in modo imperfetto, creando frequentemente microinserzioni o delezioni, ovvero l’aggiunta o la cancellazione di alcune basi del DNA nella regione riconosciuta (mutazioni), la condizione perfetta per modificare geni  direttamente dove risiedono nel genoma.
Purtroppo non sono tutte rose e fiori: non sappiamo ancora quanto preciso e affidabile sia Cas9. Se lo usassimo in futuro per modificare il DNA di un malato (per spegnere un oncogene), provocheremmo anche altre modifiche nel suo genoma? Questo è possibile, se non altro perchè le sequenze guida sono piuttosto corte e non sempre sono uniche in un genoma.
Non sappiamo ancora bene cosa succeda durante la riparazione del DNA tagliato da Cas9 e qual’è l’esatto spettro di modifiche che ciò implica. In più riparare il DNA tagliato su entrambi i filamenti della doppia elica è un affare notoriamente complesso e rischioso, tanto è vero che la riparazione del DNA è uno dei sistemi che vengono quasi universalmente disabilitati dai tumori.
C’è qualche evidenza che fornendo due RNA guida in zone limitrofe si possa cancellare l’intera regione di DNA compresa.
Inoltre, introducendo oltre a guide a RNA ad hoc anche un DNA stampo, Cas9 può anche correggere sequenze a piacere, non solo cancellare o aggiungere basi a caso.
Infine, disegnando più di una guida di RNA per riconoscere regioni sufficientemente distanti, si possono produrre mutazioni in più geni contemporaneamente.
L’introduzione o la cancellazione di più sequenze in modo simultaneo e controllato promette di aumentare enormemente la flessibilità’ del sistema, permettendo di ridisegnare geni a piacere in modo preciso.
Però non è ancora del tutto dimostrato quanto realizzabili, efficienti e fedeli siano queste variazioni. Nonostante ciò, volendo essere ottimisti e visionari, come per deformazione professionale lo sono gli scienziati, bisogna notare come la scoperta di CRISPR/Cas9 stia già rivoluzionando la scienza in laboratorio. Per ora sembra che Cas9 e le sequenze guida di RNA possano essere introdotte in qualunque cellula di qualunque organismo.
Ciò ha già permesso di modificare organismi modello impermeabili ad altri sistemi, sviluppare sistemi di screening innovativi in cellule in coltura e di velocizzare enormemente la costruzione di organismi modello complessi per svariate malattie.
Non si vede come nel medio-lungo periodo queste scoperte non debbano maturare una miriade di applicazioni tecnologiche da adottare con le dovute cautele anche per la medicina del futuro.

Come al solito, ovviamente, un conto è  l'applicazione in medicina, che deve affrontare problematiche connesse alla vita o alla morte, un conto, in sintonia con il Principio di Precauzione, è l'utilizzazione di tecnologie fortemente innovative per la modificazione del cibo che tutti i giorni siamo costretti ad ingerire. In particolare:

- il cibo ottenuto avrà le stesse caratteristiche di quello precedente?

- nel caso in cui non ci trovassimo di fronte allo stesso identico alimento, lo potremo comunque utilizzare con le stesse modalità di quello convenzionale?

- otterremo da questo alimento gli stessi apporti nutrizionali?

- nel caso in cui utilizzassimo il Genome Editing per "migliorare" un alimento, grazie alla presenza di «sostanze fortificanti», verrà ridotta l’incidenza di una certa malattia, ma la possibilità di contrarre altre malattie rimarrà la stessa, diminuirà o aumenterà?

- la nostra dieta quotidiana potrà rimanere invariata, oppure dovrà trasformarsi in relazione alla presenza di un "alimento diverso" che, oltre all’apporto o sottrazione di un determinato nutrimento, porta con sé altri effetti?

- in definitiva, consapevoli del fatto che non esistono «alimenti buoni o cattivi», ma solo «regimi alimentari buoni o cattivi», quando il consumatore potrà utilizzare per la dieta quotidiana un alimento modificato nelle sue caratteristiche iniziali, aumenterà o diminuirà la probabilità di dar luogo a una dieta equilibrata nell’apporto dei fondamentali fattori nutrizionali?

- aumenterà o diminuirà la probabilità di mantenere o addirittura migliorare lo stato di salute, così come auspicato?

Sarà compito della ricerca scientifica fornire dati seri circa gli effetti sulla salute di questi nuovi alimenti, affiché sia possibile informare correttamente il consumatore circa le loro caratteristiche e consentire una scelta consapevole tramite adeguata etichettatura. 

Le possibilità offerte dal Genome Editing possono rappresentare un vero e proprio stravolgimento delle abitudini dietetiche della nostra società, che diviene sempre più complessa anche dal punto di vista delle scelte alimentari, con particolare riferimento a quella frangia di popolazione che potrebbe ricavare enormi benefici dalla presenza di funzionalità specifiche negli alimenti. Infatti essi consentirebbero anzitutto di avere cibi privi di sostanze dannose alla salute, come gli allergeni incriminati o le sostanze nocive per chi soffre di allergie o di intolleranze alimentari. Inoltre sarebbero accessibili cibi arricchiti di sostanze che prevengono l’insorgere di determinate malattie o «alimenti potenziati» capaci di fornire agli atleti una dieta consona alla loro attività. Tutto ciò può condurre a una trasformazione della dieta, interrompendosi il collegamento tra alimento e caratteristiche nutritive normalmente apportate da questo stesso alimento: la vitamina C sarà presente non solo nelle arance o nei kiwi, ma anche nel riso, nelle patate e, magari, nel mais. Potrebbero sommarsi contemporaneamente in un singolo alimento le caratteristiche nutrizionali che oggi otteniamo con più alimenti, per cui la dieta quotidiana a base di amido, carne, frutta, verdura, ecc. potrebbe diventare solo un ricordo del passato. Così come si può immaginare — come provocazione — la scomparsa dell’allevamento animale per la produzione di carne, in quanto le «proteine nobili» potrebbero essere ottenute in grande quantità dalla coltivazione di specifiche piante modificate nel loro DNA. 
Purtroppo, però, la modificazione del cibo, così come siamo abituati a consumarlo, non sono tutte favorevoli. Essi dovranno rispondere a requisiti minimi essenziali di sicurezza alimentare e ambientale, ai quali non è possibile derogare, riguardanti sia le caratteristiche nutrizionali sia quelle produttive. Circa le prime, si esige l’assenza di controindicazioni di ogni tipo, in quanto la sicurezza alimentare del cibo è un prerequisito irrinunciabile: il cibo, per sua natura, non deve nuocere alla salute. 

Dal punto di vista delle esigenze agricole e commerciali vi dovrà essere comprovata possibilità di coesistenza con altre forme di agricoltura convenzionale e/o biologica: le nuove piante non dovranno ostacolarne la crescita e lo sviluppo, né minacciare la biodiversità. Inoltre vi dovrà essere separazione netta della filiera distributiva di questi «nuovi prodotti» da quella degli alimenti convenzionali, per evitare la confusione tra gli uni e gli altri da parte dei distributori e dei consumatori. Il che genererà una lievitazione dei prezzi, che potrà essere forse contenuta, ma non del tutto eliminata, dalla possibilità di ricorrere a tecniche di produzione agricola già adottate per altre piante, al fine di semplificare la coltivazione in pieno campo e frenare i costi di produzione. Infatti perché possano affermarsi sul mercato e risultare reperibili essi dovranno garantire una redditività favorevole per l’agricoltore, anche a prescindere dalla presenza di contratti di coltivazione. Sul versante dell’utilizzatore, sia esso privato o industria di trasformazione, dovrà progressivamente realizzarsi una disponibilità all’utilizzo di questi  "nuovi alimenti". 

Il problema di maggior rilevanza riguarderà le caratteristiche qualitative di questi "nuovi alimenti", poichè la facilità con la quale sarà possibile tagliare e modificare il DNA consentirà un deciso sviluppo delle applicazioni, che, al momento, è impossibile da prevedere. In particolare, ogni impresa sarà portata a differenziarsi dalle altre offrendo un prodotto diverso, modificato secondo esigenze per lo più commerciali (contenuto di sostanze, assenza di allergeni, automazione produttiva, ecc.). A questo riguardo altre domande sorgono spontanee:

- fino a che punto sarà possibile modificare le caratteristiche dell'alimento convenzionale?

- chi deciderà la quantità di principio attivo introdotto o potenziato presente nell’alimento?

- chi deciderà le altre caratteristiche nutrizionali dell’alimento?

In definitiva, una volta che sul mercato saranno presenti questi "nuovi alimenti", occorrerà garantire al consumatore il diritto di operare una scelta consapevole, in quanto potrebbe essere modificata una una situazione che al momento, e nel complesso, è accettabile. In particolare, la massiccia presenza di alimenti esteriormente uguali, ma con caratteristiche nutrizionali diverse, aumenterebbe il rischio di indurre comportamenti alimentari errati. Si tratta di un pericolo reale, che non deve essere sottovalutato. Per questo motivo, oltre ai sopra citati requisiti minimi di sicurezza, occorrerà prevedere modalità di vendita che impediscano acquisti non consapevoli. Solo così saremo sicuri di avere introdotto una innovazione che tutelerà le possibilità di scelta di ognuno di noi. 

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