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Ingegneria genetica: il ruolo delle tecniche di editing genomico e della biologia molecolare nella produzione di vino dealcolato
Il vino dealcolato è oggi sempre più sinonimo di innovazione tecnologica. L’ingegneria genetica è un termine con cui si definisce una branca della biologia applicata che utilizza conoscenze di biologia molecolare e strumenti bioinformatici per intervenire in modo mirato sul genoma degli organismi viventi. Tali interventi consentono di modificare in modo specifico le funzioni biologiche e metaboliche degli organismi.
Queste discipline trovano applicazione in numerosi ambiti, dalla medicina all’industria, fino al settore agroalimentare. In questo contesto, la bioinformatica svolge un ruolo centrale nella gestione, integrazione e interpretazione di grandi quantità di dati biologici.
In questa guida l’attenzione è rivolta a un ambito specifico: verrà illustrato come l’ingegneria genetica e la bioinformatica possano essere impiegate nelle cosiddette biotecnologie classiche. Con questo termine si intende l’uso controllato di microrganismi e dei loro pathway biochimici per ottenere un prodotto finito. Il vino rappresenta un esempio tradizionale di tale approccio, poiché è il risultato di un processo fermentativo di natura microbica.
Oggi questi processi possono essere modulati per ridurre o rimuovere la componente alcolica dal prodotto finale. Tuttavia, secondo la normativa europea vigente e la definizione dell’International Organisation of Vine and Wine (OIV), il vino è una bevanda ottenuta dalla fermentazione alcolica dell’uva, caratterizzata da un titolo alcolometrico minimo generalmente non inferiore all’8–8,5% in volume.
È quindi evidente come il vino dealcolato si inserisca in un quadro normativo complesso e stringente. Negli ultimi anni sono stati emanati regolamenti, come il C/2023/1190, con l’obiettivo di tutelare il consumatore e definire nuove categorie di prodotto. In alcuni casi, ciò ha portato a un sistema normativo percepito come frammentato.
Si tratta quindi di un’opportunità di business in forte crescita, caratterizzata da un trend positivo e sostenuto. L’espansione è favorita anche dall’accesso a nuove fasce di consumatori, come le donne in gravidanza, e a mercati tradizionalmente poco esposti al consumo di alcol, come i paesi a maggioranza islamica.
Il trend di mercato del vino dealcolato
Negli ultimi anni si osserva un trend di mercato sempre più orientato verso la riduzione del consumo di bevande alcoliche. Questa tendenza è legata sia a motivazioni di salute (si consiglia la lettura del seguente articolo che tratta la conessione fra consumo di alcol e disbiosi intestinale) sia a considerazioni di tipo nutrizionale. L’etanolo, come ampiamente documentato in letteratura scientifica, è classificato come cancerogeno di gruppo 1. Inoltre, dal punto di vista dietetico, l’alcol apporta circa 7 kcal per grammo.
In questo contesto si inserisce la crescita delle bevande a basso o nullo contenuto alcolico. Il mercato mondiale di questi prodotti ha raggiunto nel 2023 un valore stimato di circa 2,26 miliardi di dollari. Le previsioni indicano un’ulteriore espansione, con un valore atteso di circa 3,78 miliardi di dollari entro il 2030 (figura 1).
Questo scenario rappresenta un’interessante opportunità anche per i produttori vitivinicoli italiani. Negli ultimi anni, infatti, il settore ha risentito del contesto geopolitico internazionale, con una riduzione di alcune quote di mercato nell’export. La diversificazione dell’offerta può quindi costituire una leva strategica.
In tale quadro economico, la spinta tecnologica diventa un fattore chiave per la competitività rispetto ad altri competitor internazionali. Per cogliere appieno le opportunità di questo nuovo mercato, strumenti come la bioinformatica e l’ingegneria genetica applicate ai microrganismi assumono un ruolo centrale. In particolare, lo studio e l’ottimizzazione di Saccharomyces cerevisiae, protagonista della fermentazione alcolica e della produzione del vino, risulta fondamentale.
Ingneria genetica di Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae (figura 2), comunemente noto come “lievito di birra”, è il microrganismo eucariotico starter più utilizzato nella produzione di bevande alcoliche, poiché garantisce una fermentazione efficiente, stabile e controllabile. Tuttavia, pur essendo il principale attore della fermentazione alcolica, è affiancato da altri lieviti non-Saccharomyces, come Hanseniaspora, Metschnikowia e Torulaspora.
Ci concentreremo sull’ingegneria genetica di S. cerevisiae in quanto si tratta del lievito più utilizzato e di uno degli organismi più studiati al mondo. Questo eucariote è considerato un organismo modello per lo studio di alcune patologie umane, grazie alla condivisione di numerosi geni ortologhi con l’uomo.
Saccharomyces cerevisiae possiede un genoma relativamente semplice, composto da circa 6.200 geni, di cui circa 5.000 non essenziali. Questo aspetto lo rende particolarmente adatto a interventi di modifica genetica mirati su geni non indispensabili alla sopravvivenza cellulare, ma coinvolti in pathway metabolici di interesse applicativo nel mondo delle fermentazioni vitivinicole.
I geni non essenziali sono stati annotati e classificati grazie a tecniche di bioinformatica, che consentono anche screening preliminari per identificare i target più idonei da modificare. Poiché tali geni sono ampiamente caratterizzati a livello funzionale, risulta relativamente agevole applicare moderne tecniche di ingegneria genetica, come CRISPR-Cas9 (figura 3), per modificare il metabolismo del lievito.
Grazie al dominio nucleasico dell’enzima Cas9, è possibile inattivare geni selezionati secondo un disegno sperimentale, inducendo le cosiddette mutazioni loss of function (LOF).
Esiste inoltre una variante dell’editing CRISPR basata sulla proteina dCas9, priva di attività nucleasica. In questo caso, la dCas9 può essere fusa a domini d’attivazione genica (AD), promuovendo la sovraespressione di specifici target genetici e inducendo mutazioni gain of function (GOF).
Tecniche d’ottenimento del vino dealcolato: i geni da bersagliare in lievito
Le tecniche per ottenere bevande dealcolate possono agire su diverse fasi del processo produttivo. In questo paragrafo vengono approfondite le strategie che intervengono direttamente durante la fermentazione alcolica (figura 4, evidenziate in rosso), raggruppate sotto la categoria “wine fermentation – reduce or limit ethanol production”.
Attraverso interventi mirati sul metabolismo di Saccharomyces cerevisiae è possibile ridurre la produzione di etanolo senza interrompere il processo fermentativo. In linea teorica, una strategia consiste nella delezione di geni che codificano per enzimi chiave della fermentazione, come l’alcol deidrogenasi (figura 5). Tuttavia, approcci di tipo LOF risultano spesso poco efficaci, poiché la rimozione diretta di nodi metabolici centrali può compromettere la vitalità del lievito, la regolarità della fermentazione e la qualità sensoriale del vino. Ciò avviene perché vengono alterate le interconnessioni fra pathway metabolici responsabili della produzione delle molecole che costituiscono il bouquet aromatico del prodotto finito.
Per questo motivo, le strategie più robuste si basano sulla rimodulazione dei flussi metabolici piuttosto che sulla loro eliminazione. Un esempio significativo è l’aumento della produzione di glicerolo, composto naturalmente presente nel vino e responsabile della sensazione di corpo e morbidezza. Questo risultato si ottiene mediante la sovraespressione, ad esempio tramite dCas9 e mutazioni GOF, dei geni GPD1 e GPD2, che codificano per enzimi chiave della via biosintetica del glicerolo, sottraendo parte del carbonio alla sintesi dell’etanolo.
I risultati riportati in letteratura mostrano che questa strategia di riprogrammazione metabolica consente un aumento della produzione di glicerolo anche superiore al 100–200%, accompagnato da una riduzione significativa dell’etanolo, che in alcuni casi raggiunge il 20–24%. Allo stesso tempo, il profilo organolettico del vino rimane equilibrato, poiché l’aumento del glicerolo compensa la minore presenza di alcol e non avendo eliminato geni chiave, i cross-talk metabolici possono avvenire mantenendo la produzione delle molecole aromatiche tipiche.
La quota residua di etanolo e l’eventuale eccesso di glicerolo possono essere rimossi mediante tecniche di downstream processing, come la distillazione sotto vuoto, che operano a basse temperature preservando le componenti aromatiche termolabili.
Conclusioni
Il settore agroalimentare, e in particolare quello vitivinicolo, sta attraversando una fase di cambiamento profondo. Nuovi stili di vita e nuove abitudini di consumo stanno generando nuove richieste, tra cui la crescente domanda di bevande a ridotto o nullo contenuto alcolico, come il vino dealcolato.
In questo contesto diventa essenziale sviluppare tecnologie produttive in grado di garantire prodotti appetibili, sicuri e sostenibili. La sostenibilità riguarda sia l’ambiente sia l’economia della filiera. Da un lato è necessario offrire al consumatore un prezzo di vendita accessibile; dall’altro, le aziende devono contenere i costi di produzione e di gestione degli impianti, mantenendo adeguati margini di produttività e redditività.
Le esigenze dei diversi attori della filiera vitivinicola possono essere affrontate efficacemente attraverso la bioinformatica e la biologia molecolare applicata. Lo studio approfondito di microrganismi starter, come Saccharomyces cerevisiae, consente di identificare e modulare geni e pathway metabolici d’interesse tecnologico, ottenendo prodotti finiti ad alto valore aggiunto.
L’applicazione di tali approcci migliora l’efficienza dei processi fermentativi e la riproducibilità del prodotto, con benefici in termini di qualità sensoriale e riduzione degli sprechi. Dal punto di vista commerciale, ciò si traduce in un’esperienza di acquisto più soddisfacente per il consumatore.
Il vino dealcolato, e più in generale le bevande fermentate alcol free, ampliano inoltre il bacino di mercato. Possono essere consumate anche da categorie per le quali l’alcol è fortemente sconsigliato o vietato, come le donne in gravidanza. In questa prospettiva, l’innovazione biotecnologica rappresenta una leva concreta per aumentare competitività, sostenibilità e opportunità di vendita di un settore che costituisce un vero fiore all’occhiello nazionale.
Fonti:
- Exploring the Multifaced Potential of Dealcoholized Wine: A Focus on Techniques, Legislation Compliances, and Microbiological Aspects
- Effects of fermentation temperature on the strain population of Saccharomyces cerevisiae
- Alcohol and cancer
- Approvato il decreto per la produzione e tassazione dei vini dealcolati in Italia
- Non-alcoholic Wine Market (2024 – 2030)