La sfida del futuro sarà quella di produrre di più e meglio, utilizzando meno risorse naturali, in modo da ridurre anche l’impatto dell’attività umana sul pianeta. Le biotecnologie, che già rappresentano un motore strategico di innovazione per le scienze della vita e la bioeconomia - intesa come sistema che utilizza le risorse biologiche, inclusi gli scarti, come input per la produzione di beni ed energia - possono offrire un contributo chiave, consentendo di guardare a un futuro dove è possibile unire crescita economica e sviluppo sostenibile, un legame di cui si percepisce sempre più l’urgenza.
“Dai cambiamenti climatici alla perdita di biodiversità, le crisi che stiamo affrontando sono le conseguenze dirette di un modello economico che è rimasto lo stesso dagli albori della rivoluzione industriale”, ha dichiarato Elena Sgaravatti, Vicepresidente Federchimica Assobiotec. “Occorre ripensare profondamente il modo in cui si crea valore, allontanandosi dall'economia lineare, sostanzialmente estrattiva. È necessario un profondo cambiamento trasformativo: abbiamo bisogno di un'economia circolare e rigenerativa su larga scala. È in piena coerenza con l’approccio ‘One Health’, che oggi ormai tutti riconosciamo come indirizzo strategico per una crescita sostenibile”.
Le biotecnologie per rispondere alle sfide del nostro tempo
In questo scenario, le biotecnologie possono contribuire a raggiungere gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile fissati dalle Nazioni Unite. Il secondo obiettivo, ad esempio, affronta l’urgente sfida di migliorare la disponibilità di cibo, di combattere tutte le forme di malnutrizione e di assicurare la diversità genetica di semi, piante coltivate, animali da allevamento e domestici. Fra gli strumenti citati: la riduzione degli impatti ambientali della produzione alimentare con particolare riferimento all’applicazione di pratiche agricole resilienti che aumentino la produttività e la produzione, che aiutino a conservare gli ecosistemi, che rafforzino la capacità di adattamento ai cambiamenti climatici, alle condizioni meteorologiche estreme, alla siccità, alle inondazioni e agli altri disastri, e che migliorino progressivamente il terreno e la qualità del suolo.
Le biotecnologie possono giocare un ruolo fondamentale per lo sviluppo di un’agricoltura in grado di “produrre di più con meno”. Grazie alle nuove biotecnologie per il miglioramento genetico, ad esempio, è possibile la progettazione di varietà migliorate, la selezione assistita su base molecolare e il trasferimento di geni utili a migliorare, in modo sostenibile, la qualità nutrizionale dei prodotti. Le nuove tecniche genomiche possono infatti essere utilizzate anche per sviluppare cibi dagli alti valori nutrizionali; attraverso l’incremento della biodisponibilità dei micronutrienti e l'ingegneria metabolica è possibile soddisfare le esigenze nutrizionali e sradicare il rischio di malnutrizione, così come è possibile contribuire alla formulazione di ingredienti con potenziali effetti funzionali, includendo il mondo della nutraceutica. Inoltre, le biotecnologie possono rendere disponibili risorse proteiche alternative a minore impatto ambientale, ma anche processi di supporto al sistema di produzione agricolo, come bio-fertilizzanti e biostimolanti.
Queste tecnologie possono costituire un valido alleato anche nel rispristino degli ecosistemi e contro la perdita di biodiversità. Combattere la desertificazione, ripristinare i terreni degradati e il suolo, adottare misure urgenti e significative per ridurre il degrado degli habitat naturali, arrestare la perdita di biodiversità, sono alcune delle priorità individuate nell’obiettivo numero 15 delle Nazioni Unite. In questo contesto, le biotecnologie possono contribuire a contenere la deforestazione e la perdita degli habitat naturali: possono infatti essere impiegate per rendere l’agricoltura più sostenibile grazie all’introduzione di nuove varietà vegetali, in grado – solo per fare un esempio – di aumentare la resistenza ai parassiti, limitando la necessità e la ricerca di nuovi terreni coltivabili, garantendo così la conservazione della biodiversità.
La ricerca sulle TEA in Italia
Negli ultimi anni, il sistema scientifico italiano sia attraverso il progetto BIOTECH, finanziato dal Ministero dell’Agricoltura e coordinato dal CREA, sia mediante altre iniziative, ha sviluppato conoscenze avanzate nell’ambito delle TEA relativamente alle più importanti specie agricole italiane (frumento, riso, pomodoro, vite, melo, agrumi, ecc.). Questo lavoro, che ha portato alla selezione di piante di volta in volta resistenti alle malattie, agli stress abiotici e/o con migliori caratteristiche qualitative e con potenzialità produttiva più elevata, è rimasto fino a oggi confinato nei laboratori. Le piante già selezionate con le TEA, e quelle che saranno selezionate nei prossimi anni, costituiscono una grande opportunità per l’agricoltura italiana – basti pensare solo alle perdite causate dalla siccità - purché però ci sia la possibilità di testarle in campo, una opzione al momento preclusa.
BIOTECH, in particolare, è il più importante progetto di ricerca pubblica per lo sviluppo delle TEA in agricoltura. Finanziato nel 2018 con uno stanziamento di circa 6 milioni di euro, e partecipato anche da università, CNR e altri enti, il progetto ha contribuito a sviluppare un know-how diffuso, coinvolgendo circa 25 laboratori e 15 specie. Nello specifico, come si legge su CREAfuturo, BIOTECH ha interessato diverse specie, sia ortofrutticole che cerealicole, di notevole importanza per il nostro sistema agroalimentare, “mettendo a sistema il capitale genetico e di conoscenze, già presente in numerose istituzioni pubbliche del Paese, per consentire ai nostri ricercatori di essere protagonisti nel contesto europeo e mondiale della ricerca genetica e biotecnologica”, ha spiegato Luigi Cattivelli, coordinatore del progetto.
Luigi Cattivelli, Direttore CREA Centro Genomica e Bioinformatica. Fonte: YouTube
Il cuore scientifico di BIOTECH è rappresentato dall’applicazione delle nuove biotecnologie per il miglioramento genetico, in particolare la cisgenesi e il genome editing, alle filiere produttive nazionali, per ottenere piante più produttive, sostenibili e resilienti ai cambiamenti climatici, “in modo da preparare il made in Italy agroalimentare alle grandi sfide del nostro tempo, mantenendo intatta la sua autenticità”, si legge sempre su CREAfuturo. Il progetto si è concluso lo scorso febbraio, producendo diverse piante che sono pronte per una sperimentazione in campo.
“La premessa importante è che queste sono attività concluse a livello progettuale, ma in parte ancora in corso, perché sarà necessario un follow-up per raccogliere i risultati”, ci tiene a sottolineare Cattivelli a margine dell’evento “Per un’agricoltura produttiva, sostenibile e competitiva: il contributo della genetica vegetale avanzata”, che si è svolto lo scorso 14 marzo a Roma. Ma quali sono i principali risultati di questo progetto? BIOTECH, come ci racconta Cattivelli, sì è concentrato soprattutto su alcuni aspetti: la resistenza alle malattie e il miglioramento delle caratteristiche qualitative. Poi ci sono lavori anche sugli adattamenti ai cambiamenti climatici e sul miglioramento della produttività.
1) Biotecnologie per la resistenza delle piante alle malattie
“Per quanto riguarda l’introduzione di resistenze alle malattie, ma senza cambiare in nulla le caratteristiche qualitative delle piante tradizionali, abbiamo lavorato sulle viti per ottenere delle piante che contengano fonti di resistenza alla peronospora e all’oidio, ovvero due delle tre maggiori patologie della vite (la terza è rappresentata dalla Botritis, ndr)”, spiega il ricercatore. “In questo caso, sono state sviluppate piantine che al momento sono solo in vitro, contenendo geni che conferiscono resistenza a queste due malattie: per la peronospora, mediante cisgenesi, e per l’oidio, grazie al genome editing”.
Rispetto alle viti cisgeniche, come è stato evidenziato dalla presentazione di Cattivelli, mentre le viti che noi coltiviamo sono tutte sensibili alle malattie, quelle selvatiche risultano resistenti alle stesse patologie. “Ovviamente, non fanno lo stesso vino, forse non fanno proprio un vino bevibile, però queste viti selvatiche sono incrociabili con le viti coltivate. Utilizzando un approccio di cisgenesi, è stato possibile prendere il gene della resistenza e inserirlo all’interno di una vite coltivata. Abbiamo trasferito solo questo gene, che non ha alcun impatto dal punto di vista qualitativo sulle caratteristiche organolettiche dell’uva e del vino che ne deriva”, ha precisato il ricercatore.
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“Un altro caso interessante riguarda il basilico: grazie al genome editing, infatti, abbiamo introdotto una resistenza alla peronospora di questa pianta”, continua Cattivelli. “Abbiamo trasferito nel frumento duro un gene del frumento tenero, che codifica per una nuova fonte di resistenza all’oidio. Abbiamo sviluppato anche pomodori capaci di bloccare lo sviluppo di alcune infestanti, grazie a un gene editato. C’è inoltre tutto un lavoro sulla resistenza al fuoco batterico del melo e del pero, sulla resistenza alla ticchiolatura del melo, ed altro ancora”.
2) Biotecnologie per migliorare le caratteristiche delle piante
Le TEA possono contribuire anche a migliorare le caratteristiche nutritive e qualitative. “Questa è una delle aree su cui il progetto ha investito di più”, ci racconta il ricercatore. Ad esempio, grazie a una collaborazione tra CREA, CNR e un istituto di ricerca del Regno Unito, è stato ottenuto un pomodoro in grado di accumulare vitamina D, inducendo due mutazioni in due geni. “La vitamina D si trova esclusivamente nei prodotti di origine animale – latte, formaggi, carne – e, in questo caso invece è stato selezionato un pomodoro che produce provitamina D, che poi viene trasformata in vitamina D”, ha spiegato Cattivelli, presentando il documento.
Fonte: YouTube
BIOTECH si è concentrato anche sulla capacità di ottenere prodotti senza semi, un aspetto qualitativo che ha una certa rilevanza per il mercato. “Abbiamo ottenuto delle melanzane senza semi che consentono di ampliare il periodo di raccolta del frutto, e stiamo lavorando per avere nuove varietà di uva senza semi, mediante genome editing”, ci illustra il ricercatore. Un altro aspetto importante è l’aumento del contenuto di composti antiossidanti, che ha riguardato il pomodoro e gli agrumi. “Nel caso degli agrumi, in particolare, abbiamo un lavoro dove si punta a mettere insieme sia i carotenoidi che le antocianine nello stesso frutto, in sostanza nell’arricchire il contenuto di antiossidanti delle arance”, spiega Cattivelli.
3) Biotecnologie per migliorare le capacità produttive delle piante
Le TEA possono servire anche a migliorare la capacità produttiva. “Stiamo lavorando su geni che determinano la dimensione e il numero dei semi nei cereali, ma c’è ancora molto lavoro da fare”, ci racconta il ricercatore. “Per ora abbiamo alcune evidenze che è possibile avere piante con semi un po' più grandi, una delle strategie per aumentare la produzione”. Nel corso della presentazione, infatti, Cattivelli ha spiegato che è stato possibile aumentare la grandezza dei semi del 20%, lavorando sui geni che ne controllano la dimensione. “Questo non significa che la pianta produrrà il 20% in più, ma queste tecnologie sono chiaramente in grado di modificare caratteri che in qualche misura hanno un impatto sulla produzione”.
4) Biotecnologie per consentire alle piante di adattarsi ai cambiamenti climatici
Un’altra area di applicazione delle TEA, che diventerà sempre più rilevante, è quella che riguarda l’adattamento ai cambiamenti climatici. “I dati più robusti li abbiamo ottenuti rispetto ai pomodori resistenti allo stress salino e allo stress idrico. E stiamo lavorando per cambiare la struttura delle radici nel riso, però non siamo così avanti come nel caso dei pomodori”, ci racconta Cattivelli. Un riso con radici più lunghe, infatti, diventa più resistente in caso di siccità, quando la disponibilità di acqua è minore. “Adattare le piante ai cambiamenti climatici è una questione molto complessa, però queste tecnologie consentono di fare passi avanti che sarebbe impossibile fare senza di loro”, ha commentato Cattivelli.
La necessità di arrivare alla sperimentazione in campo
Come si spiegano questi diversi livelli di avanzamento dei lavori? “L’aspetto di fondo è capire come ci rapportiamo nei confronti della proprietà intellettuale”, sottolinea ad Assobiotec il ricercatore. “Quando abbiamo iniziato il progetto, avevamo due tipi di approccio. Uno consisteva nel prendere un gene già noto, di cui si conosce la funzione, e trasferirlo in una varietà prestabilita per ottenere un certo risultato: molti dei risultati acquisiti sono stati ottenuti con questo approccio. Ovviamente, questo costituisce un vincolo, perché non siamo stati noi ad aver scoperto il gene, non siamo i proprietari, e poi bisogna capire come è strutturata la proprietà intellettuale sul gene”, continua Cattivelli. “Con l’altro approccio, invece, siamo andati alla ricerca di nuovi geni che controllano i caratteri, ma in questo caso ci vuole più tempo per ottenere dei risultati. Ad esempio, siamo proprio a questo livello in merito al lavoro sulla produttività, perché siamo andati a cercare nuovi sistemi genici che controllano la dimensione del seme”. Insomma, la differenza sostanziale tra progetti più o meno avanzati sta nel punto di partenza: quando siamo partiti da geni già caratterizzati siamo arrivati prima, ma dobbiamo poi vedere chi ha la proprietà intellettuale sui geni già descritti in letteratura.
“Per costruire un futuro nel settore della genomica agraria (la scienza che seleziona tutte le piante che coltiviamo) è importante avere in mano il know-how sui geni, solo questo rende il paese competitivo a livello internazionale. Se non investiamo sulle conoscenze genetiche (geni e loro funzione) e non costruiamo un portfolio di proprietà intellettuale, arriveremo con il fiato corto”, ci tiene a sottolineare Cattivelli. “Nella prospettiva di rendere il Paese competitivo, sullo stesso piano degli altri, è dunque fondamentale sviluppare anche le conoscenze di base, quelle che poi sono coperte da proprietà intellettuale e da cui nasceranno nuove applicazioni”, ribadisce il ricercatore. “Questa è veramente la differenza tra guardare lontano e tirare a campare”.
Grazie a BIOTECH sono state ottenute conoscenze avanzate e competenze specialistiche in un settore innovativo ed emergente nel panorama della ricerca in agricoltura, che pone l’Italia al passo degli altri Paesi europei più avanzati. Il progetto ha permesso un balzo in avanti sulla conoscenza delle basi molecolari dei caratteri alla base del miglioramento genetico, aprendo l’orizzonte alla selezione di piante più sostenibili e più adatte ai nuovi scenari climatici.
Ma perché adesso è così importante sperimentare in campo quanto ottenuto nei laboratori di ricerca? “Primo, perché in un vaso le radici possono arrivare solo fino al fondo, senza poter andare oltre, mentre in un campo c’è qualcosa sotto. Poi perché le condizioni climatiche (e non solo) presenti in campo sono diverse da quelle che si hanno in laboratorio. Infine, in un vaso la pianta vive da sola, mentre in campo vive in una comunità di piante, una situazione molto diversa”, ci spiega Cattivelli. “Quindi, le prove fatte in vaso possono non predire il comportamento effettivo in campo. È atteso che alcuni dei risultati osservati in vaso in campo non si riprodurranno allo stesso modo, ma questo fa parte della ricerca”.
Questi i link alle precedenti puntate del nostro dossier sulle Tecnologie di Evoluzione Assistita:
> TEA, le biotecnologie per un’agricoltura più sostenibile
> TEA, una proposta di legge apre nuovi spiragli
> Per rilanciare Made in Italy e ricerca tre proposte di legge per la sperimentazione in campo delle TEA
L'articolo è stato redatto dal giornalista Marco Arcidiacono, nell'ambito del progetto "Biotech, il futuro migliore". Il progetto nel 2023 è realizzato da Federchimica Assobiotec, con il supporto di StartupItalia e grazie al sostegno di AbbVie, AGC Biologics, Alexion, Aptuit Verona (an Evotec company), AstraZeneca, Biosphere, BMS, Chiesi, DiaSorin, Genenta Science, Gilead, Novartis, Pfizer, Roche, Rottapharm Biotech, Sanofi, Takeda, UCB, Vertex.