Uno spettro si aggira per l’Europa (e non solo): lo spettro dell’OGM! Dobbiamo spaventarci? Partiamo da un dato certo: la nostra quotidianità è piena di organismi, molto spesso insospettabili, che hanno subito una qualche mutazione del loro patrimonio genetico. Ad esempio le mele rosse Stark Delicious, risultato di una mutazione 
avvenuta nel 1921 in Iowa (USA) sulla varietà Delicious. Purtroppo, come accade per molti argomenti “caldi” del mondo della scienza e della tecnologia, della medicina e dell’ambiente, la confusione e la disinformazione sono tante, ed è quindi estremamente importante mettere i puntini sulle “i” per demonizzare i fantasmi e far cadere certi falsi miti. Un OGM, Organismo Geneticamente Modificato, secondo l’Unione Europea (Dir 2001/18/CE [1]) è “un organismo, diverso da un essere umano, il cui materiale genetico è stato modificato in modo diverso da quanto avviene in natura con l’accoppiamento e/o la ricombinazione genetica naturale”. Quindi è OGM un organismo ottenuto con tecniche di ricombinazione dell’acido nucleico, di introduzione diretta di materiale ereditabile, di fusione cellulare e di ibridazione utilizzando metodi non naturali. La normativa europea invece non riguarda quei prodotti ottenuti mediante tecniche di mutagenesi e di fusione cellulare con metodi di riproduzione tradizionali; quindi secondo la definizione della normativa le mele rosse non sono OGM.
Ovviamente il dibattito sia scientifico che etico sui rischi associati agli OGM è più che mai aperto, soprattutto in quei casi in cui gli OGM possano entrare in contatto diretto con l’uomo, e l’attenzione posta dall’Unione Europea e da illustri scienziati sul problema ne sottolinea la grande rilevanza. Resta comunque importante sottolineare che i pro derivanti dalla modificazione genetica di organismi esistenti sono molteplici.
Uno dei settori non strettamente legati alla medicina, alla salute umana e all’alimentazione dove la sperimentazione di modificazioni genetiche di organismi viventi potrebbe dare vantaggi davvero consistenti è quello delle energie pulite.
Tutti conosciamo i limiti intrinseci relativi all’utilizzo di piante terrestri per lo sviluppo di biocombustibili di prima generazione (e.g. biodiesel e bioetanolo): la competizione con l’uso alimentare della risorsa, la limitata efficienza fotosintetica delle piante terrestri, e l’utilizzo di grandi aree agricole dove impiantare colture dedicate, sono solo alcuni degli aspetti più critici. Nel panorama dei biocombustibili si stanno quindi cercando soluzioni alternative e una delle più promettenti sembra essere l’utilizzo di biomasse acquatiche, le micro e macroalghe. Le specie algali esistenti sono circa 50.000 e a questa straordinaria abbondanza si aggiunge la grande facilità nel modificarne il patrimonio genetico e ottenere delle alghe geneticamente modificate (AGM).
Chlamydomonas reinhardtii, un’alga verde unicellulare di circa 10 mm di diametro molto presente nel suolo e nei bacini di acqua dolce, è probabilmente l’alga che calca le scene del panorama delle energie pulite da più tempo, ed essendo anche stata la prima microalga ad avere il genoma completamente mappato [2], è la prima AGM. C. reinhardtii è un’alga molto interessante, sia dal punto di vista filogenetico che da quello applicativo. La sua linea evolutiva si è divisa da quella delle piante terrestri circa 1 miliardo di anni fa; inoltre, grazie alle sue peculiarità fisiologiche, quest’alga rappresenta un organismo modello sia per studiare la fotosintesi negli organismi eucarioti che per capire la funzione e la struttura di un flagello deputato al movimento, ereditato da antenati comuni di piante ed animali e non presente nelle piante terrestri. Ma non solo: Chlamydomonas è una delle poche alghe in grado di produrre idrogeno con modalità completamente sostenibili! Ed è per questo che è da considerarsi la regina delle alghe da cui ottenere biocombustibili. La popolarità dell’idrogeno come combustibile segue di pari passo la crisi energetica degli anni ‘70 e la preoccupazione per il depauperamento delle fonti fossili e i conseguenti danni ambientali maturata negli anni ’90 [3]; rispetto ai combustibili di origine fossile l’idrogeno ha innegabilmente molti vantaggi, come l’elevato contenuto energetico (143 GJ/ton) [4], la diminuzione delle emissioni 
di gas serra e altri inquinanti atmosferici (il prodotto di combustione dell’idrogeno è acqua), la possibilità di utilizzo in varie applicazioni (può essere bruciato direttamente nei motori o nelle celle a combustibile). Tuttavia è anche importante sottolineare che le attuali tecnologie di produzione dell’idrogeno non sono propriamente sostenibili poiché, sia indirettamente che direttamente, sono sostanzialmente basate sull’utilizzo di energia elettrica e quindi su fonti fossili: globalmente il 40% dell’idrogeno è prodotto dal metano, il 30% dal petrolio, il 18% dal carbone e il 4% dall’elettrolisi dell’acqua [5]. Ed è per questo che il BioIdrogeno, ovvero l’idrogeno prodotto da batteri o da alghe, come C. reinhardtii, può giocare in attacco. Il processo è chiamato “biofotolisi” e si basa sulla produzione di idrogeno dall’acqua, usando l’energia solare e una coppia di enzimi speciali che lavorano in tandem, una ferrodoxina e una idrogenasi [6]; l’incoveniente di questo processo però è che per ogni 2 moli di idrogeno prodotto se ne produce 1 di ossigeno, il quale a sua volta è un potente inibitore dell’attività dell’enzima idrogenasi. Vale a dire che il sistema si auto-avvelena. Per ovviare a questo problema gli scienziati hanno messo a punto un sistema molto ingegnoso, basato su 2 passaggi: nel primo passaggio C. reinhardtii è fatta crescere in condizioni normali, mentre nel secondo passaggio viene trasferita in un mezzo di coltura senza zolfo nel quale la sintesi delle proteine è inibita (non vengono sintetizzati gli aminoacidi contenenti zolfo, la cisteina e la metionina) impedendo la rigenerazione del fotosistema II e quindi 
interrompendo la fotosintesi. In queste condizioni l’ossigeno non è più prodotto mediante fotosintesi ma viene solo consumato dalla respirazione mitocondriale, portando la coltura dell’alga in condizioni di anaerobiosi dove viene instaurato il processo di produzione dell’idrogeno [7]. L’ingegneria genetica e la creazione di ceppi geneticamente modificati si inseriscono in questo scenario come strumenti fondamentali sia per ottenere AGM con un’efficienza fotochimica maggiore sia per ridurre la sensibilità all’ossigeno e prevenire l’avvelenamento del sistema. Negli ultimi anni sono stati creati vari ceppi mutanti di Chlamydomonas utilizzando differenti tecniche e ottenendo risultati molto promettenti [8], come una produzione oraria di idrogeno pari a 11.7 ml per litro di coltura, sostenibile per 28 giorni [9] o una produzione oraria di 0.58 ml per litro di coltura per 166 giorni [10]. Considerati questi flussi è come se in 4 ore una coltura di Chlamydomonas riempisse una bottiglietta da mezzo litro con idrogeno, per arrivare a circa 3 litri al giorno…con cui potremmo riempire il serbatoio di un motorino ciao!
Anche gli scienziati italiani hanno dato un contributo molto rilevante: il gruppo del Prof. Torzillo del CNR di Firenze (Istituto per lo Studio degli Ecosistemi, ISE) ha creato un doppio mutante di C. reinhardtii mediante una doppia sostituzione di aminoacidi, caratterizzato da un basso contenuto di clorofilla, un alto tasso di respirazione mitocondriale e soprattutto da un’efficienza di produzione di idrogeno maggiore di più di 10 volte (5.7 ml per litro di coltura all’ora) rispetto all’alga non modificata geneticamente [11].
I passi da fare sono di sicuro ancora moltissimi e la produzione di BioIdrogeno da alghe è senza dubbio ancora considerarsi in una fase “embrionale”. E’ chiaro però che l’ingegneria genetica e lo sviluppo di nuovi OGM da utilizzare nel settore delle fonti rinnovabili
rappresenta una delle poche strade potenzialmente in grado di rendere i biocombustibili un’alternativa effettiva ai combustibili di origine fossile; le alghe geneticamente modificate in particolare sono i candidati ideali a ricoprire un ruolo di primo piano in una nuova rivoluzione verde tra le energie pulite.
CHIARA
Riferimenti
[1] http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2001:106:0001:0038:IT:PDF
[2] SS Merchant et al., Science, 2007, 318, 245-251.
[3] J Benemann, Nature Biotechnology, 1996, 14, 1101-1103.
[4] D Das et al., International Journal of Hydrogen Energy, 2008, 33, 258-263.
[5] D Das, International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 34, 7349-7357.
[6] T Happe et al., Dalton Transaction, 2009, 9960-9969.
[7] A Melis et al., Plant Physioligy, 2000, 122, 127-135.
[8] LB Brentner, Environmental Science and Technology, 2010, 44, 2243-2254.
[9] T Laurinavichene et al., International Journal of Hydrogen Energy, 2006, 31, 659-667.
[10] A Fedorov et al., Applied Biochemistry and Biotechnology, 2005, 121-124, 403-412.
[11] G Torzillo et al., International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 34, 4529-4536.
