FUTURO

Piante antiterrorismo

Piante geneticamente modificate per rilevare la presenza di esplosivi e inquinanti diventano realtà

FUTURO – In apparenza sembrano normali piante di Arabidopsis o di Tabacco, ma se nelle vicinanze c’è del tritolo, i fusti e le foglie iniziano a scolorirsi e diventano bianchi. Hanno la stessa sensibilità del naso di un cane, ma non necessitano di alcun addestratore: tutto quello che serve loro per segnalare una bomba è stato scritto nel DNA.

Le hanno create all’Università del Colorado e rappresentano il coronamento di otto anni di ricerche che uniscono botanica e protein design.

L’idea di creare delle piante che funzionino da segnalatori viene direttamente dalla natura. […] Le piante non possono scappare o nascondersi dai pericoli, quindi hanno sviluppato sofisticati meccanismi per rilevare e reagire a ciò che si trova nel loro ambiente. Abbiamo “insegnato” alle piante a individuare quello che ci interessa e rispondere in modo che tutti possano vedere, per dirci se c’è qualcosa di pericoloso nei paraggi.

Così la prof. June Medford, Colorado State University (nella foto assieme Peter Bowerman, uno dei ricercatori coinvolti) riassume le premesse e i risultati del proprio lavoro pubblicato su PLoS ONE, ma come ci si è arrivati?

Il primo passo era fare in modo che la risposta delle piante fosse effettivamente visibile. Per questo è stato creato appositamente un gene che una volta attivato dà il via a una reazione che distrugge le molecole di clorofilla e contemporaneamente ne impedisce una nuova sintesi. Come risultato, gradualmente la pianta diventa bianca.

Questo traguardo era già stato raggiunto nel 2003, il passo successivo era fare in modo che le piante rispondessero a specifiche molecole e per iniziare ci si è concentrati sul tritolo (TNT).

I ricercatori hanno sfruttato una classe particolare di proteine comune nei batteri, cioè quella delle PBPs (proteine leganti le penicilline). Queste possono essere modificate per legarsi specificamente a moltissime molecole e i ricercatori le hanno appunto costruite per legarsi al TNT. Questo design non è però avvenuto in vitro in vivo, bensì in silico, cioè usando un programma per computer: solo dopo le istruzioni per sintetizzare le nuove PBPs, su misura per avere il tritolo come ligando, sono state inserite nel DNA di Escherichia coli e infine in quello della pianta.

Dopo anni di lavoro, il DNA è  stato riprogrammato per innescare, una volta formatosi il complesso PBP-ligando, lo “sbiancamento” della pianta, che si verifica nel giro di un paio d’ore (il tempo è variabile a seconda della concentrazione di TNT e quindi proporzionale alla distanza dalla fonte).

 

La ricerca è stata portata avanti grazie ai fondi del DARPA (Defense Advanced Research Project) nell’ambito del programma BIOS (Biological Input/Output Systems) mirato allo sviluppo di organismi geneticamente modificati affinché le loro reti metaboliche possano essere sfruttate per operazioni “logiche”, come appunto è la risposta visiva di una pianta alla presenza di una determinata molecola.

DARPA e gli altri finanziatori sono tutte agenzie legate alla difesa e all’antiterrorismo, ma nello studio gli autori sottolineano che con gli stessi metodi si possono creare PBPs specifiche per legarsi alla maggior parte delle molecole di piccole dimensioni, e che di conseguenza possono essere sviluppate piante che segnalino determinati agenti inquinanti.

Per ora le piante non sono uscite dal laboratorio e le ricerche di Medford e colleghi non si possono certo ritenere terminate, ma già nei prossimi anni i primi semi potrebbero essere messi in vendita e le piante collocate intorno a scuole, aeroporti o altri obiettivi sensibili, e avrebbero il vantaggio di essere molto più discrete di un pastore tedesco o di altre misure antiterrorismo.

Stefano Dalla Casa
Giornalista e comunicatore scientifico, mi sono formato all’Università di Bologna e alla Sissa di Trieste. Scrivo abitualmente sull’Aula di Scienze Zanichelli, Wired.it, OggiScienza e collaboro con Pikaia, il portale italiano dell’evoluzione. Ho scritto col pilota di rover marziani Paolo Bellutta il libro di divulgazione "Autisti marziani" (Zanichelli, 2014). Su twitter sono @Radioprozac

7 Commenti

  1. Alcuni anni fa un’azienda danese aveva sviluppato una variante di Arabidopsis per rivelare le mine antiuomo nel suolo. C’era il problema delle dimensioni delle piante, che erano troppo piccole per poter essere osservate con certezza a debita distanza nel “rumore” di un prato ed il marker era diverso (gas che si sviluppano dall’esplosivo nel tempo). L’idea era molto buona perchè le mine di ultima generazione hanno un involucro plastico e non sempre sono individuabili srumentalmente http://www.storyofcool.com/?p=631

    Due ore come tempo di risposta non sono tante per le esigenze di controllo?

    1. Me lo sono chiesto anche io, ma penso che piantate strategicamente, in teoria, potrebbero “controllare” un’area molto vasta. Il paper però si limita a dire che considera “relativamente rapida” questa risposta, tenendo conto anche che altre linee sviluppate durante gli esperimenti ci mettevano dalle 24 alle 48 ore.
      Per gli inquinanti però anche così sarebbero perfette (sempre in teoria).

      1. In effetti l’applicazione ambientale e di bonifica (anche bellica, cfr. mine) sembra più facile di quella antiterrorismo.

        E’ possibile anche una detection multipla? Nel caso degli inquinanti ambientali sarebbe molto vantaggioso avere una pianta sensibile a più composti clorurati, ad esempio. Oppure si potrebbero usare piante diverse, ognuna sensibile ad un inquinante specifico. Nel caso delle contaminazioni ambientali (discariche, sversamenti interrati, ecc.) sarebbe molto interessante anche perchè in quel caso l’esposizione è quasi costante.

      2. Di rilevazione multipla non ne parlano, però ribadiscono diverse volte che le PBP possono essere progettate per legarsi a qualsiasi molecola di piccole dimensioni.
        Stando a questo, secondo me è più probabile la seconda ipotesi, cioè avere tante piante specializzate, piuttosto che far coesistere nello stesso esemplare diverse PBP per chiudere il “circuito di sbiancamento” (lo chiamano de-greening circuit). Anche perché sembra che questo meccanismo sia facilmente applicabile a qualunque pianta, quindi specie morfologicamente diverse potrebbero essere scelte “ad hoc” per il loro adattamento a un determinato ambiente da monitorare.
        Però per ora sono speculazioni.

  2. Comunque meglio non esagerare…dopotutto anche strisce di materiale opportunamente trattato chimicamente ed appeso in luoghi opportuni, o altri rilevatori propriamente sintetici in futuro (forse pur adesso) potrebbero ottemperare agli scopi qui proposti. Vantaggio delle piante è magari che si mimetizzano meglio e non sono riconoscibili dai malintenzionati… Però va considerato ch’esse in quanto bio-organismi interagiscono attivamente col resto degli enti naturali…e non è escluso che a lungo andare possano svilupparsi scostandosi dalla linea della loro progettazione. Potrebbero produrre falsi positivi, assuefarsi e perdere efficacia… etc. Poi, riguardo all’inquinamento, potrebbero venir modificate apposta per far apparire eccessivamente pericolose sostanze che qualcuno potrebb’essere interessato a definire così tanto dannose o ad amplificare la sensazione ch’esse stiano diffondendosi in eccesso (pur se non è vero). Frammenti inorganici che s’inscuriscono o cambiano colore…inducono nell’animo pubblico reazioni non egualmente emotive d’una piantagione di rigogliose piante che via via s’abbatta e degradi annichilando i propri seducenti fiori. Delle novità val la pena considerare le aspettative con una veduta generale (magari pure un pò generica)…e bisogna valutare i possibili condizionamenti psichici che tramite esse si possono operare negli strati della popolazione. Il vecchio proibizionismo non era estraneo a resoconti pseudoscientifici; non infrequentemente gli effetti “devastanti” d’alcol o cannabis, o del sesso libero, erano accompagnati da indagini, radiografie e analisi statistiche dubbie. Anche oggigiorno, a detta d’alcuni esperti di varia disciplina, risultati di test (ad esempio su assunzione di droga) non sono sempre così precisi come l’autorità che cerca consenso tradizionalista, col desiderio d’aumentare il potere politico o giuridico, vorrebbe far credere (vedi alcuni capoversi de “La mente inventata” di Michael S.Gazzaniga)… Il sentimento d’un generale e costante pericolo promuove ansia e inclina a una maggiore propensione dietro e sotto la sequela “provvidenziale” di qualche virtuoso “salvatore del mondo”. Ciao.virgilio.

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