Biotecnologie e miglioramento genetico: riuscirà il genome editing dove hanno fallito gli OGM?

Il consolidamento di metodologie molecolari di intervento mirato sul genoma cellulare, indicate complessivamente con il termine genome editing, rappresenta uno degli avanzamenti tecnologici più importanti realizzati in biologia nell’ultimo decennio. La possibilità di cambiare in modo chirurgico specifiche sequenze di DNA, una sorta di Santo Graal per generazioni di genetisti e di biologi molecolari, è talmente rivoluzionaria da aprire nuove prospettive conoscitive e applicative in tutti i campi delle scienze della vita. Tale rivoluzione promette di fornire un impulso decisivo affinché le biotecnologie diventino un asse portante dell’economia del XXI secolo. Non è difficile immaginare l’impatto potenziale del genome editing nel miglioramento genetico delle specie di interesse per l’agricoltura, contribuendo all’ottenimento in tempi brevi di nuove varietà più consone alle esigenze dell’agricoltura contemporanea. La rivoluzione del genome editing consentirebbe di rispondere alle sfide sempre più pressanti poste dai cambiamenti climatici ed a quelle legate alla necessità di ripensare la pratica agricola secondo i dettami della sostenibilità. Non è quindi sorprendente che sul genome editing nel miglioramento genetico siano cresciute grandi aspettative, ma che si siano levate anche voci di cautela e persino di contrasto alla sua applicazione. Nella narrazione a supporto del contrasto all’uso del genome editing spicca il tentativo di omologare i suoi prodotti agli OGM, sottoponendoli così ad una regolamentazione talmente restrittiva e costosa da ottemperare da renderli di fatto non utilizzabili in Italia e in Europa.
Non è scopo di questa mia nota soffermarmi sulle differenze tecniche sostanziali tra transgenesi e genome editing, né desidero entrare nel merito della diatriba sull’adozione del genome editing in Italia e in Europa nella quale la mia posizione a supporto del loro utilizzo, e anche quella di numerose società scientifiche nazionali ed europee, sono state espresse in numerosi documenti e dibattici pubblici. Piuttosto, riprendendo il titolo di questa nota, desidero argomentare come il contesto scientifico attuale, derivato dai considerevoli avanzamenti conoscitivi e tecnici prodotti dalla genomica e dalle sue applicazioni superi alcune delle limitazioni scientifiche che a mio avviso hanno contribuito al sostanziale fallimento degli OGM in agricoltura. Perché di fallimento si tratta, nonostante i milioni di ettari coltivati nel mondo con OGM.
Lo scorso novembre, in occasione di una giornata di confronto su aspetti tecnici e sociali del genome editing applicato al miglioramento genetico, organizzata a Bruxelles dalla Federazione delle Accademie Scientifiche Europee (https://allea.org/), Sir Davis Baulcombe, eminente biologo vegetale e genetista della Royal Society, nella sua prolusione citò Roy Amara, ricercatore e scienziato dell’Institute for the Future americano, e la sua legge. Nella sua prima parte la legge dice che “nel breve periodo tendiamo a sovrastimare gli effetti di una tecnologia” (S. Ratcliffe, ed., 2016). Negli scorsi decenni nel campo del miglioramento genetico si sono succeduti esempi quasi clamorosi di questa sovrastima. Molti di noi ricorderanno le grandi aspettative sorte a cavallo degli anni ’80 e ’90 sull’uso dei marcatori molecolari, tanto da indurre alcuni a decretare la fine del miglioramento genetico fino ad allora conosciuto. Ci vollero vent’anni prima che l’applicazione dei marcatori molecolari fosse inglobata come metodologia ausiliaria, seppur importante, nel miglioramento genetico attuale. Il caso degli OGM è ancora più eclatante. Anche dove ampiamente utilizzate, le varietà OGM di successo si limitano all’introduzione di un numero di caratteri che si può contare sulle dita di una mano. Un risultato ben magro per una tecnologia che si proponeva di rivoluzionare il modo di fare miglioramento genetico. Non sottostimo certamente il ruolo che hanno giocato i gravi errori di comunicazione fatti nelle prime fasi della presentazione della nuova tecnologia, né la politicizzazione e la radicalizzazione del dibattito sull’impiego o meno di OGM in agricoltura. Ritengo tuttavia che il loro fallimento sia dipeso in buona parte anche dall’incapacità di questa tecnologia di proporre quella gamma di caratteristiche “migliori” necessarie a rendere fortemente desiderabili le piante OGM anche al di fuori dell’agricoltura intensiva condotta nel Nuovo Mondo o in Cina. Tale incapacità è dipesa principalmente dall’insufficiente conoscenza dei complessi meccanismi genetici e molecolari che controllano la maggior parte dei caratteri di interesse agrario, dalle resistenze agli stress biotici e abiotici, ai processi di sviluppo, alle caratteristiche quantitative e qualitative dei prodotti. Si è cercato spesso il golden gene che potesse introdurre caratteristiche migliori, ma di golden genes ce ne sono pochi. Le complessità organizzative e i costi elevati correlati all’introduzione sul mercato di nuovi OGM dovuti alla regolamentazione vigente, e le problematiche legate alla scarsa accettazione da parte della pubblica opinione, hanno fatto il resto.
Seppure ancora nella sua fase giovanile, la tecnologia del genome editing, con la sua precisione di intervento e la relativa semplicità, si sviluppa in un contesto di conoscenze nel quale sono giunte a maturazione numerose metodologie e approcci che, insieme e in modo complementare tra loro, potranno portare ad un cambiamento radicale nei processi di miglioramento genetico. Questa visione è rappresentata nella Figura 1, nella quale sono indicate le interconnessioni tra le conoscenze derivate/derivabili da diversi ambiti di ricerca e che possono portare alla progettazione di nuovi specifici genotipi in grado di rispondere alle esigenze più diversificate. L’enorme capacità di sequenziamento del DNA, in continuo aumento, consente di determinare in modo dettagliato e sempre più preciso la struttura e l’organizzazione del materiale genetico di specie anche caratterizzate da un genoma molto grande e complesso, quale ad esempio quello dei frumenti. Inoltre, il confronto dei dati di sequenza prodotti su numerosi individui della stessa specie, o di specie evolutivamente vicine, permette ai ricercatori di identificare, misurare e studiare la variabilità genetica che caratterizza le risorse genetiche disponibili.

Figura 1. Schema sulle interconnessioni tra diverse discipline e tecnologie che producono livelli diversi di conoscenze che in modo integrato convergono verso un nuovo modello di miglioramento genetico

In modo complementare, è accresciuta anche la capacità di misurare in modo preciso e approfondito le caratteristiche fenotipiche di migliaia di individui, sia in pieno campo sia in condizioni controllate, mediante piattaforme ad alta processività, che consentono di misurare differenze a carico di macro-fenotipi e anche di variazioni a livello metabolico e di espressione genica.
Il punto di congiunzione tra le informazioni genomiche e la caratterizzazione fenotipica è fornito dallo sviluppo di popolazioni genetiche appropriate, sotto forma di ampie collezioni di germoplasma, talvolta indicate come diversity panels, o come popolazioni genetiche artificiali, bi- o multi-parentali. L’adozione di approcci statistici avanzati consente ora di mappare le componenti genetiche che controllano la variabilità di caratteri fenotipici complessi, in breve consente di “mappare i fenotipi” ovvero identificare, con un supporto statistico elevato, la/le regione/i cromosomiche, e quindi le sequenze di DNA, che presumibilmente spiegano le differenze fenotipiche osservate tra individui geneticamente contrastanti. La biologia molecolare e la fisiologia permettono di dissezionare le sequenze geniche e di identificare quelle differenze molecolari che possono diventare il bersaglio di un cambiamento diretto operato mediante genome editing.
Da questo quadro emerge chiaramente come l’impatto che il genome editing potrebbe avere nel miglioramento genetico derivi dal farne il punto di arrivo di azioni coordinate di produzione e di analisi di big data, ottenuti dalla sovrapposizione di livelli di caratterizzazione diversi.
Tornando alla teoria di Roy Amara, essa nella seconda parte sostiene che per le innovazioni tecnologiche realmente rivoluzionarie “alla precoce sopravvalutazione, segue una forte sottostima degli effetti pervasivi sulla società della tecnologia”. Personalmente sono convinto che il genome editing possa effettivamente essere una delle tecnologie rivoluzionarie, al pari del motore a scoppio o del sequenziamento dei genomi, e che per questo sarebbe un grave errore per l’Italia e l’Europa rinunciarvi, abdicando di fatto a svolgere quella azione innovativa che ha caratterizzato da sempre la nostra ricerca e innovazione in agricoltura. Per questi stessi motivi, ritengo che noi ricercatori, se da un lato dobbiamo evitare di accendere aspettative irragionevoli, dall’altro dobbiamo affrontare apertamente il confronto, considerando attentamente le ragioni anche di coloro che esprimono posizioni fortemente critiche, purché costruttive e non aprioristiche.
Ritengo infine che l’affermazione o meno dei prodotti del genome editing in agricoltura dipenderà molto dalla capacità di convincimento e di sostegno che la comunità scientifica sarà in grado di realizzare e di ottenere dai portatori di interessi, in primis gli agricoltori, e dall’opinione pubblica in senso lato. È quindi fondamentale evitare gli errori di comunicazione commessi con gli OGM. Le piante OGM si differenziano da quelle derivate da genome editing non solo per gli aspetti tecnici, ma soprattutto per il contesto scientifico e sociale nel quale si sono sviluppate. Definire le piante prodotte dal genome editing come i nuovi OGM non solo è tecnicamente sbagliato, poiché il genome editing riproduce in maniera mirata eventi molecolari che possono avvenire in natura in maniera casuale, ma è fuorviante e pregiudizievole per un dibattito franco sul loro futuro.

Citazioni
Ratcliffe Susan, 2016. Roy Amara 1925–2007, American futurologist. Oxford Essential Quotations. 1 (4th ed.). Oxford University Press.

Dedico con emozione questa mia nota al maestro e amico Michele Stanca, con il quale anche di recente ebbi modo di confrontarmi su molti dei temi qui ripresi e che l’hanno visto impegnato in prima persona fino a quando ci ha lasciato il mese scorso. Con grande tristezza mi rendo però conto che questa volta non riceverò la sua telefonata per approfondire questo o quell’aspetto, per indicare punti che avrei dovuto esplicitare meglio o che ho dimenticato totalmente, non ci saranno le parole di sprone a continuare determinati nell’impegno a contribuire con le nostre capacità ad accrescere le conoscenze scientifiche che sono il motore dell’innovazione.