Tecnologia dei Minicromosomi – Il modo migliore per una crescita sostenibile nella resa delle colture?

L’agricoltura come pratica esiste da quanto dura la civiltà umana. Nel corso di questo periodo, nuove tecnologie l’hanno periodicamente arricchita. Di conseguenza, agricoltura è diventata più efficiente, risparmiando tempo e costi. Questa evoluzione ha visto il lavoro umano sostituito in gran parte, prima dagli animali e poi dalle macchine. In questo percorso di crescita, una delle aggiunte più recenti è stata la tecnologia dei Minicromosomi. 

Che cos’è la tecnologia dei Minicromosomi?

I minicromosomi sono piccole strutture presenti all’interno delle cellule. Queste strutture – sebbene di piccole dimensioni – possono immagazzinare grandi quantità di informazioni attraverso il materiale genetico che contengono. 

Queste piccole strutture sono fondamentali per i genetisti agricoli poiché possono essere usate per migliorare le piante aggiungendo decine di tratti attraverso di esse. Ad esempio, possono rendere le piante più tolleranti alla siccità o più capaci di utilizzare meglio l’azoto. Curiosamente, sebbene tali modifiche possano aumentare significativamente la resa, non alterano i geni della pianta, risultando in una più ampia accettazione da parte delle autorità regolatorie e degli agricoltori. 

Anche se esamineremo in dettaglio le caratteristiche e le particolarità della tecnologia dei minicromosomi nei segmenti successivi, è necessario conoscere la sua storia per comprendere meglio il suo scopo e i suoi obiettivi. 

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La genesi della tecnologia dei Minicromosomi in breve

La tecnologia dei Minicromosomi, nota anche come gene-stacking, è nata da una scoperta di Daphne Preuss, una delle imprenditrici più di successo nel settore alimentare e agricolo al mondo. 

Con sede a Sorrento, Maine, Stati Uniti, Daphne Preuss ha ricoperto numerosi ruoli nella sua lunga e illustre carriera. Da novembre 2006 a dicembre 2018, Preuss è stata CEO di Chromatin Inc., conosciuta anche come Future Food. 

Secondo Gregory Copenhaver, che ha lavorato al progetto di Preuss dove originariamente lavorava con Arabidopsis Thaliana, una piccola pianta di senape: 

“Daphne ha trovato una mutazione con caratteristiche che ci hanno permesso di sviluppare una tecnica di mappatura genetica per le piante. Abbiamo ideato una tecnica per identificare il centromero, il punto preciso sui cromosomi a cui una cellula si aggrappa quando deve spostarli durante la divisione. Siamo riusciti a capire come afferrare il centromero noi stessi e usarlo per lavorare con altre piante.”

Questo è ciò che ha portato allo sviluppo della tecnologia dei minicromosomi. Proseguendo, Copenhaver e Preuss hanno fondato l’azienda Chromatin Inc. e hanno concesso in licenza la tecnologia all’azienda. Questa è la breve storia dietro la genesi della tecnologia dei minicromosomi. 

Con queste informazioni a disposizione, la prossima domanda che appare ovvia è perché la tecnologia dei minicromosomi abbia guadagnato slancio. Dovevano esserci altre ricerche simili condotte all’epoca che consideravano lo sfruttamento della genetica vegetale per migliorare la resa e il volume di produzione delle colture. Copenhaver ha avuto una risposta. 

Cosa ha reso la tecnologia dei Minicromosomi distintiva?

Secondo Copenhaver, era già noto come modificare le piante inserendo geni nei loro cromosomi. Tuttavia, le tecnologie esistenti da decenni soffrivano di casualità. Non c’era certezza su quale sarebbe stato il risultato. 

Anche se il gene potesse essere inserito in un cromosoma esistente, la sua posizione di inserimento potrebbe influenzare il suo funzionamento. Il processo comportava anche il rischio di interrompere altri geni durante l’inserimento. 

Questa incertezza ha reso i processi esistenti ingombranti e difficili da eseguire. Dopo aver lavorato con migliaia di piante, i ricercatori sono riusciti a ottenere risultati positivi solo in un numero limitato di casi in cui la modifica ha prodotto i risultati desiderati. 

La tecnologia dei minicromosomi ha portato certezza al processo. Secondo Copenhaver, il processo lo ha reso “più facile trasmettere i tratti”. Ha reso la nuova selezione delle piante “più veloce, migliore, più economica e più prevedibile”. 

Quanto è progredita la tecnologia dei Minicromosomi?

La ricerca sulla tecnologia dei minicromosomi ha finora portato a numerosi insight rivelatori. Ad esempio, i minicromosomi non possiedono geni propri. Questa caratteristica – insieme alle loro piccole dimensioni – permette ai minicromosomi di funzionare come super vettori per esprimere geni estranei. In modo vantaggioso, in questo processo interferiscono minimamente con i pattern di crescita e sviluppo dell’ospite. 

I minicromosomi rimangono stabili durante la mitosi e la meiosi. Questa proprietà aiuta i geni ospitati a esprimersi e a trasmettersi da cellula a cellula, da una generazione all’altra. Aggiungere, eliminare e sostituire geni nei minicromosomi è semplice. Tutto ciò che serve è un sistema SSR: Simple Sequence Repeat. 

La tecnologia dei minicromosomi – così com’è oggi – è utile alle nostre pratiche agricole in diversi modi. Può aiutare a sviluppare geni vegetali tolleranti agli erbicidi e resistenti ai parassiti. 

• Il primo tipo di gene facilita il controllo delle erbe infestanti. 
• Il secondo tipo riduce la necessità di pesticidi, abbassando i costi agricoli e rendendo le colture più sane. 

Inoltre, questa tecnologia prepara il terreno per un’ingegneria genetica più efficace da applicare a colture e piante, aumentando la loro resa. Ha il potenziale di aiutare a coltivare più raccolti con la stessa quantità di risorse naturali. 

Lo sviluppo della tecnologia dei cromosomi artificiali e di metodi efficaci di assemblaggio genico per mirare e modificare i genomi in modo previsionale è possibile grazie all’innovazione continua sulla tecnologia dei minicromosomi. 

Ma perché è necessario aumentare la resa mantenendo i costi e l’uso delle risorse invariati o preferibilmente più bassi? È perché la popolazione globale è in crescita e la terra coltivabile a nostra disposizione non può aumentare. Questo squilibrio tra offerta e domanda è il contesto in cui tecnologie che aumentano la resa, come i minicromosomi, entrano in gioco. 

La domanda globale di cibo aumenterà

Secondo il rapporto sintetico presentato dall’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’Alimentazione e l’Agricoltura, la popolazione mondiale potrebbe crescere di oltre un terzo, ovvero 2,3 miliardi di persone, tra il 2009 e il 2050. Questo comporterebbe una enorme domanda di cibo. 

Ad esempio, la domanda di cereali, sia per uso alimentare che per foraggio animale, potrebbe raggiungere circa 3 miliardi di tonnellate entro il 2050. Il rapporto stima inoltre che nutrire una popolazione globale di 9,1 miliardi di persone nel 2050 richiederebbe un aumento della produzione alimentare complessiva di quasi il 70 percento tra il 2005/07 e il 2050. Nei paesi in via di sviluppo, la crescita dovrebbe avvicinarsi al 100 percento. 

La FAO ritiene che questi obiettivi possano essere raggiunti solo mediante l’adozione di tecnologie che aumentano la resa. Affermano chiaramente che fino al 90 percento della crescita nella produzione agricola deve derivare da rese più elevate e da un’intensità colturale maggiore, mentre il resto deve provenire dall’espansione delle terre coltivabili. 

Mentre migliorare l’efficienza della produzione agricola e aumentare il tasso di resa è una realtà, è anche necessario rendere le colture resistenti a condizioni meteorologiche imprevedibili, derivanti come sottoprodotto del cambiamento climatico a livello globale. 

Abbiamo già osservato che la tecnologia dei minicromosomi aiuta nella produzione di colture resistenti alla siccità. Tuttavia, per produrre tali colture su scala più ampia, il mondo necessita di investimenti sempre maggiori da parte dei governi e delle grandi multinazionali. La buona notizia è che esempi di questo tipo esistono già. 

Se seguiamo la traccia di Chromatin Inc. creata con la sua scoperta, vedremo che molte grandi aziende globali hanno espresso interesse per la sua tecnologia da diversi anni. Prima esamineremo queste manifestazioni di interesse, poi approfondiremo queste aziende per comprendere le soluzioni pertinenti che potrebbero avere in questo settore.  

• Nel 2007, Chromatin ha concesso a Syngenta Biology Inc. una licenza non esclusiva per utilizzare la tecnologia su mais e soia.
• Successivamente a Syngenta, l’azienda ha stipulato un accordo con Dow AgroSciences per la ricerca sulla combinazione della sua tecnologia dei minicromosomi con la tecnologia di Dow. 
• Ha inoltre firmato un accordo con Bayer Crop Science per utilizzare la tecnologia nelle sue piante di cotone. 

Ora esamineremo gli sviluppi pertinenti che aumentano la resa e che queste tre multinazionali hanno realizzato con successo fino ad ora. 

1. Syngenta Biology Inc.

Syngenta ha continuato a sviluppare colture con tecnologie di tratti dei semi più efficienti. L’acceleratore di conversione dei tratti di Syngenta ha introdotto prodotti di semi di mais che utilizzano tecnologie all’avanguardia per essere pronti al mercato rapidamente. 

Pur continuando ad assimilare tecnologie come i minicromosomi, ha lavorato intensamente per avanzare i campi della biologia molecolare, biochimica, trasformazione delle piante e genomica applicata. I suoi prodotti, come Agrisure Artesian, Agrisure Duracade, Agrisure Viptera ed Enogen, hanno offerto soluzioni credibili di tecnologia dei semi per aiutare gli agricoltori a salvare la resa da piogge imprevedibili e da insetti e parassiti distruttivi.

Il 9 novembre 2023, Syngenta Group ha annunciato i suoi risultati finanziari per i primi nove mesi e il terzo trimestre del 2023. Le vendite per i primi nove mesi del 2023 sono state di US$24.3 billion, in calo del 6 percento su base annua. L’EBITDA è stato inferiore del 22% rispetto al 2022.  

2. Dow AgroSciences

La Dow Corporation offre una gamma di soluzioni per le colture che includono soluzioni per ottimizzare la crescita delle piante riducendo al minimo l’uso delle risorse. Dow garantisce che le sue soluzioni per le colture aiutino a ridurre le perdite proteggendo le piante da insetti, erbe infestanti e malattie. Inoltre fornisce una distribuzione efficiente di nutrienti e acqua, consentendo la sintesi di pesticidi con componenti affidabili. 

Dow ha pubblicato i suoi risultati del terzo trimestre 2023 il 24 ottobre 2023. L’azienda ha registrato vendite nette di US$10.7 billion, in calo del 24% rispetto al periodo dell’anno precedente. L’utile GAAP per azione è stato di US$0.42, mentre l’utile operativo per azione (EPS) è stato di US$0.48, rispetto a US$1.11 nel periodo dell’anno precedente e $0.75 nel trimestre precedente.

3. Bayer Crop Science

Bayer Crop Sciences, parte di Bayer Global, si concentra su innovazioni relative a semi, tratti e protezione delle colture. Le sue innovazioni hanno aiutato i suoi scienziati biotecnologici a realizzare miglioramenti mirati nel DNA delle piante. Le sue soluzioni aiutano a controllare le erbe infestanti grazie alla tolleranza integrata agli erbicidi e aiutano gli agricoltori a preservare il potenziale genetico dei loro semi, coltivando in modo più efficiente con un impatto ambientale notevolmente ridotto.

I benefici della protezione delle colture, secondo Bayer, sono enormi. Il meccanismo di protezione delle colture salvaguarda circa il 30 percento delle rese a livello mondiale, equivalenti a 550 million tonnes di cibo che potrebbero nutrire più di 2 billion people. 

Lo spettro delle soluzioni di protezione delle colture di Bayer comprende erbicidi, fungicidi e insetticidi. Tutte le sue soluzioni sono basate su chimica all’avanguardia, innovazioni biologiche e intuizioni sul campo guidate dai dati. L’applicazione precisa delle sue tecnologie produce semi e tratti altamente avanzati. 

Nel anno finanziario 2022, il gruppo Bayer ha registrato vendite di gruppo di 50.739 billion euros, in crescita dell’8.7 percento su base aggiustata per valuta e portafoglio. L’EBITDA prima di voci speciali è aumentato del 20.9 percento a 13.513 billion euros.

Il futuro della tecnologia dei Minicromosomi

La crescita della popolazione, il clima imprevedibile e la mancanza di possibilità di espansione delle terre arabili in tutto il mondo sono fattori che portano alla necessità di tecnologie di produzione agricola sempre più avanzate, come i minicromosomi. L’aspetto più promettente della tecnologia dei minicromosomi è che apre la strada a un numero sempre maggiore di tecnologie simili. 

La ricerca disponibile mostra che cambiamenti genetici efficienti possono aiutare una pianta a crescere meglio nonostante condizioni avverse intorno a essa. Le rese del mais, ad esempio, sono aumentate del 10%. Non solo la produzione è aumentata, ma questi mais sono diventati migliori, con maggiore tolleranza alla siccità, contenuto di lisina più elevato e capacità aumentata di produrre etanolo. 

L’ingegneria genetica, basata su tecnologie come i minicromosomi, può resistere alla peronospora della patata riducendo l’uso di fungicidi chimici fino al 90 percento. Non solo l’agricoltura della patata ha ora un impatto minore sull’ambiente, ma il prodotto presenta molte meno ammaccature e macchie nere. La capacità di conservazione di queste patate è aumentata, e il minore uso di sostanze chimiche nella loro produzione le rende meno dannose per la nostra salute. 

Non solo mais e patate, ma la tecnologia dei minicromosomi continua a migliorare la produzione di mele artiche, varietà di papaya alle Hawaii, zucchine estive e zucchine. Ha aiutato a proteggere i frutti dall’ossidazione mantenendo il loro valore nutrizionale e il gusto. Si è dimostrata efficace contro il virus del ring spot, il virus del mosaico giallo e molte altre varietà dannose simili. Ha persino contribuito allo sviluppo di oli di soia privi di grassi trans, dannosi per la salute cardiaca. 

In generale, l’interesse crescente per tecniche agricole innovative come i minicromosomi arriva in un momento in cui l’aumento dei tassi di resa delle colture è una priorità a livello globale, e ciò in modo più sostenibile con un’impronta di carbonio ridotta. È qui che la tecnologia dei minicromosomi brilla di più, poiché aiuta a raggiungere entrambi gli obiettivi in modo significativo. Pertanto, è ragionevole prevedere un maggior afflusso di investimenti e fondi per la ricerca in questo settore nei prossimi giorni. 

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