Un gruppo di ricercatori ha modificato il DNA di alcune piante di tabacco introducendovi il gene di un fungo bioluminescente. In un futuro prossimo, l’obiettivo è trasformare anche altre specie floreali per creare giardini di “piante avatar”.
Bioluminescenza e piante
Chiunque abbia visto il colossal americano Avatar sarà probabilmente rimasto stupefatto dal mondo di Pandora. Nato dalla fantasia di James Cameron, è un pianeta nel quale la natura regala scenari meravigliosi e fiabeschi, lasciando in tutti noi il sogno di poter passeggiare, almeno per una volta, in un giardino simile. Bene, oggi farlo sta diventando possibile, e non solo in un parco divertimenti.
L’incredibile scoperta arriva dalla Russia che, su Nature Biotechnology, descrive come produrre piante avatar. In collaborazione con l’MRC di Londra e l’IST d’Austria, il gruppo di ricerca ha trasferito nel DNA della pianta di tabacco (Nicotiana tabacum ) le sequenze genetiche fungine. In particolare, quelle che codificano per la bioluminescenza nella specie Neonothopanus nambi.
Da cosa si è partiti?
Circa 30 anni fa si provò a creare le piante luminescenti utilizzando i geni delle lucciole, ma il risultato fu poco soddisfacente. Infatti, il bagliore prodotto era debole e poco omogeneo, motivo per cui si tentò con i geni dei batteri bioluminescenti. Tuttavia, tale tecnica richiedeva l’aggiunta di luciferine, dei composti tossici e spesso costosi. Inoltre, i livelli di emissione di luce rimanevano bassi, temporanei e disomogenei. Purtroppo, creare degli organismi geneticamente modificati è complesso, perché il DNA è molto suscettibile ai cambiamenti. Se non avviene una perfetta integrazione del gene esterno, spesso il trasferimento genico non funziona o diventa pericoloso per l’ospite.
L’idea dei funghi
Nel 2019, alcuni ricercatori hanno osservato che la bioluminescenza fungina della specie Neonothopanus nambi è regolata da reazioni chimiche molto simili ad alcuni processi naturali già presenti in molte piante. Quindi, partendo da questa evidenza, il gruppo di ricerca ha provato a trasferire i geni della luminescenza dai funghi alla piante di tabacco. I risultati sono stati incredibili: le piante brillavano di luce verde e il fenomeno si conservava per tutto il ciclo vitale. Inoltre questo meccanismo, afferma l’amministratore delegato di Light Bio, “produce un bagliore molto più luminoso e più costante”.
L’acido caffeico
La molecola di interesse per i ricercatori è l’acido caffeico. Infatti questo composto ha un ruolo attivo nella sintesi della lignina, ovvero del polimero costituente il legno ed è quindi presente in molte piante. In realtà, la luminescenza non dipende direttamente dall’acido caffeico, ma piuttosto dalle luciferine, che sono prodotte a partire proprio da tale composto. Inizialmente l’obiettivo è stato adibire nuovamente parte dell’acido caffeico alla biosintesi della luciferina, perché molte specie vegetali avevano perso questa capacità. Dopo la modifica, le piante di tabacco hanno prodotto circa un miliardo di fotoni al minuto, rimanendo così visibili anche al buio. Inoltre, come sottolineato dal team di ricerca, “a differenza dell’espressione della bioluminescenza batterica, l’espressione del ciclo dell’acido caffeico non è tossica nelle piante e non impone un evidente onere sulla crescita delle piante, almeno nella serra”.
Giocare con le sfumature di verde
Questa interazione luminosa rappresenta anche un importante indicatore metabolico interno, poiché può rilevare lo stato fisiologico delle piante. Quindi, tutte queste informazioni sono utili agli operatori per monitorare lo stato di salute delle piante e comprenderne il comportamento luminoso in relazione a diversi fattori ambientali. Ad esempio, le parti più giovani della pianta tendono a brillare di un verde più intenso in confronto a quelle più vecchie; inoltre, i fiori risultano sempre particolarmente luminosi. Anche l’ambiente influenza la luminosità, come dimostra l’introduzione di una buccia di banana vicino alla pianta luminescente: il fenomeno si intensifica. Questo avviene perché le banane sono ricche di etilene, un composto chimico considerato un fattore regolatore della crescita vegetale.
Dalle piante avatar agli animali luminescenti?
Sebbene l’acido caffeico non sia sintetizzato direttamente dagli animali, l’aggiunta di due enzimi potrebbe attivarne la produzione. In questo modo, si potrebbe innescare la luminescenza autonoma anche in molti animali. Quindi, si, è un’ipotesi plausibile. Tuttavia, ancora non è stata testata, in quanto richiede l’organizzazione di un esperimento molto più complesso.
Il futuro prevede un’illuminazione green di nome e di fatto
Le piante avatar brillano intensamente per tutta la durata del loro ciclo vitale e senza l’aggiunta di prodotti chimici. Questa caratteristica potrebbe quindi essere sfruttata per illuminare giardini e balconi o, come afferma il ricercatore Karen Sarkisyan, “Sarebbe fantastico sostituire i lampioni con fiori bioluminescenti”. Inoltre, l’allestimento di giardini decorati con piante luminescenti potrebbe diventare un ottimo compromesso fra estetica e sostenibilità, limitando l’uso di corrente elettrica per l’illuminazione. Per queste ragioni i ricercatori vogliono testare la tecnica di trasferimento anche su altre specie vegetali, quali rose, petunie e pervinche.
Una nuova ondata di tecnologie bioluminescenti
Sebbene le piante ornamentali rappresentino un interessante risultato, gli scienziati concordano nel credere che “Questa nuova tecnologia sia il punto di partenza che consentirà lo sviluppo di una suite di strumenti di imaging per studiare anche altri organismi ed eventi molecolari”. Ad esempio, nel settore clinico è ragionevole pensare di ottenere modelli di malattie animali, nei quali la bioluminescenza sarebbe un indicatore dei cambiamenti fisiologici nonché una tecnica non invasiva.
“Davanti a noi c’è Pandora. Uno cresce sentendone parlare, ma non avevo mai immaginato che ci sarei andato.”
Probabilmente James Cameron non pensava che la sua Pandora potesse diventare un progetto di ricerca con un simile potenziale. Ancora una volta è successo: quello che nei film è pura fantascienza, diventa fonte di ispirazione per la scienza.
A pensarci, il cinema è una forma d’arte, ma forse dovrebbe diventarlo anche il mondo della ricerca. Meno effetti speciali e il difficile compito di spiegare la complessità del mondo dando grandi speranze e poche illusioni.
Carolina Salomoni
