Ottenimento di prodotti gluten free grazie all'editing genomico

The following thesis focuses on the CRISPR/Cas9 method, with particular emphasis on its use in the development of "gluten-free" food products, as it has been shown to be effective in reducing the amount of α-gliadins in wheat seeds, resulting in lines with significantly reduced immunogenic potential. Wheat is one of the most important cereal crops commercially and nutritionally. Although it has health benefits due to its soluble and insoluble fiber content, wheat can trigger celiac disease in predisposed individuals. Currently, the only accepted treatment for celiac disease is a gluten-free diet, although there are several alternative therapies under development, including genetic engineering. Genomic editing has emerged as an efficient and targeted strategy for modifying the genome of genetically complex crops to improve yield, quality, and resistance to biotic/abiotic stresses, surpassing previous methods such as Meganucleases, ZFNs, and TALENs, due to its ease of use, low cost, and high efficiency. CRISPR/Cas is an adaptive immune system that has evolved in bacteria and archaea as a defense against viral and plasmid DNA invasion. It is based on a guide RNA and a nuclease called Cas, which can specifically recognize and cleave the target DNA sequence. Alternatively, RNA interference (RNAi) is another effective method for gene expression regulation in many plants, as it prevents translation of the messenger RNA of target genes into proteins. In this study, supporting the arguments presented, the work conducted by Sánchez-León et al., (2018) is examined and discussed in detail, particularly the CRISPR/Cas9 method, which can serve as a basis for the development of gluten-free products. The lines obtained through gene editing could be used as a foundation for the development of gluten-free food products in countries such as the United States, Canada, and Argentina, while in Europe, plants obtained through editing are currently regulated similarly to first-generation genetically modified organisms (GMOs), with labeling requirements. Moreover, GMO regulation in Europe involves expensive safety testing and lengthy administrative processes, which makes the final approval uncertain and undermines the key advantages of genetic editing, namely speed, precision, and economic feasibility. It is evident that the use of genomic editing techniques can bring about future benefits in terms of health and environmental sustainability, offering solutions for food security and climate change. Therefore, it will be important for the currently ongoing revision of the existing regulations on genetically modified plants to propose a new legal framework that can promote research and development in Europe as well.

La seguente tesi ha come oggetto di studio il metodo CRISPR/Cas9, con particolare riferimento al suo utilizzo nello sviluppo di prodotti alimentari "gluten free" in quanto risultato efficace nel ridurre la quantità di α-gliadine nel seme di frumento, producendo linee dotate di una forte riduzione del potenziale immunogenico. Il frumento è uno dei cereali più importanti dal punto di vista commerciale e alimentare. Sebbene abbia effetti salutari grazie al suo contenuto di fibre solubili e non, il frumento può causare il fenomeno della celiachia nei soggetti predisposti. Attualmente l’unico trattamento accettato per la celiachia è la dieta senza glutine, anche se in fase di sviluppo vi sono una serie di terapie alternative, tra le quali citiamo l’ingegneria genetica. L'editing genomico è emerso come una strategia efficiente e mirata per modificare il genoma di colture complesse dal punto di vista genetico e per migliorare la resa, la qualità e la resistenza agli stress biotici/abiotici tradizionali. Si hanno diversi strumenti di editing del genoma, tra cui le Meganucleasi, le ZFN, il TALEN e il metodo CRISPR/Cas, il quale grazie alla sua facilità d'uso, al basso costo e all’alta efficienza, ha scalzato i vari metodi citati precedentemente. Il CRISPR/Cas è un sistema immunitario adattativo che si è evoluto nei batteri e negli archea per difendersi dall'invasione del DNA virale e plasmidico. È basato su un RNA guida e da una nucleasi chiamata Cas, in grado di riconoscere e tagliare la sequenza del DNA bersaglio in modo specifico. In alternativa al CRISPR/Cas vi è la tecnica RNAi (RNA interference), metodo risultato efficace per regolare l’espressione genica in molte piante in quanto impedisce la traduzione dell’RNA messaggero dei geni bersaglio in proteine. Nell’elaborato, a sostengo degli argomenti trattati, viene preso in esame e approfondito il lavoro svolto da Sánchez-León et al., (2018) che documenta i seguenti metodi, in particolare il metodo CRISPR/Cas9 che grazie alle sue capacità può essere utilizzato come base per lo sviluppo di prodotti gluten free. Le linee ottenute con gene editing potrebbero essere quindi utilizzate come base, in paesi come Stati Uniti, Canada e Argentina, per lo sviluppo di prodotti alimentari “gluten free”; in Europa, invece, la legislazione riguardante piante ottenute tramite editing è equiparata alle piante geneticamente modificate di vecchia generazione, etichettandole come OGM. Inoltre la regolamentazione degli OGM in Europa richiede test di sicurezza costosi e processi amministrativi lunghi, rendendo incerta l'approvazione finale e annullando i principali vantaggi dell'editing genetico, ovvero rapidità, precisione e convenienza economica. È evidente come l’utilizzo delle tecniche di editing genomico possa apportare beneficio futuro sia dal punto di vista salutistico, che dal punto di vista ambientale, offrendo soluzioni alla sicurezza alimentare e ai cambiamenti climatici. Sarà dunque importante che vi sia una revisione, che ad oggi è in corso, della normativa attualmente in vigore sulle piante geneticamente modificate, così da proporre un nuovo quadro giuridico che possa stimolare la ricerca e lo sviluppo anche a livello europeo.