Tomato CRISPR: più vitamina D dai pomodori grazie all’editing genetico

Negli ultimi anni, le applicazioni della modifica genetica CRISPR nel settore della biotecnologia agricola hanno conosciuto un vero e proprio boom, permettendo di migliorare la resa delle colture e massimizzare il valore nutrizionale degli alimenti. Uno dei nostri frutti rossi preferiti, il pomodoro, non è da meno quando si tratta dell’utilizzo degli strumenti CRISPR. Nel 2021, in Giappone, la Sanatech Seed ha lanciato commercialmente pomodori modificati geneticamente arricchiti con acido γ-amminobutirrico (GABA).

Ricercatori coreani utilizzano la tecnologia CRISPR per creare pomodori ad alto contenuto di provitamina D3

Secondo un nuovo studio pubblicato su GEN Biotechnology, ricercatori della Seoul National University (SNU) in Corea del Sud hanno applicato la tecnologia CRISPR alla modifica genetica dei pomodori per aumentarne i livelli di provitamina D3 (ProVitD3).

Nell’uomo, la ProVitD3 è un precursore per la sintesi della vitamina D3 biologicamente attiva e agisce come agente protettivo contro le radiazioni ultraviolette sulla pelle. Spesso i livelli circolanti di vitamina D scendono al di sotto dei valori desiderabili, soprattutto tra le persone con scarsa esposizione alla luce solare. Sebbene gli integratori alimentari possano aiutare a colmare questa carenza, le fonti naturali di vitamina D sono limitate a poche fonti di origine animale, come pesce, tuorlo d’uovo e fegato di manzo, poiché frutta e verdura hanno storicamente mostrato una capacità limitata nella produzione di ProVitD3.

La modifica genetica dei pomodori offre nuove opportunità per l’aumento del contenuto di vitamina D

Nel nuovo studio, presentato sulla copertina del numero di giugno di GEN Biotechnology, Sunghwa Choe, PhD, e i suoi colleghi della SNU hanno utilizzato la tecnologia CRISPR per indurre una perdita di funzione in uno dei due geni DWARF5 (DWF5), un omologo del gene umano (DHCR7) responsabile della conversione della ProVitD3 in colesterolo. L’omologo della pianta del gene DHCR7 è stato inizialmente identificato in Arabidopsis thaliana come DWF5.

Dato l’alto grado di somiglianza di sequenza superiore all’83%, il team coreano ha ipotizzato che i due geni DWF5 del pomodoro, SIDWF5A e SIDWF5B, svolgano una funzione ridondante nei loro percorsi biosintetici. Hanno scelto di modificare SIDWF5A dopo aver osservato che i livelli di trascrizione di SIDWF5A erano da 2 a 5 volte superiori rispetto a quelli di SIDWF5B, soprattutto nei frutti verdi e rossi.

I nuovi pomodori modificati geneticamente hanno mostrato livelli accumulati di ProVitD3 fino a 6 μg/g di peso secco (DW) nei frutti rossi, mantenendo al contempo una similitudine morfologica con i pomodori selvatici. (Al contrario, le mutazioni dwf5 di Arabidopsis mostrano un nanismo). Poiché l’apporto giornaliero raccomandato di vitamina D è di 20 μg, gli autori affermano che consumare un singolo pomodoro maturo fresco con un peso di 150 g (equivalente a 15 g di peso secco) ha il potenziale per alleviare significativamente le carenze di vitamina D in tutto il mondo.

Pomodori editati geneticamente: una possibile soluzione alle carenze di vitamina D

“Autori come Choi dimostrano con questo lavoro che i pomodori possono essere biofortificati con livelli elevati di ProVitD3, offrendo una fonte vegetale di vitamina D se le piante con questa caratteristica vengono commercializzate”, commenta Aaron Hummel, PhD, direttore tecnologico di Pairwise, un’azienda tecnologica alimentare con sede nella Carolina del Nord che applica la tecnologia CRISPR per sviluppare miscele di insalate ‘Conscious Greens’ più fresche, gustose e accessibili.

“Questo è un altro importante passo in avanti nell’ambito delle migliorie nutrizionali, qualitative e di altri benefici che vengono apportate alle colture di frutta e verdura fresche da un’ampia gamma di istituti pubblici e privati e aziende. Sono felice di vedere i progressi in questo settore che vengono realizzati a vantaggio del consumatore finale”, ha dichiarato Hummel.

Sebbene questi pomodori con elevato contenuto di ProVitD3 siano promettenti, gli autori notano che sono necessarie ulteriori ricerche per quantificare e confrontare i livelli di ProVitD3 nei pomodori modificati geneticamente con altre fonti naturali di vitamina D3. In particolare, sono necessari studi sulla stabilità e sulla biodisponibilità per valutare l’impatto della cottura, dell’elaborazione e della conservazione sulla conservazione della ProVitD3, oltre a studi di alimentazione e sperimentazioni cliniche per determinare la biodisponibilità e gli effetti fisiologici del consumo di pomodori arricchiti di ProVitD3.

Gli autori notano anche che alcune delle linee di pomodori modificati geneticamente mostrano un minor numero di frutti, anche se questa variabilità potrebbe essere mitigata introducendo il tratto ProVitD3 in linee inbred geneticamente fisse.

Oltre a seguire le orme dei pomodori GABA in Giappone, lo studio di GEN Biotechnology amplia i risultati correlati pubblicati su Nature Plants nel 2022 da Cathie Martin, PhD, e colleghi del John Innes Centre nel Regno Unito, che hanno dimostrato l’accumulo di ProVitD3 in steli e foglie attraverso la soppressione di SIDWF5B. Modificando il gene correlato, SIDWF5A, il gruppo coreano ha ottenuto livelli più elevati di accumulo di ProVitD3, specificamente nei tessuti dei frutti.

Il professor Choe, che è anche CEO di un’azienda chiamata G+FLAS Life Sciences, afferma che i ricercatori stanno esplorando attivamente altre modifiche dei pomodori per migliorare sia la resa che il valore nutrizionale utilizzando la tecnologia CRISPR. Un recente articolo di revisione elenca foglie, steli, fiori, sterilità maschile e sviluppo del frutto come alcuni dei tratti dei pomodori su cui si concentrano le ricerche.

Inoltre, i ricercatori stanno potenziando la resistenza allo stress biotico contro patogeni come il virus dell’avvoltoio giallo del pomodoro, l’oidio e la peronospora, migliorando anche la tolleranza allo stress abiotico, come la resistenza al caldo, al freddo, alla siccità, alla salinità e potenziando il metabolismo carbonio-azoto. La resistenza agli erbicidi è un altro ambito di interesse.

E gli autori di GEN Biotechnology non si fermano ai pomodori. Sono in corso ricerche per introdurre questa caratteristica anche in altre colture che contengono almeno due copie dei geni DWF5, tra cui peperoni e paprika.

Regolamentazione e sfide nell’introduzione sul mercato dei pomodori CRISPR

Ma qual è la strada che porta questi pomodori sul mercato? Choe afferma che in molti paesi si sta considerando sempre di più l’ipotesi che le colture ottenute tramite modifica genetica CRISPR possano essere esenti dalle regolamentazioni convenzionali sugli OGM.

“In particolare, le piante modificate utilizzando la tecnologia del nucleasi a direzione specifica spesso vengono considerate indistinguibili dalle mutazioni spontanee che si verificano naturalmente e quindi esenti da supervisione regolamentare”, ha affermato Choe. “Anche in Corea del Sud sono in corso discussioni su questa questione, e il Ministero del Commercio, dell’Industria e dell’Energia (MOTIE) ha presentato una revisione della legge sugli organismi viventi modificati all’Assemblea Nazionale della Repubblica di Corea”.

Inoltre, il processo di approvazione governativa dei pomodori GABA in Giappone ha fornito una guida per altri paesi che considerano la commercializzazione di colture modificate geneticamente.

“La nostra azienda prende in considerazione i casi giapponesi relativi ai pomodori GABA per facilitare le discussioni con il pubblico e le principali agenzie governative, tra cui il MOTIE, il Ministero dell’Agricoltura, degli Alimenti e degli Affari Rurali (MAFRA), il Ministero della Sicurezza Alimentare e dei Farmaci (MFDS), il Ministero degli Affari Marittimi e della Pesca (MOMAF), il Ministero dell’Ambiente (ME), il Ministero dell’Istruzione (MOE) e il Ministero della Scienza e delle Tecnologie delle Informazioni (MSIT)”, ha affermato Choe.

In definitiva, l’utilizzo della tecnologia CRISPR per aumentare il contenuto di vitamina D nei pomodori rappresenta un importante passo avanti nella produzione di alimenti più nutrienti e può contribuire ad affrontare le carenze di vitamina D a livello globale. Tuttavia, è necessario condurre ulteriori ricerche per valutare la sicurezza, la stabilità e la biodisponibilità di questi pomodori arricchiti di ProVitD3 prima della loro introduzione sul mercato.