Ultimamente non riesco a non parlare di nanotubi. In questo recente articolo li avevamo presi in causa perché avrebbero applicazioni molto interessanti in nano-chimica. Oggi li vediamo da un'altra prospettiva, cioè quella agronomica/biotecnologica.

In che senso? Tipicamente i nanotubi vengono elogiati per le loro caratteristiche strutturali, chimico-fisiche, quindi per la conducibilità elettrica, per la resistenza a stati tensionali estremi... Questa settimana, però, due gruppi distinti di ricerca hanno pubblicato un paio di articoli che parla di come questi nanomateriali possano essere sfruttati per condurre DNA esogeno in cellule vegetali, rendendo molto più semplice potenzialmente il lavoro di ingegneria genetica in botanica.

I biologi infatti stanno cercando una via alternativa per veicolare i geni. Di solito, ma solo per determinati tipi di piante, si infetta la cellula con differenti specie di agrobacterium, a loro volta portatrici di plasmidi caratteristici. Esistono altri metodi, ma non sempre sono ideali perché risultano a volte troppo drastici e quindi mettono a rischio la vita delle cellule vegetali. I vantaggi dei nanotubi quali sarebbero? Innanzitutto, per mera elettrostatica, tendono a coordinarsi con il DNA, ma solo a seguito di un trattamento dei tubi con poliaziridine (cariche positivamente).

Al fine di dimostrare il funzionamento della tecnica, i ricercatori (Markita Landry e colleghi, della Berkeley) hanno preso dei nanotubi e li hanno decorati con del DNA che codifica per una proteina verde fluorescente (usatissima per test di questo tipo in biotecnologie); a quel punto hanno depositato i nanotubi nelle foglie di arugula servendosi di una siringa (senza ago) ed hanno osservato la pianta esprimere la proteina fluorescente. Hanno inoltre ripetuto la prova con cotone, grano e tabacco: l'esperimento è riuscito in tutti i casi. I nanotubi penetrano la parete della cellula vegetale con il loro bel carico di DNA, al che lo liberano in sede opportuna e questo consente alla proteina di essere espressa dal macchinario di trascrizione/traduzione delle cellule del fogliame.

arugula dopo 3 giorni

I chimici dell'MIT (Massachusetts Institute of Technology) Michael S. Strano e colleghi hanno invece targhettizzato il cloroplasto, ossia il para-batterio (didatticamente chiamato più di sovente "organello") che si occupa della fotosintesi all'interno delle cellule vegetali, e ne hanno alterato il DNA con successo grazie ai nanotubi. Pure in questo caso la prova è stata effettuata su arugula e tabacco, ma anche su spinaci e crescione d'acqua. Le modalità, d'altra parte, sono state un po' diverse, dato che riuscire a raggiungere il cloroplasto è particolarmente difficile, dato che è circondato da due membrane lipidiche a doppio-strato: il trucco per riuscire ad oltrepassarle è quello di caricare il più possibile la generica particella. Quindi si prendono i nanotubi e si caricano via via di più finché non si osserva la riuscita dell'esperimento. Difficilmente l'utilizzo di agrobacterium, che è noto per fare un po' troppo il "sommelier di citoplasmi", avrebbe consentito una tale versatilità e quindi la riuscita in tutte queste specie.

agrobacterium black and white

Tutti i ricercatori (coinvolti e non) condividono le stesse conclusioni: il prossimo grande passo sarà quello di sfruttare i nanotubi per veicolare CRISPR-Cas9 o altri tool di editing genetico più o meno simili dato che il vero obiettivo è, ovviamente, quello di rendere queste modifiche ereditabili.


Fonti:

c&en

Nature: High aspect ratio nanomaterials enable delivery of functional genetic material without DNA integration in mature plants

Nature: Chloroplast-selective gene delivery and expression in planta using chitosan-complexed single-walled carbon nanotube carriers

Nano Letters: Carbon Nanotube Interaction with DNA

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