CRISPR/Cas9 - La chiave genetica per un’alimentazione sostenibile
di Ylenia Nicolini
- Obiettivo: 2 - Sconfiggere la fame, 12 - Consumo e produzioni responsabili, 15 - Vita sulla terra
Immagina un mondo in cui possiamo coltivare piante più produttive, nutrienti, resistenti alla siccità, alle infezioni parassitarie e agli insetti, senza aumentare il consumo di risorse naturali o fare uso di pesticidi chimici dannosi per l’ambiente. Ora immagina un paio di forbici molecolari capaci di modificare con precisione straordinaria il genoma di qualsiasi organismo. Queste forbici, note come CRISPR/Cas9, esistono davvero, e rappresentano una speranza concreta per affrontare alcune delle sfide più urgenti della nostra epoca: il cambiamento climatico, la crescita della popolazione e la sicurezza alimentare.
Ma come funziona CRISPR/Cas9 e in che modo questa tecnologia sta rivoluzionando il mondo dell’agricoltura e il futuro dell’alimentazione?
Il sistema CRISPR/Cas9 è un meccanismo naturale che, per milioni di anni, ha permesso a batteri e archei di difendersi dai virus. Questi microrganismi lo usano per “archiviare” frammenti di DNA dei virus incontrati in precedenza e, quando questi tornano all’attacco, li riconoscono e li neutralizzano. Per farlo, utilizzano un RNA guida e una proteina chiamata Cas9 che, in sinergia, identificano e tagliano il DNA virale.
Descritto per la prima volta nel 2007, questo sistema è stato trasformato dagli scienziati in un potente strumento di editing genetico. Le sue componenti principali sono proprio Cas9, che funge da forbice molecolare per tagliare il DNA, e l’RNA guida, che agisce da navigatore, indirizzando Cas9 verso il punto specifico del DNA da modificare. Quando Cas9 taglia il DNA, la cellula prova a riparare il danno. In questa fase, è possibile inserire, rimuovere o sostituire sequenze geniche, cambiando con precisione le caratteristiche dell’organismo come si farebbe correggendo un testo scritto.
Dal 2013, anno in cui CRISPR/Cas9 è stata applicata per la prima volta alle piante, i risultati hanno superato ogni previsione. Grazie a questa tecnologia, colture come le banane, gli agrumi, il cacao e la vite sono state rese più resistenti a malattie causate da funghi o batteri, alimenti come il riso e il grano sono stati arricchiti di vitamine e minerali essenziali per combattere la malnutrizione nei Paesi in via di sviluppo, e cereali come il grano, il riso e il mais sono stati resi più tolleranti alla siccità e ai terreni ad alta salinità, garantendo raccolti anche in condizioni climatiche estreme.
Se le colture sono più resistenti agli stress climatici e in grado di difendersi autonomamente da malattie e parassiti, necessitano di meno fertilizzanti e pesticidi, che sono tra le principali cause di inquinamento ambientale. Questo, a sua volta, contribuisce a ridurre l’impatto dell’agricoltura sull’ambiente, settore che rappresenta una delle principali cause di inquinamento e deforestazione.
Con una popolazione mondiale destinata a sfiorare i 10 miliardi di persone entro il 2050, nei prossimi anni la produzione alimentare dovrà aumentare drasticamente. Tuttavia, risorse vitali come l’acqua e le terre coltivabili sono e saranno sempre più scarse. Dato che ogni anno perdiamo suolo fertile a causa dell’erosione, dell’urbanizzazione e dei cambiamenti climatici, per assicurare la sicurezza alimentare non sarà più possibile fare affidamento solo sui metodi agricoli tradizionali. Ed è proprio qui che entra in gioco CRISPR/Cas9, le cui applicazioni potrebbero rendere l’agricoltura sempre più efficiente e sostenibile.
Un aspetto interessante dell’impiego di CRISPR/Cas9 riguarda la “domesticazione” delle colture poco sfruttate, note come “orphan crops”. Questi alimenti, generalmente coltivati in piccole comunità locali, sono resistenti e ricchi di nutrienti, ma non hanno mai goduto dell’attenzione della ricerca scientifica. Grazie a CRISPR, sarebbe possibile migliorare rapidamente i loro caratteri, ampliando così la varietà di colture disponibili per l’agricoltura a livello globale. Un esempio concreto viene dall’Africa, dove alcune varietà locali di riso, pur essendo ben adattate alle condizioni ambientali e ai parassiti endemici, presentano limiti in termini di resa e altezza delle piante. Mediante questa tecnologia, però, gli scienziati sono riusciti a migliorare le caratteristiche di queste colture, consentendo agli agricoltori di ottenere raccolti più abbondanti senza compromettere i tratti ecologici delle piante.
Con l’aumento della popolazione mondiale e l’aggravarsi dei problemi climatici, è evidente che il futuro dell’agricoltura dipenderà da molteplici tecnologie innovative e pratiche sostenibili. CRISPR/Cas9 rappresenta una delle scoperte più promettenti del nostro tempo, ma la sua applicazione dovrà essere guidata da principi di equità e responsabilità, affinché i suoi benefici siano accessibili a tutti e non ci siano rischi per gli ecosistemi terrestri.
Nonostante le sue enormi potenzialità, CRISPR solleva infatti importanti questioni etiche: chi possiede i diritti intellettuali su una tecnologia così potente? E chi trae realmente beneficio dalle colture geneticamente modificate? Esiste il rischio che le grandi multinazionali possano monopolizzare l’uso di CRISPR, rendendo i piccoli agricoltori dipendenti da brevetti costosi? Se la scienza ci offre strumenti straordinari, spetta però a noi usarli in modo saggio e responsabile. CRISPR/Cas9 non è solo una tecnologia; rappresenta piuttosto una possibilità concreta di ripensare il nostro rapporto con l’agricoltura e con la natura, costruendo un futuro in cui cibo e ambiente possano convivere in armonia per il bene del pianeta e delle generazioni future.
Ma come funziona CRISPR/Cas9 e in che modo questa tecnologia sta rivoluzionando il mondo dell’agricoltura e il futuro dell’alimentazione?
Il sistema CRISPR/Cas9 è un meccanismo naturale che, per milioni di anni, ha permesso a batteri e archei di difendersi dai virus. Questi microrganismi lo usano per “archiviare” frammenti di DNA dei virus incontrati in precedenza e, quando questi tornano all’attacco, li riconoscono e li neutralizzano. Per farlo, utilizzano un RNA guida e una proteina chiamata Cas9 che, in sinergia, identificano e tagliano il DNA virale.
Descritto per la prima volta nel 2007, questo sistema è stato trasformato dagli scienziati in un potente strumento di editing genetico. Le sue componenti principali sono proprio Cas9, che funge da forbice molecolare per tagliare il DNA, e l’RNA guida, che agisce da navigatore, indirizzando Cas9 verso il punto specifico del DNA da modificare. Quando Cas9 taglia il DNA, la cellula prova a riparare il danno. In questa fase, è possibile inserire, rimuovere o sostituire sequenze geniche, cambiando con precisione le caratteristiche dell’organismo come si farebbe correggendo un testo scritto.
Dal 2013, anno in cui CRISPR/Cas9 è stata applicata per la prima volta alle piante, i risultati hanno superato ogni previsione. Grazie a questa tecnologia, colture come le banane, gli agrumi, il cacao e la vite sono state rese più resistenti a malattie causate da funghi o batteri, alimenti come il riso e il grano sono stati arricchiti di vitamine e minerali essenziali per combattere la malnutrizione nei Paesi in via di sviluppo, e cereali come il grano, il riso e il mais sono stati resi più tolleranti alla siccità e ai terreni ad alta salinità, garantendo raccolti anche in condizioni climatiche estreme.
Se le colture sono più resistenti agli stress climatici e in grado di difendersi autonomamente da malattie e parassiti, necessitano di meno fertilizzanti e pesticidi, che sono tra le principali cause di inquinamento ambientale. Questo, a sua volta, contribuisce a ridurre l’impatto dell’agricoltura sull’ambiente, settore che rappresenta una delle principali cause di inquinamento e deforestazione.
Con una popolazione mondiale destinata a sfiorare i 10 miliardi di persone entro il 2050, nei prossimi anni la produzione alimentare dovrà aumentare drasticamente. Tuttavia, risorse vitali come l’acqua e le terre coltivabili sono e saranno sempre più scarse. Dato che ogni anno perdiamo suolo fertile a causa dell’erosione, dell’urbanizzazione e dei cambiamenti climatici, per assicurare la sicurezza alimentare non sarà più possibile fare affidamento solo sui metodi agricoli tradizionali. Ed è proprio qui che entra in gioco CRISPR/Cas9, le cui applicazioni potrebbero rendere l’agricoltura sempre più efficiente e sostenibile.
Un aspetto interessante dell’impiego di CRISPR/Cas9 riguarda la “domesticazione” delle colture poco sfruttate, note come “orphan crops”. Questi alimenti, generalmente coltivati in piccole comunità locali, sono resistenti e ricchi di nutrienti, ma non hanno mai goduto dell’attenzione della ricerca scientifica. Grazie a CRISPR, sarebbe possibile migliorare rapidamente i loro caratteri, ampliando così la varietà di colture disponibili per l’agricoltura a livello globale. Un esempio concreto viene dall’Africa, dove alcune varietà locali di riso, pur essendo ben adattate alle condizioni ambientali e ai parassiti endemici, presentano limiti in termini di resa e altezza delle piante. Mediante questa tecnologia, però, gli scienziati sono riusciti a migliorare le caratteristiche di queste colture, consentendo agli agricoltori di ottenere raccolti più abbondanti senza compromettere i tratti ecologici delle piante.
Con l’aumento della popolazione mondiale e l’aggravarsi dei problemi climatici, è evidente che il futuro dell’agricoltura dipenderà da molteplici tecnologie innovative e pratiche sostenibili. CRISPR/Cas9 rappresenta una delle scoperte più promettenti del nostro tempo, ma la sua applicazione dovrà essere guidata da principi di equità e responsabilità, affinché i suoi benefici siano accessibili a tutti e non ci siano rischi per gli ecosistemi terrestri.
Nonostante le sue enormi potenzialità, CRISPR solleva infatti importanti questioni etiche: chi possiede i diritti intellettuali su una tecnologia così potente? E chi trae realmente beneficio dalle colture geneticamente modificate? Esiste il rischio che le grandi multinazionali possano monopolizzare l’uso di CRISPR, rendendo i piccoli agricoltori dipendenti da brevetti costosi? Se la scienza ci offre strumenti straordinari, spetta però a noi usarli in modo saggio e responsabile. CRISPR/Cas9 non è solo una tecnologia; rappresenta piuttosto una possibilità concreta di ripensare il nostro rapporto con l’agricoltura e con la natura, costruendo un futuro in cui cibo e ambiente possano convivere in armonia per il bene del pianeta e delle generazioni future.
Proposta di attività per la classe
Suddivisi in piccoli gruppi, immaginate di essere scienziati impegnati a risolvere una sfida globale legata all’agricoltura e alla sicurezza alimentare. Ogni gruppo si occuperà di un problema reale (per esempio, la resistenza delle colture alla siccità, la resistenza ai pesticidi, le malattie delle piante, la necessità di ridurre lo spreco alimentare). Sfruttando le potenzialità di CRISPR/Cas9, dovrete progettare una nuova varietà di pianta geneticamente modificata che risolva il problema scelto.
Il lavoro si articolerà in due fasi principali:
Fase 1. Progettazione del vostro intervento: definite la pianta da modificare, il problema da affrontare e spiegate come utilizzereste CRISPR per migliorare la situazione. Indicate i benefici del vostro progetto per la società, l’ambiente e l’agricoltura.
Fase 2. Creazione di una presentazione multimediale: illustrate il vostro progetto dando una spiegazione semplice ma rigorosa del problema, della soluzione proposta e dell’impatto positivo atteso.
Infine, ogni gruppo presenterà il proprio progetto in un “pitch” di 10 minuti, al termine del quale scriverà una lettera indirizzata a un immaginario finanziatore o istituzione agricola per convincerli a sostenere la propria idea innovativa. Sarete valutati per la creatività, la fattibilità e la chiarezza dell’esposizione.
Il lavoro si articolerà in due fasi principali:
Fase 1. Progettazione del vostro intervento: definite la pianta da modificare, il problema da affrontare e spiegate come utilizzereste CRISPR per migliorare la situazione. Indicate i benefici del vostro progetto per la società, l’ambiente e l’agricoltura.
Fase 2. Creazione di una presentazione multimediale: illustrate il vostro progetto dando una spiegazione semplice ma rigorosa del problema, della soluzione proposta e dell’impatto positivo atteso.
Infine, ogni gruppo presenterà il proprio progetto in un “pitch” di 10 minuti, al termine del quale scriverà una lettera indirizzata a un immaginario finanziatore o istituzione agricola per convincerli a sostenere la propria idea innovativa. Sarete valutati per la creatività, la fattibilità e la chiarezza dell’esposizione.
Bibliografia
Keiper, F., & Atanassova, A. (2022). Enabling genome editing for enhanced agricultural sustainability. Frontiers in Genome Editing, 4, 898950.
Genome editing and sustainable agriculture. Nat Sustain 7, 369–370 (2024).
Ray, S., Sneha, K., & Jangid, C. (2023). CRISPR-Cas9 for Sustainable Food Production: Impacts, Recent Advancements and Future Perspectives. Food and Humanity.
Genome editing and sustainable agriculture. Nat Sustain 7, 369–370 (2024).
Ray, S., Sneha, K., & Jangid, C. (2023). CRISPR-Cas9 for Sustainable Food Production: Impacts, Recent Advancements and Future Perspectives. Food and Humanity.
