Il riso cinese resistente agli insetti e la tecnologia Bt

Varietà diversamente colorate di riso. Photo credits: International Rice Research Institute, IRRI Images – originally posted to Flickr as IMG_2039-77 Rice Diversity. CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

Premessa: spesso tendiamo a dimenticare, nella nostra società del benessere, di come l’abbondanza di cui disponiamo non sia scontata. Non solo in certe zone del mondo ancora oggi, ma anche da noi, fino a neanche un secolo fa, il benessere era meno alla portata di tutti. Non ci facciamo mai caso. Possiamo entrare in un supermercato e trovare pacchi di pasta, scatolette di legumi o di carne, di tutto e di più. Ma 100 anni fa non era affatto così. L’applicazione delle conoscenze scientifiche all’agricoltura (genetica, botanica, chimica, biologia molecolare, biotecnologie ecc.) è stata una delle principali rivoluzioni del XX secolo e ha permesso a numerose società in precedenza prevalentemente agricole di svilupparsi e affrancare il 90% della popolazione dai campi, per dedicarsi allo studio, alla ricerca, all’arte, ai servizi terziari.

La produzione di riso è la principale fonte alimentare dell’intera umanità, con una produzione annuale di oltre 600 milioni di tonnellate di riso da una superficie coltivata globale di 150 milioni di ettari. I principali produttori al mondo sono Cina e India, l’Italia invece è ventisettesima a livello mondiale e prima in Europa quanto a risicoltura.  L’importanza strategica di questa coltura nello sfamare i popoli è capitale e gli sforzi della ricerca, dei governi e dei coltivatori negli ultimi decenni sono stati enormi per aumentare la produttività e al tempo stesso ridurre l’impatto agricolo.

Una delle principali minacce alla risicoltura è rappresentata da insetti nocivi, sopratutto ortotteri, coleotteri e lepidotteri. Pur nella nostra tecnologia, dobbiamo temere piccole farfalline che depongono le loro uova sulle colture come nutrimento per i loro voraci bruchi. Sono particolarmente preoccupanti varie specie di lepidottero appartenenti alle famiglie dei crambidi e delle piralidi, che sono strettamente imparentate al punto che molti entomologi le raggruppano in una stessa famiglia. Tra le specie più rappresentative possiamo figurare Cnaphalocrocis medinalisCorcyra cephalonica (la piralide del riso) ma soprattutto Scirpophaga incertulas e sono responsabili di danni agronomici, alimentari ed economici ingenti, con perdita di tonnellate di raccolto. Il problema degli insetti, ovviamente, non è limitato al solo riso ma a tutte le colture e l’agricoltura è impegnata in una continua “corsa alle armi” contro questi insetti.

Scirpophaga incertulas (Walker, 1863) a Hyderabad, in India, nell’8 ottobre 2012. Photo credits: Donald Hobern – Flickr, CC BY 2.0 via Wikimedia Commons

Purtroppo, l’uso di numerosi trattamenti con insetticidi è uno dei grossi problemi ambientali della risicoltura, costringendo a soppesare ogni volta i benefici e le possibili ricadute.

La strategia alternativa, quella più promettente e che fornisce più garanzie a lungo termine, è data dall’uso delle biotecnologie agrarie, in particolare dall’impiego dell’ingegneria genetica per sviluppare strumenti più sicuri per l’ambiente e per la salute umana che al tempo stesso permettano di fronteggiare i danni derivanti da parassiti e altre malattie.re

Nel caso specifico del riso, negli anni scorsi l’Università Agricola di Huazhong è salita alla ribalta della cronaca per avere sviluppato una varietà di riso resistente all’aggressione degli insetti. Questa varietà, chiamata Huahui 1, è caratteristica per fare ricorso all’inserimento di un gene proveniente da un batterio, già usato in agricoltura biologica in quanto è dannoso per alcuni insetti ma innocuo per gli esseri umani. Il batterio in questione è il bacillo di Turingia, Bacillus thuringiensis, scoperto nel 1901 in Giappone dal biologo Ishiwata Shigetane nei bachi da seta e, in modo indipendente, nel 1911 in Germania dal biologo Ernst Berliner. Si tratta di un batterio che normalmente vive nel terreno sotto forma di spore.

Bacillus thuringiensis, ingrandimento al microscopio 1000x con colorazione gram positiva. Photo credits: Dr. Sahay – Own work, CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons

Esso conduce una vita relativamente tranquilla, depositando piccoli cristalli di proteine chiamati Cry (da crystal) o, più tecnicamente, con l’inquietante nome di delta-endotossine. Quando un insetto ingerisce questi cristalli proteici, il suo tratto digestivo a pH alcalino li “scioglie” denaturandone la struttura. Normalmente i cristalli proteici di delta-endotossina non sono solubili, ma questo ambiente, denaturandoli, li rende invece solubili e pertanto vulnerabili all’attacco degli enzimi digestivi: ecco che possono così iniziare a liberare singoli pezzi di tossina dal cristallo. Ed è qui che per l’insetto sorgono problemi perché la tossina, liberata dal cristallo, “aggredisce” le pareti digestive causando la formazione di pori. L’insetto smette non solo di assorbire nutrienti ma proprio di mangiare, perché ha letteralmente dei buchi nello stomaco. Muore di fame in poco tempo. Per tutti gli altri animali, uomo compreso, questi cristalli sono assolutamente innocui: il pH del nostro stomaco è acido anziché alcalino e rende ancora più insolubile ogni cristallo proteico.

Questa peculiare caratteristica torna utile in agricoltura, in quanto si può usare la delta-endotossina del bacillo di Turingia come insetticida efficace nei campi ma senza rischi per la salute umana. L’agricoltura sia biologica che tradizionale usa già fin dagli anni ’20 del XX secolo il bacillo come forma di lotta contro gli insetti, tramite spray liquidi portatili ottenuti raccogliendone la delta-endotossina prodotta, ma è un approccio limitato come portata a meno di aumentare i costi dei trattamenti a livelli insostenibili. Inoltre non vi è certezza che la sua diffusione non possa causare l’insorgere di fenomeni di resistenza negli insetti.

Cristalli di delta-endotossina da Bacillus thuringiensis sierotipo morrisoni ceppo T08025. Photo credits: Jim Buckman, pubblico dominio

Qui entrano in gioco le biotecnologie, che tramite ingegneria genetica hanno isolato il gene del bacillo responsabile della produzione della delta-endotossina per poi inserirlo nel genoma di alcune piante di interesse agrario, di modo che producessero da sé in maniera economica un quantitativo di tossina sufficiente per tenere alla larga gli insetti. In realtà non esiste una sola delta-endotossina, ma 170 tipi diversi con altrettanti geni a disposizione degli scienziati per creare altrettante varianti di una singola cultivar, e per fronteggiare eventuali insorgenze di resistenza verso un singolo tipo di tossina.

Questa tecnologia è detta per l’appunto Bt. Il primo risultato fu ottenuto dalla Plant Genetic Systems nel 1985 sul tabacco, mentre nel 1995 una patata Bt fu per la prima volta autorizzata al commercio e al consumo dall’Agenzia per la Protezione Ambientale degli Stati Uniti (EPA). L’anno successivo fu la volta del mais Bt, uno dei più noti, introdotto specificatamente per combattere la terribile piralide del mais (Ostrinia nubilalis) le cui larve scavano tunnel nelle spighe di granturco dove attecchiscono varie specie di muffa che producono micotossine fortemente cancerogene per il consumo umano.

Si tratta di veri e propri OGM biologici, che consentono di ridurre l’uso di insetticidi e di proteggere le coltivazioni da pesti dannose. Per evitare l’insorgenza di resistenze, sono impiegati vari mezzi, come l’alternanza nei campi ingegnerizzati di piccole “isole” di coltura non geneticamente modificata, quindi vulnerabile alle pesti, dove queste si possono riprodurre senza che esemplari resistenti siano gli unici a sopravvivere.

Tornando al riso, la varietà Huahui 1 sviluppata in Cina possiede questo gene responsabile per la delta-endotossina. La notizia importante degli ultimi giorni è che la Food & Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti ne ha garantito la sicurezza dopo un’attenta valutazione delle analisi scientifiche in merito che mostrano che, per quanto riguarda le proprietà nutrizionali, la composizione e il rischio per la salute umana, non c’è differenza con tutti gli altri risi disponibili sul mercato. Anche l’EPA ne aveva valutato la sicurezza sul piano ambientale. Prima dell’autorizzazione definitiva al commercio si attendono ulteriori approvazioni dall’EPA e anche dal Dipartimento dell’agricoltura statunitense (USDA).

La notizia è impotante anche perché da tempo gli Stati Uniti e la Cina stanno stringendo rapporti commerciali importanti, nel luglio 2017 si è raggiunto un accordo che permetterà agli Stati Uniti di esportare riso verso la Cina per la prima volta grazie a nuovi standard di controllo fitosanitario, tra i più complessi mai sottoscritti dalle due nazioni. Ciò stimolerà la nascita di nuove varietà ingegnerizzate a partire delle numerose varietà già esistenti (adatte ai climi e alle necessità tipiche delle varie zone di coltivazione), con nuove caratteristiche di resa e lotta alle malattie, stimolando la ricerca in merito soprattutto grazie alle nuove tecniche di editing genetico sviluppate in questi anni.

Coleotteri curculionidi attaccano del riso. Photo credits: Cong Dang et al. | Plant Biotechnology Journal | February 7, 2017

Come detto all’inizio, l’Italia è il principale produttore di riso in Europa, ma allo stato attuale delle cose la ricerca in ambito di biotecnologie agrarie e ingegneria genetica è ostacolata dal divieto di condurre sperimentazioni in campo di organismi ingegnerizzati. L’adozione di politiche più lungimiranti in tal senso, che stimolino la ricerca pubblica e universitaria su di un settore di importanza strategica, quello della genetica agraria, per cui in passato la stessa repubblica italiana è stata tra i paesi più avanzati in merito, sarà essenziale per garantire la prosperità delle coltivazioni lungo lo Stivale a fronte delle crescenti difficoltà di un mondo che muta, come la sovrappopolazione, i cambiamenti climatici e soprattutto la diffusione di malattie da un posto all’altro del globo (non solo insetti ma anche funghi ed erbacce). È una questione che non riguarda solo il riso, ma tutto il comparto agroalimentare italiano. Il caso più esemplare è quello del mais. Come ricorda Roberto Defez del Consiglio Nazionale delle Ricerche, “tra il 55 e il 60% del mais prodotto in Italia è inquinato da micotossine che lo rendono vietato per il consumo umano”. Queste finiscono nei mangimi delle vacche, oppure nei biocarburanti. “Al contrario, il mais geneticamente modificato riduce l’inquinamento da micotossine tra le 3 e le 10 volte”.

Per combattere le malattie, non bisogna usare armi spuntate.

Riferimenti e approfondimenti:

Se siete interessati alle tematiche relative al rapporto tra scienza e cibo, dalla produzione al piatto con particolare enfasi sulle innovazioni in agricoltura, non perdettevi dal 18 al 20 maggio il Mantova Food & Science Festival. Seconda kermesse italiana di divulgazione scientifica di rilievo nazionale e internazionale che affronta e approfondisce in maniera creativa e accessibile le tematiche legate alla scienza della produzione e del consumo del cibo.

https://www.mantovafoodscience.it/

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