Quali sono le differenze tra cisgenesi e transgenesi?

OGM è l’acronimo di Organismi Geneticamente Modificati (in inglese GMO – Genetic Modified Organism), siano essi animali, piante o microorganismi. Le biotecnologie agrarie per scopo alimentare sono state e sono tutt’ora molto criticate, più delle biotecnologie microbiche, e sono bersaglio di numerose campagne mistificatorie. Spesso c’è quindi confusione su cosa siano realmente le culture GM e se ci siano conseguenze del consumo di alimenti da esse derivati sulla salute umana.

Definizioni di OGM

La Commissione Europea, nella direttiva 2001/18/CE definisce un OGM come “un organismo, diverso dall’uomo, il cui materiale genetico è stato modificato in modo diverso da quanto avviene in natura […]” ; FAO, OMS e EFSA (Autorità Europea sulla Sicurezza del Cibo) seguono a ruota questa definizione. Negli Stati Uniti d’America, invece, la U.S. Department of Agriculture (USDA) ne da una definizione un po’ più ampia. Secondo questo ente infatti, un OGM è un organismo ottenuto tramite modificazione genetica, quest’ultima definita come: “La produzione di miglioramenti ereditabili, siano essi in piante o animali, tramite l’ingegneria genetica o altri metodi più tradizionali […]”.

Tecniche per modificare organismi

Si nota che il principio chiave per ogni definizione è l’ottenimento di una modifica nel genoma tramite “moderne tecniche” oppure con “metodi più tradizionali”. Terminologie vaghe che necessitano di un minimo di approfondimento.

Selezione artificiale

Questa è una tecnica risalente già all’antichità e ai primi tentativi di coltivazione e allevamento da parte dell’uomo. Con la selezione artificiale si incrociano gli individui che presentano le caratteristiche a noi più utili. La loro discendenza sarà composta di organismi che sempre più frequentemente presenteranno quelle particolari caratteristiche dato che, di generazione in generazione, gli individui che non le manifestano verranno scartati. Nei suoi meccanismi questa selezione è identica alla selezione naturale, con l’unica differenza che è l’uomo e non le pressioni ambientali a decidere quali piante/animali debbano produrre prole e quali no. Questo processo è paragonabile ad una prima biotecnologia in quanto l’uomo utilizza un processo biologico a proprio favore.

Biologia molecolare

Un gene è una porzione di DNA che costituisce l’unità ereditabile fondamentale degli organismi viventi e determina una caratteristica dell’individuo in cui quel gene è presente. Nella selezione artificiale sono le piante che portano versioni particolari di un gene ad esibire le caratteristiche che la fanno scegliere come riproduttore per ottenere una nuova generazione di piante con quella determinata versione del gene. Però un incrocio trasmette moltissimi geni alla prole, e con essi molte caratteristiche, quindi anche quelle non desiderate.

Con lo sviluppo delle moderne tecniche di biologia molecolare (dette nel loro insieme “Tecnologia del DNA ricombinante“) è possibile restringere il campo d’azione solamente al gene che interessa per migliorare la resa agricola o altre caratteristiche della pianta.
In particolare è ora possibile:

• Modificare un gene: (Gene editing) utilizzando il sistema CRISPR-Cas9 è possibile riscrivere una porzione di gene per ottenerne una versione differente e dare alla pianta una diversa caratteristica
• Rimuovere un gene: (delezione) con questa tecnica si elimina un intero gene dal genoma della pianta. Si sceglie questa strada nel caso in cui il gene target sia responsabile di una caratteristica sgradita.
• Aggiungere un gene: il gene di interesse è compreso in una sequenza di DNA più lunga, detta costrutto, che contiene anche altri geni utili a permettere il riconoscimento e la selezione delle cellule trasformate. Si possono avere due scenari:
  • Transgenesi
  • Cisgenesi

Transgenesi

Con questo termine si indica l’inserimento nella cellula target di un gene esogeno, ossia derivante da specie diversa e non interfertile con quella trattata. Grazie a questa tecnica è possibile far esprimere alla pianta una proteina che normalmente non è prodotta dagli individui di quella specie. Ciò è stato possibile sfruttando le capacità di Agrobacterium tumefaciens. Questo batterio oltre al normale DNA, presenta anche il plasmide T che inserisce all’interno delle cellule vegetali. L’uomo ha sfruttato questa navetta naturale costituita da vettori di trasformazione agrobatterici. Questi vettori, detti “disarmati”, sono usati in ingegneria genetica ed il loro nome è dovuto al fatto che il T-DNA originario è sostituito con i geni che si vogliono esprimere in pianta.

Il pubblico non ha visto di buon occhio la transgenesi. Infatti i media hanno spesso suscitato nei consumatori reazioni avverse a questi tipi di prodotti diffondendo immagini distorte, come la fragola-pesce, per rappresentare gli OGM. Tutto ciò ha fatto sorgere nel pubblico la paura che i prodotti ottenuti mediante modificazioni genetiche potessero nuocere alla salute o all’ambiente. Di questi, quelli ottenuti mediante transgenesi sono i più temuti, dato che in essi vi sono porzioni di DNA che nulla hanno a che vedere con l’organismo modificato. Per venire incontro a queste paure è stata sviluppata la cisgenesi.

Cisgenesi

In questo caso la pianta da modificare riceve dei geni che appartengono al pool genico di piante che sono interfertili con la pianta target. Dunque, seppur con l’utilizzo di strumenti biomolecolari, la presenza del gene d’interesse nel dato individui potrebbe avvenire anche in natura tramite incroci. In questo caso non si ottiene un organismo transgenico, perché non si inserisce materiale genetico proveniente da una specie non sessualmente compatibile. É possibile vedere la cisgenesi come un miglioramento del processo di ibridazione e selezione.

Infatti, la cisgenesi è un processo molto più mirato e veloce. Più mirato poiché si introduce solo il gene di interesse, eliminando completamente i caratteri indesiderati, che con la selezione artificiale avrebbero potuto ripresentarsi. Più veloce in quanto la pianta riceve la caratteristica ricercata immediatamente. Con la seleziona artificiale infatti, l’ibridazione della pianta coltivata con la specie che presenta il tratto voluto porta con sè caratteri indesiderati e che di conseguenza andranno tolti.

La provenienza del gene è la principale differenza tra la transgenesi e la cisgenesi. Nella prima tecnica il gene proviene da una specie che nulla c’entra con la pianta da modificare, nel secondo il gene proviene da una specie interfertile con quella da modificare. Inoltre, nel caso della cisgenesi, si rimuove il DNA del vettore con cui il gene è stato trasportato, così che solo la parte d’interesse resti nella pianta modificata.

Mele cisgenetiche e transgenetiche

Un esempio di applicazione di cisgenesi è quello condotto da Ton den Nijs sulle mele. In questo caso specifico si è introdotto nella varietà Gala il gene Vf HcrVf2 che si ritrova nel melo selvatico Malus floribunda 821 (in foto). Questo gene induce resistenza all’attacco di un fungo prevenendo la malattia detta ticchiolatura. In questo modo si riduce l’utilizzo dei pesticidi proteggendo ugualmente i frutteti.

Le mele Arctic Apples sono invece un esempio di transgenesi. La particolarità di questa varietà è la resistenza prolungata all’ossidazione una volta tagliate. Questo è possibile grazie alla ridotta espressione del gene della Polifenolossidasi (PPO), enzima responsabile di questo processo. Ciò è stato ottenuto con l’inserzione nelle cellule di un costrutto con all’interno un gene batterico di resistenza, per discriminare le cellule trasformate, e un gene antisenso per ridurre la produzione di PPO tramite RNA interference. La presenza del gene batterico, che nella mela non manifesta alcuna caratteristica, rende questa varietà transgenica.

Bibliografia

• Agricoltural Biotechnology Glossary (USDA) – usda.gov
• Biotecnologia e sicurezza alimentare – fao.org

• Cisgenic plants are similar to traditionally bred plants: International regulations for genetically modified organisms should be altered to exempt cisgenesis – Henk J Schouten, Frans A Krens, and Evert Jacobsen. NCBI

• EUR-Lex – eur-lex.europa.eu
• La cisgenesi nel miglioramento genetico del melo – Fresh Plaza
• Organismi Geneticamente Modificati – EFSA
• OGM Application Procedure – EFSA
• Guidance for risk assessment of food and feed from genetically modified plants – EFSA
• Geneticamente Modificati – Stefano Bertacchi
• A transgenic apple callus showing reduced polyphenol oxidase activity and lower browning potential – Murata M., Nishimura M., Murai N., Haruta M., Homma S., Itoh Y.
• Perchè gli OGM fanno paura – linkiesta.it