Ingegnerizzazione delle piante con iniezioni a getto microfluidico
Per nutrire una popolazione mondiale in crescita sono necessarie colture più resilienti e meglio adattate ai cambiamenti climatici, che garantiscano rese migliori. Tuttavia, la coltivazione agricola è limitata da metodi obsoleti che sono lenti, limitati alle specie e inefficienti. A causa dei cambiamenti climatici, dell’aumento della pressione dei patogeni e della riduzione delle rese, vi è un’urgente necessità di strumenti in grado di fornire materiale genetico ai tessuti vegetali in modo rapido e sicuro.
Superare le barriere alla trasformazione del DNA
I metodi di trasformazione tradizionali presentano una bassa efficienza, una compatibilità limitata con le specie e una scarsa sopravvivenza cellulare. Il trasferimento mediato da Agrobacterium(si apre in una nuova finestra) si avvale di batteri per introdurre nuovi geni, ma è laborioso e limitato a determinate colture. I metodi basati sui protoplasti(si apre in una nuova finestra) rimuovono la parete cellulare per consentire l’assorbimento del DNA, ma le cellule risultanti sono fragili e spesso non riescono a rigenerare piante intere. I cannoni genici(si apre in una nuova finestra) bombardano i tessuti con particelle rivestite di DNA, un approccio ampiamente applicabile ma dannoso che produce una bassa efficienza di trasformazione. Il progetto Plant-a-Jet, finanziato dal CER, si propone di risolvere questo ostacolo con una nuova piattaforma basata su getto progettata per introdurre materiale genetico direttamente nelle cellule vegetali con elevata precisione. Il team adotta l’editing genomico(si apre in una nuova finestra) come strategia alternativa all’ingegneria vegetale. Tale approccio impiega strumenti molecolari mirati per modificare con precisione sequenze specifiche di DNA, consentendo una modificazione genetica controllata e prevedibile.
La «BuBble Gun»
Il cuore del progetto è la «BuBble Gun», un dispositivo che genera getti di liquido ultraveloci all’interno di un microchip, sviluppato nell’ambito del precedente progetto BuBble Gun(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE. Un impulso laser riscalda brevemente il liquido, formando una microbolla che spinge il getto in avanti. Questo getto trasporta il DNA o le proteine di editing genetico nel tessuto vegetale, con l’ausilio di minuscole particelle che aprono temporaneamente dei passaggi attraverso la parete cellulare. «Il nostro metodo funziona in normali condizioni di laboratorio, provoca danni minimi e può essere ampliato semplicemente creando molti getti in parallelo», sottolinea il coordinatore del progetto David Fernandez Rivas. Questo meccanismo di somministrazione delicato ma potente rappresenta un miglioramento rispetto alla tecnologia del cannone genico, che richiede attrezzature ingombranti. La «BuBble Gun» preserva l’integrità cellulare e consente di mirare con precisione, caratteristiche fondamentali per le applicazioni di editing genomico.
Dimostrazioni di validità del concetto
La parete cellulare vegetale rimane uno dei maggiori ostacoli nella biotecnologia vegetale. Anziché affidarsi a un’unica strategia, il team combina la penetrazione meccanica del getto di solvente con ausili chimici che ammorbidiscono momentaneamente la parete. Questo duplice approccio aumenta le probabilità di successo dell’intervento, mantenendo al contempo la vitalità dei tessuti. Inoltre potrebbe consentire la trasformazione di specie recalcitranti precedentemente inaccessibili ai metodi standard. I primi esperimenti dimostrano che la «BuBble Gun» è in grado di trasportare il carico genetico rapidamente e con notevole precisione. E, soprattutto, il carico raggiunge la sua destinazione senza subire alcun deterioramento. Questi risultati forniscono una prova evidente che la piattaforma è in grado di supportare l’editing genomico privo di DNA direttamente nei meristemi vegetali, aggirando potenzialmente le lunghe fasi di rigenerazione richieste dalle tecnologie esistenti.
Passi successivi
Il progetto si concentra ora sulla dimostrazione dell’efficienza in diverse specie di colture di alto valore, comprese quelle notoriamente difficili da trasformare. In parallelo, si sta lavorando per migliorare la produttività, aumentare la precisione e perfezionare il design del microgetto, al fine di supportare l’implementazione su scala industriale. L’impatto potenziale di Plant-a-Jet è molteplice, poiché offre opportunità per una modifica del genoma più rapida, accessibile e ad alta produttività. «Il nostro approccio potrebbe contribuire ad accelerare lo sviluppo di colture migliorate e strategie moderne per la coltivazione di colture resistenti ai cambiamenti climatici», conclude Fernandez Rivas.
