USDA apre la strada per una cura alla X-disease con il progetto Symbiont

Immaginate di poter vaccinare i vostri alberi di ciliegio per aiutarli a combattere la X-disease. 

Un biologo molecolare appena assunto presso il laboratorio del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti a Wapato, Washington, ha recentemente lanciato un programma di ricerca che mira proprio a questo - anche se lo stesso scienziato non abbraccia la mia analogia con il vaccino perché il sistema immunitario delle piante è molto diverso da quello degli animali. 

“È come una lunga e lenta dose di antibiotici”, ha detto Marco Pitino. Solo che gli alberi produrrebbero la loro stessa medicina dopo l'inoculazione di un agrobacterium geneticamente modificato, che crea una piccola biofabbrica - brevettata e marchiata come Symbiont - sul tronco. 

“L'agrobatterio è il miglior biologo molecolare del mondo, con 1 milione di anni di esperienza”, ha detto Pitino. “Introduce un gene per produrre cibo per sé, per costruire la sua casa. Ora, quelli che abbiamo usato in laboratorio sono disarmati.... Manteniamo i geni che creano la struttura e introduciamo un gene di interesse”.

Il risultato funziona come un cerotto di insulina autosufficiente, che produce una dose regolare di molecole che mantiene l'albero regolato. Questa analogia è per gentile concessione di Kevin Hackett, responsabile del programma nazionale del Servizio di ricerca agricola dell'USDA. 

“È un modo per somministrare diversi farmaci”, ha spiegato Hackett, che ha parlato della tecnologia sperimentata per la prima volta negli agrumi e ora in fase di studio in molte colture. “Il sistema Symbiont promette di trasformare l'agricoltura e il problema delle malattie delle piante (trasmesse da vettori)”.

Sembra fantascienza, ma il sistema Symbiont sviluppato dall'USDA si rivela promettente nel settore degli agrumi, dove Pitino faceva parte di un ampio gruppo di ricerca che lavorava al progetto da 15 milioni di dollari finanziato dall'USDA's National Institute of Food and Agriculture: “Therapeutic Molecule Evaluation and Field Delivery Pipeline”.

Nell'ambito di questo progetto, gli scienziati hanno utilizzato una nuova tecnologia genetica per combattere l'huánglóngbìng, noto anche come rinverdimento degli agrumi o HLB. È in corso una sperimentazione sul campo nell'ambito di una revisione normativa da parte dell'USDA Animal and Plant Health Inspection Service. 

Alla fine dello scorso anno, Pitino si è trasferito a Washington per iniziare a testare la tecnologia nelle ciliegie. L'industria degli alberi da frutto, attraverso il Northwest Horticultural Council, ha esercitato pressioni sul Congresso per ottenere ulteriori fondi per la lotta alla X-disease e questo ha creato la posizione di Pitino, ha dichiarato Rodney Cooper, direttore del laboratorio di Wapato.

“Per noi poter trarre vantaggio da quella ricerca che è stata fatta negli ultimi 10 anni è enorme. Non partiamo da zero come nel caso degli agrumi”, ha detto Cooper. “Lui porta un'esperienza completamente nuova”.

Piante contro agenti patogeni

Per spiegare la sua ricerca, Pitino parte dalle basi della corsa agli armamenti tra piante e patogeni.

“Le piante sono costantemente bombardate da funghi e batteri, ma non si ammalano”, ha detto. Ciò che rende specifici patogeni, come il fitoplasma della X-disease o il batterio HLB, dei nemici di successo è che hanno sviluppato una guerra chimica per sopprimere la risposta immunitaria dei loro ospiti. 

Quando le cellule vegetali riconoscono un invasore, di solito rilasciano ossigeno reattivo, che brucia un piccolo foro nel tessuto vegetale per impedire al patogeno di diffondersi, ha detto Pitino. Gli agenti patogeni hanno sviluppato “effettori” che inibiscono questa risposta, trasformando l'ospite in una bella casa per se stessi. 

Per illustrare quanto siano potenti gli effettori, Pitino e i suoi colleghi in Florida hanno tentato un esperimento per trasferire un gene effettore dal batterio che causa la HLB in una piccola pianta “topo da laboratorio” comunemente usata negli esperimenti di laboratorio. I cani addestrati a riconoscere gli alberi infetti da HLB sono stati in grado di identificare le piante che esprimevano il gene effettore, anche se non erano infettate dal patogeno stesso. 

Studiando il DNA del fitoplasma della X-disease, che possiede 466 geni, Pitino spera di identificare gli effettori che gli conferiscono potere patogeno. Finora sta vagliando più di una dozzina di candidati utilizzando l'editing genico per esprimerli in queste piante da laboratorio e poi osservare cosa fanno. 

“Se troviamo gli effettori, possiamo bloccarli”, ha detto. “Se blocchiamo gli effettori, le piante possono reagire da sole”. 

Questo approccio riporta Pitino al potenziale del sistema Symbiont. L'obiettivo è quello di sfruttarlo per produrre proteine antimicrobiche ad azione generale, come nelle attuali sperimentazioni sugli agrumi, o per produrre composti precisi che blocchino gli effettori della X-disease, una volta conosciuti. 

Piccole iniezioni nel tronco

La determinazione di ciò che un futuro simbionte dovrebbe produrre per aiutare a combattere la X-disease richiede molte prove ed errori. Per condurre questi test in serra, Pitino ha creato un sistema di somministrazione utilizzando un tubo stampato in 3D e una guarnizione realizzata con un silicone appiccicoso venduto come esca da pesca. 

Il metodo si ispira all'approccio di iniezione nel tronco che alcuni coltivatori della Florida usano per somministrare antibiotici, ma è ridimensionato per i piccoli alberi in serra. 

In occasione della visita di Good Fruit Grower a giugno, Pitino e il tecnico di laboratorio Douglas Harper hanno testato il sistema su una ciliegia utilizzando del colorante alimentare blu. Venti minuti dopo, il colorante blu era evidente nelle venature dei fiori e delle giovani foglie, dimostrando che il colorante veniva trasportato, come desiderato, attraverso il floema.

In seguito, dovranno infettare alcuni alberi, con l'aiuto di una colonia di cavallette infette che Cooper utilizza per studiare la X-disease. Quindi, potranno utilizzare il sistema di somministrazione per vedere quali composti antimicrobici mostrano un potenziale di riduzione dei sintomi e del titolo della malattia. 

Come sistema di somministrazione, l'iniezione nel tronco ha senso perché mette il prodotto dove deve agire, piuttosto che uno spray che trasporta solo una piccola quantità di ingrediente attivo nella pianta, ha detto Pitino. L'approccio Symbiont creerebbe iniezioni continue nel tronco dopo una sola inoculazione. 

Prove sulle ciliegie 

Questa primavera, diversi vivai del Nord-Ovest hanno donato oltre 2.000 ciliegi al nuovo laboratorio di Pitino. “Ora che abbiamo le piante, possiamo davvero vedere come si comportano i ciliegi con i simbionti”, ha detto Pitino. 

Anche una nuova sovvenzione della Washington Tree Fruit Research Commission sostiene il lavoro sulle ciliegie; l'ultima richiesta di budget federale per l'USDA richiede inoltre ulteriori finanziamenti per studiare la tecnologia dei simbionti presso il laboratorio di Wapato, ha detto Cooper.

Per creare un Symbiont, Pitino pratica una piccola ferita nella corteccia dell'albero e la inocula con la soluzione contenente l'agrobatterio ingegnerizzato. Poi lo copre per proteggerlo dalla luce durante il suo sviluppo. 

Intorno al laboratorio si possono vedere ciliegi in vaso che sostengono simbionti ingegnerizzati per produrre proteine verdi fluorescenti che Pitino e Harper possono seguire attraverso la pianta usando luci nere. La struttura della biofabbrica si integra nel sistema vascolare della pianta, permettendo alle molecole di fluire, ma senza scambio di DNA.

Il DNA della pianta coltivata non viene alterato. Questo, sperano Pitino e i suoi colleghi, aiuterà l'approccio Symbiont a ottenere l'approvazione normativa e, in ultima analisi, industriale.

E questo, sperano i sostenitori, inaugurerà una nuova era di utilizzo dell'ingegneria genetica per risolvere i problemi agricoli senza ingegnerizzare le colture stesse. L'USDA sta investendo in questo approccio per diverse colture, ha detto Cooper. 

“È questo il bello: apre le porte. Una volta che la tecnologia è stata accettata e ha superato gli ostacoli normativi, in sostanza abbiamo uno strumento per adattarci rapidamente a qualsiasi insetto o patogeno invasivo che ci viene lanciato addosso”, ha detto Cooper. “Al momento si tratta della X-disease, ma quale sarà la prossima sfida di Marco?”.

Fonte: Good Fruit Grower
Immagine: Good Fruit Grower

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