Riscrivere il DNA. Ma per farne cosa?

È passato poco più di un decennio da quando l’illustre rivista scientifica Science ha pubblicato uno studio che gli addetti ai lavori hanno definito “rivoluzionario”. Ricordo ancora nitidamente le immagini in cui mi ero imbattuta, allora giovane neolaureata in biologia, che ritraevano una sorta di “forbice del DNA”: una riuscita analogia per descrivere la nuova scoperta del meccanismo congiunto CRISPR-Cas9, il sistema di difesa di certi microrganismi, fra cui i batteri. All’epoca già si sapeva infatti che alcuni batteri sono capaci di conservare nel proprio genoma piccoli frammenti del DNA dei virus con cui entrano in contatto, allo scopo di riconoscere l’intruso più velocemente in futuro. Insomma, una sorta di foto segnaletica da tenere in archivio per non lasciarsi ingannare se il virus bussasse di nuovo alla porta. Questo meccanismo è noto come CRISPR, un acronimo che sta per “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”. Per tradurre correttamente questa frase in italiano, ci tocca utilizzare una perifrasi più lunga, perché l’inglese ci batte in efficienza: CRISPR indica quindi la presenza di brevi sequenze ripetute di DNA, raggruppate in una regione del genoma batterico e intervallate da frammenti di DNA differenti, alcuni dei quali provenienti proprio dai virus incontrati in precedenza. Nel 2012 si scopre però che il batterio non si limita a creare questa sorta di database genetico, ma, per proteggersi dall’ospite indesiderato, deve anche utilizzare un enzima, il Cas9, capace di tagliare il DNA virale. Da quell’archivio, infatti, il batterio ricava piccole molecole di RNA che funzionano come guide: riconoscono una sequenza corrispondente nel materiale genetico dell’invasore e indirizzano Cas9 verso il DNA da tagliare, impedendo la replicazione del virus e rendendolo di fatto innocuo. 

Il passo dalla scoperta all’invenzione poi è stato rapido: gli autori dello studio sono riusciti a riprodurre il meccanismo CRISPR-Cas9 in laboratorio, in modo da poter utilizzare questa forbice sul genoma di qualsiasi organismo vivente, almeno sulla carta. Un risultato che apre scenari in parte inquietanti: la possibilità di cambiare per sempre il futuro dell’editing genomico, ovvero quel campo delle biotecnologie che studia come modificare il DNA degli organismi viventi in modo mirato.

Le applicazioni di questa tecnologia “taglia e cuci”, dalla medicina all’agricoltura, passando per la conservazione ambientale, erano dunque inimmaginabili. Nel 2015 la già citata rivista Science nominò la forbice genomica “Breakthrough of the Year”, cioè la svolta scientifica più importante dell’anno, sostenendo che l’unico limite a ciò che questa scoperta rivoluzionaria ci avrebbe consentito di fare fosse l’immaginazione dei ricercatori.

Non che prima fosse impossibile modificare il DNA. Esistevano già strumenti e tecnologie che consentivano di inserire o alterare porzioni di materiale genetico in un cromosoma, ma CRISPR-Cas9 permetteva di farlo in modo rapido, mirato e poco costoso. Una combinazione di caratteristiche che lo distinguevano nettamente da tutte le altre soluzioni allora disponibili. In un’azzeccata similitudine comparsa quell’anno sul New Yorker e attribuita al bioeticista Hank Greely dell’Università di Stanford, la tecnologia CRISPR veniva paragonata alla Ford Model T: di certo non la prima automobile a essere stata costruita, ma quella che probabilmente ha cambiato il modo di muoversi delle persone grazie alla sua semplicità di produzione, affidabilità e convenienza. Per intenderci, all’epoca questa scoperta ha riscosso lo stesso hype che oggi attribuiamo all’intelligenza artificiale (IA).

Le aspettative nutrite per il sistema CRISPR-Cas9 erano effettivamente ben riposte. Nel 2020, infatti, le scienziate che hanno pubblicato il primo studio che ne rivelò il funzionamento nel batterio Streptococcus pyogenes sono state insignite del premio Nobel per la Chimica. La ragione? Hanno il merito di averci fornito uno strumento incredibilmente versatile con cui intervenire sulle basi stesse della vita. Tanta roba! Ma non è solo una questione di titoli vinti. Da quel (non così) lontano 2012, di cose ne sono successe. La tecnologia si è evoluta e perfezionata, grazie a ingenti investimenti e al lavoro di centinaia di scienziate e scienziati in giro per il mondo. Oggi esistono diverse varianti che consentono interventi sempre più diversificati e sicuri, tanto da far parlare di CRISPR 3.0. Questa famiglia di tecniche per l’editing genetico è stata applicata, fra gli altri usi, per inattivare regioni del DNA coinvolte nella regolazione di geni associati a patologie gravi come l’anemia falciforme, per modificare direttamente singoli nucleotidi per ridurre alcuni fattori di rischio cardiovascolare e per riscrivere brevi sequenze di DNA allo scopo di sviluppare terapie mirate contro le malattie rare. E questo solo in ambito medico.

Uno dei campi più promettenti in cui l’editing genetico ha trovato impiego è quello della produzione agroalimentare. In Italia si parla di TEA, che sta per Tecniche di Evoluzione Assistita. L’utilizzo di questa dicitura, ci ricorda Vittoria Brambilla, professoressa di Botanica all’Università degli Studi di Milano, non è casuale. Le TEA permettono di accelerare e indirizzare modificazioni del DNA che, almeno in alcuni casi, potrebbero verificarsi anche spontaneamente, sebbene con tempi e modalità differenti. D’altro canto, la domesticazione e la selezione artificiale sono strumenti che l’uomo ha adoperato da sempre per ottenere piante e animali che avessero le caratteristiche desiderate. Ciò che cambia è che oggi le nuove scoperte scientifiche aprono possibilità che fino a pochi decenni fa erano impensabili. «La novità dell’editing genomico», spiega Brambilla, «è che possiamo ottenere una modifica in un punto preciso del genoma rendendo il lavoro più rapido e permettendo di agire su un solo tratto, mantenendo intatte le altre caratteristiche».

Nel 2024, alle porte di Pavia, il gruppo di ricerca guidato da Brambilla e dal collega Fabio Fornara ha dato il via alla prima sperimentazione italiana in campo di una coltura ottenuta tramite TEA, Ris8imo, con l’obiettivo di creare una varietà di riso Arborio resistente al brusone, una malattia fungina molto aggressiva. I ricercatori sono intervenuti infatti su alcuni geni della pianta che contribuiscono a renderla suscettibile all’infezione del fungo patogeno Magnaporthe oryzae, responsabile del brusone, inattivandoli tramite CRISPR-Cas9.
L’idea, però, non è piaciuta a tutti: a pochi mesi dalla messa a dimora delle piante, il campo fu danneggiato e la sperimentazione compromessa. Stessa sorte è capitata, meno di un anno dopo, al primo vigneto sperimentale in Europa con viti TEA, nei pressi di Verona. Se è vero che due casi non fanno statistica, e che nessun gruppo ha rivendicato la paternità o le ragioni di queste azioni, è lecito nutrire qualche dubbio sul rapporto che oggi si è instaurato fra innovazione scientifica e accettabilità sociale delle biotecnologie.

Brambilla ne è certa: trasferire le piante in campo ha posto la ricerca sotto gli occhi di tutti e di conseguenza ha portato i cittadini a confrontarsi con un fatto concreto, con ricadute reali. Non è una questione da liquidare semplicemente con l’alibi della scarsa preparazione scientifica. Se vogliamo che le colture modificate tramite TEA diventino parte della nostra cucina, dobbiamo coinvolgere l’opinione pubblica nel processo decisionale, oltre che accompagnarla a comprenderne gli aspetti più tecnici. E va fatto fin da ora, ricorda la professoressa. «Dobbiamo raccontare le opportunità, ma anche i limiti e le domande ancora aperte, ascoltando le preoccupazioni delle persone e creando occasioni di incontro con chi fa ricerca. Questo dialogo va costruito adesso, mentre la ricerca procede, perché dobbiamo evitare di ricreare quella distanza tra conoscenza scientifica e percezione pubblica che abbiamo già vissuto con gli OGM».
Associando la modifica del DNA con le colture agricole, si rischia infatti che la mente corra subito agli Organismi Geneticamente Modificati, meglio conosciuti come OGM, che non godono di buona fama presso una parte dell’opinione pubblica. La differenza però è sostanziale: «negli OGM tradizionali, di solito si introduce un gene proveniente da una specie con cui la pianta non potrebbe incrociarsi naturalmente», ci spiega Brambilla. «Fra le tecniche indicate come TEA, invece, rientrano l’editing genomico, con cui possiamo modificare un gene già presente nella pianta, senza necessariamente introdurre DNA estraneo, e la cisgenesi, che permette di trasferire materiale genetico dalla stessa specie o da specie sessualmente compatibili». Oggi questa distinzione inizia a essere riconosciuta anche sul piano normativo. Nel quadro introdotto dal nuovo Regolamento (UE) 2026/1388, che dovrà essere applicato dal 2028, sulle piante ottenute mediante nuove tecniche genomiche (NGT) si affaccia una prima separazione fra piante NGT-1, che presentano cambiamenti del DNA comparabili a quanto si potrebbe ottenere tramite metodi di incrocio e selezione tradizionali, dalle NGT-2, che rimangono soggette a una valutazione del rischio e a un iter autorizzativo più vicino a quello oggi applicato agli OGM.

Grazie all’apertura del quadro normativo, ai nuovi finanziamenti e alle competenze di ricercatori e ricercatrici, la ricerca sulle TEA in Italia sta vivendo una fase di grande fermento. I campi di applicazione sono svariati e rispondono a esigenze diverse: da un lato la necessità di garantire la sicurezza alimentare di una popolazione in crescita, facendo i conti con l’inaridimento dei suoli, la crescente scarsità d’acqua e gli effetti del cambiamento climatico sulle colture agricole; dall’altro la possibilità di migliorare le caratteristiche nutrizionali e qualitative degli alimenti.

Ris8imo è stato l’apripista di una tendenza che oggi sta assumendo dimensioni molto più ampie: la ricerca per ora si concentra sullo sviluppo di piante più resistenti ai patogeni o capaci di tollerare meglio condizioni ambientali sfavorevoli, come siccità e salinità, e sul miglioramento della qualità dei prodotti. Nel 2026 sono partite diverse sperimentazioni nell’ambito di TEA4IT, un progetto nazionale coordinato dal CREA, il Consiglio per la ricerca in agricoltura e l’analisi dell’economia agraria, e finanziato dal Ministero dell’Agricoltura, della Sovranità Alimentare e delle Foreste con un investimento complessivo di 10 milioni di euro. Il programma coinvolge dieci strutture di ricerca distribuite sul territorio nazionale e sperimenta applicazioni molto diverse: dal pomodoro reso più resistente all’orobanche, una pianta parassita che ne compromette la crescita, alle viti meno suscettibili a malattie fungine, fino alle melanzane povere di semi. Nello stesso solco si inserisce RISISTEA, il nuovo progetto che coinvolge il gruppo di lavoro guidato dalla stessa Brambilla, che studia l’impiego delle TEA per migliorare la tolleranza alla siccità, l’efficienza nell’uso dell’acqua e la resistenza al brusone, una malattia fungina, in diverse varietà di riso italiano. Per Brambilla, del resto, il punto non è sviluppare una tecnologia fine a se stessa, ma metterla al servizio di ostacoli reali nell’agricoltura. «Agli inizi abbiamo scelto il brusone perché è una delle malattie più importanti del riso, in Italia e nel mondo, e rappresenta quindi una sfida concreta per i risicoltori: aumentare la resistenza delle piante può aiutare a proteggere il raccolto e a ridurre la necessità di trattamenti fungicidi». Brambilla però frena gli entusiasmi: l’editing genomico, da solo, non può risolvere tutti i problemi.

La forbice genomica infatti arriva solo alla fine di un lungo lavoro di conoscenza: prima di poter decidere dove tagliare, bisogna sapere quali geni controllano il carattere che vogliamo modificare e che cosa succede quando interveniamo su di essi. Restando nelle metafore automobilistiche, è come avere una Ferrari e guidare bendati: non si arriva da nessuna parte, ci servono una mappa e una meta chiara. «Le TEA ci danno strumenti molto precisi, ma non ci dicono quali modifiche siano utili. Per questo è fondamentale studiare la biodiversità genetica naturale e capire quali geni o regioni del DNA controllano i caratteri che ci interessano. Su questo fronte», continua Brambilla, «c'è ancora moltissimo da imparare, soprattutto per caratteri complessi come la produttività o la tolleranza alla siccità, che dipendono dall'interazione di numerosi geni e dall'ambiente. Il lavoro di scoperta è quindi essenziale, e ogni risultato deve poi essere verificato sperimentalmente, anche in campo». Questo passaggio, infatti, permette di vedere a livello di sistema come quelle piante reagiscano ai patogeni, al clima e alla combinazione di tutti i fattori che caratterizzano un ambiente reale, indipendentemente dalla riuscita in laboratorio.

Tornando al riso, «È necessario verificare che la maggiore resistenza alla malattia si accompagni anche a una buona produttività e che le altre caratteristiche apprezzate dell’Arborio, comprese quelle che ne determinano la qualità alimentare, rimangano inalterate» conclude Brambilla.  Oggi, dopo tre anni segnati da sperimentazioni, inciampi e ripartenze, Ris8imo è arrivato finalmente a una tappa decisiva: i ricercatori hanno completato una nuova stagione di prove in campo e raccolto i dati che permetteranno di valutarne la resistenza al brusone e la qualità del raccolto.

Un tema però rimane ancora aperto. Ris8imo e le nuove colture TEA hanno avviato il confronto con l’opinione pubblica, non l’hanno risolto. Quando parliamo di genoma non possiamo fermarci a ciò che la tecnologia ci permette di fare, o a ciò che funziona e ciò che non funziona: dobbiamo interrogarci anche su ciò che vogliamo farne con quegli strumenti. Con l’intelligenza artificiale che contribuisce ad accelerare la ricerca e ad ampliare le possibilità di intervento sul DNA, questa discussione non è più rimandabile. La tecnologia può aiutarci a costruire nuove realtà: capire quali, però, è una decisione che dobbiamo ancora prendere, e non spetta solo alla scienza farlo. Mentre Brambilla e i colleghi cercano di trovare una soluzione a problemi concreti, altri pensano a come riportare in vita i mammut. Insomma, come sempre, è tutta una questione di priorità.