Il mondo degli OGM: dalla scoperta all’analisi (parte 2)

Storia degli OGM: agrobacterium tumefaciens

Il terzo ed ultimo tassello della storia degli OGM riguarda A. tumefaciens. Tale batterio gram è capace di infettare principalmente le dicotiledoni e causare in esse una crescita paragonabile a quella tumorale, una patologia nota con il nome di galla del colletto.

A. tumefaciens al microscopio elettronico
Figura 1 – A. tumefaciens al microscopio elettronico [credits: fineartamerica]

Specificamente, nel momento in cui una pianta viene ferita e la sua superficie resistente si danneggia, attraverso queste zone meno protette A. tumefaciens potrà penetrare nel tessuto vegetale e trasferire un pezzo del suo DNA al cromosoma della cellula vegetale.

In questo modo, la cellula vegetale diverrà tumorale dando inizio ad un accrescimento incontrollato che genererà la condizione patologica.

Galla del colletto
Figura 2 – galla del colletto [credits: microbiologiaitalia]

Genesi della galla del colletto

Nel meccanismo di formazione di questo particolare tumore vegetale intervengono vari fattori. Innanzitutto, in seguito ad una ferita una pianta rilascia dei composti fenolici sgradevoli e repellenti che si comportano da attrattori per A. tumefaciens. In questo modo, tale batterio riconosce le zone ferite e più aggredibili della pianta.

Nella fattispecie, questi composti legano dei recettori batterici di superficie che scatenano una trasduzione del segnale con fosforilazione di una proteina, la quale induce poi la trascrizione dei geni Vir che produrranno varie proteine Vir. In particolare, parliamo di proteine SSB (single strand binding protein). In particolare, distinguiamo:

  • Proteina VirD responsabile del doppio taglio del DNA in corrispondenza di due siti del plasmide Ti (tumor inducing) che indurrà il tumore. Difatti, a partire da quest’ultimo si staccherà, come singola elica, un frammento di T-DNA (DNA trasformante);
  • Vir E che interviene per proteggere il singolo filamento di T-DNA dalla degradazione;
  • Vir B la quale formerà un vero e proprio canale tra la cellula batterica e quella vegetale, fungendo da ponte e mettendo in collegamento tra loro le due membrane.

Quindi, attraverso questo “ponte” il frammento di T-DNA, rispettivamente legato alle proteine SSB, sarà trasferito nella cellula vegetale. A questo punto, avvenuto il trasferimento, il T-DNA dal citoplasma della cellula vegetale entra nel nucleo e si va ad integrare nel genoma vegetale.

Genesi della galla del colletto
Figura 3 – genesi della galla del colletto [credits: docplayer]

L’integrazione nei cromosomi è specifica ed avviene in prossimità delle opine, geni responsabili della regolazione di particolari fattori di crescita delle cellule vegetali; tali geni fanno sì che la cellula inizi a duplicarsi in modo incontrollato, sviluppando appunto il tumore.

Gene editing ed A. tumefaciens

A. tumefaciens costituisce, pertanto, uno strumento per introdurre nel genoma di una cellula vegetale un DNA batterico specifico, che in questo caso è il T-DNA.

Meccanismo d'inserzione genica dell'A. tumefaciens
Figura 4 – meccanismo d’inserzione genica dell’A. tumefaciens [credits: slideplayer]

Infatti, gli studiosi che per primi realizzarono degli OGM immaginarono d’inserire, al posto del T-DNA, un frammento di DNA d’interesse (come quello del gene della tossina bt), fornendo dunque alla pianta considerata un gene esogeno. Così facendo, si giunse alla produzione delle piante transgeniche.

Specificamente, introducendo il gene bt e facendo proliferare la cellula vegetale, si genera un’intera pianta che in ogni sua cellula produce la tossina bt, la cosiddetta pianta autoprotetta. Pertanto, appena la larva della piralide comincia a mangiare le foglie di questa tipologia di pianta, ingerendo la tossina bt, essa muore immediatamente senza avere il tempo di causare danni alla piantagione.

Dunque, sfruttando le conoscenze acquisite sulla base di questi tre tasselli:

  • tossina bt;
  • enzimi di restrizione;
  • meccanismo di inserzione genica dell’ A. tumefaciens.

Si giunse alla generazione delle piante OGM di prima generazione. Con questa procedura oggi vengono create anche numerose piante modificate capaci di crescere in terreni estremamente aridi.

OGM di seconda generazione: dalla trasformazione nucleare a quella plastidiale

Questo tipo di trasformazione non prevede più il coinvolgimento di batteri perché A. tumefaciens è in grado di trasferire DNA solo a livello nucleare.

Infatti, in questo caso, il processo trasformativo è di tipo meccanico ed avviene facendo aderire il DNA transgenico a dei micro-proiettili di tungsteno o oro.

Successivamente, mediante un vero e proprio micro-cannone, si andranno a “sparare” queste particelle coniugate al DNA transgenico sulle cellule bersaglio.

Dunque, tale DNA entrerà x volte nel nucleo ed y volte nei cloroplasti o nei mitocondri. A questo punto, si effettua uno screening delle cellule trasformate a livello plastidiale. Queste cellule saranno successivamente utilizzate per realizzare una nuova pianta transgenica cosiddetta OGM di seconda generazione.

La caratteristica di questa tipologia di piante è quella di non diffondere il carattere transgenico ad altre piantagioni; difatti, i cloroplasti sono organelli semi-autonomi che posseggono un proprio DNA. Quindi, effettuando esclusivamente la trasformazione OGM del DNA plastidiale dei gameti maschili, non avverrà la diffusione del DNA transgenico.

Pro e contro degli OGM

Contrariamente all’ideologia generale molto diffusa, la realizzazione degli OGM è da considerarsi con accezione positiva in quanto i casi negativi sono stati pochissimi.

In particolare, tra i vari casi di errato utilizzo degli OGM ricordiamo, ad esempio, quello dovuto a peculiari acidi grassi della noce brasiliana molto allergenici per alcune persone, motivo per cui ne fu interrotta la produzione.

Lo strano caso della “fragola pesce”

Nel tentativo di screditare l’utilizzo degli OGM, nel corso degli anni sono nate delle vere e proprie “bufale”, tra queste ricordiamo il caso della famosa “fragola pesce” mai commercializzata e nemmeno mai realizzata.

La famosa "fragola pesce"
Figura 5 – la famosa “fragola pesce” [credits: ilfattoquotidiano]

Per comprendere questo particolare caso montato ad hoc, capiamo innanzitutto perché poteva essere interessante realizzare questo tipo di OGM.

Tra i vari transgenici alcuni presentano un particolare tipo di tolleranza al cold-shock, ovvero allo stress da freddo. Questo stress costituisce un grande problema per la cellula perché, ad esempio, una cellula che magari vive benissimo a 30°C potrebbe rischiare di morire a 10°C.

Ciò è dovuto al fatto che il cold-shock agisce determinando la formazione di strutture secondarie che rendono impossibile la traduzione dell’mRNA, non consentendo la produzione di alcune proteine. Poiché di moltissime proteine è necessario avere una produzione continua, qualora questa venisse a mancare l’organismo andrebbe incontro a morte.

Uno dei frutti particolarmente danneggiati dagli improvvisi abbassamenti di temperatura è proprio la fragola.

Proteine csp

Per risolvere il problema della formazione delle strutture secondarie degli mRNA, in natura esistono delle proteine, le csp (cold shock proteins) che vanno a legare le regioni del messaggero.

In particolare, è stato visto che la fragola manca di queste proteine. Pertanto, s’immaginò di introdurre i geni csp nel genoma del suddetto falso frutto. A tal proposito, si pensò di utilizzare quelli provenienti dal genoma dei pesci antartici, nello specifico dal merluzzo.

Questa modifica non è mai stata fatta ma dalla semplice idea, dal semplice tentativo ne scaturì, nell’immaginario collettivo, un falso mito che danneggiò enormemente la reputazione degli OGM.

Addirittura, in Italia tale demonizzazione ha portato ad una moratoria contro gli OGM, in particolare quelli utilizzati in agricoltura, per cui oggi ci troviamo in una situazione paradossale: importiamo frutta e verdura OGM dall’estero, la utilizziamo, la mangiamo, l’acquistiamo, ma per legge non possiamo produrla.

OGM e resistenza ai virus

Attraverso la tecnica degli OGM è anche possibile realizzare piante resistenti ai virus che costituiscono da sempre una vera e propria piaga per molte produzioni agricole.

Specificamente, la maggior parte dei virus per infettare l’ospite necessita di una porta d’ingresso, spesso costituita da un recettore di membrana.

Quello che si può fare è generare un recettore modificato in modo che il dominio del ligando naturale continui ad essere funzionale, ma la zona di contatto del virus non sarà più compatibile con l’aggancio virale.

Attraverso questa modifica, l’organismo che si viene a creare non è un transgenico perché si va semplicemente a modificare un gene già posseduto da una determinata cellula, facendo una cosiddetta evoluzione in vitro

Giovanna Spinosa

Fonti

  • https://www.microbiologiaitalia.it/didattica/organismi-geneticamente-modificati-ogm/;
  • https://kids.frontiersin.org/articles/10.3389/frym.2020.00064;
  • https://www.researchgate.net/profile/Girma-Alelign/publication/347240660_The_Effects_of_Genetically_Modified_Organisms_GMO_on_Environment_and_Molecular_Techniques_to_Minimize_Its_Risk/links/5fe6348492851c13febda77e/The-Effects-of-Genetically-Modified-Organisms-GMO-on-Environment-and-Molecular-Techniques-to-Minimize-Its-Risk.pdf.

Crediti delle immagini

  • Figura 1: https://fineartamerica.com/featured/2-agrobacterium-tumefaciens-dennis-kunkel-microscopyscience-photo-library.html;
  • Figura 2: https://www.microbiologiaitalia.it/batteriologia/agrobacterium-tumefaciens-il-batterio-che-sfrutta-le-piante/;
  • Immagine 3: https://docplayer.it/54011228-Ingegneria-genetica-favorevoli-o-contrari.html;
  • Immagine 4: https://slideplayer.it/slide/954101/;
  • Figura 5: https://www.ilfattoquotidiano.it/2012/05/02/dice-report/215103/.

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