CRISPR + IA = alberi più adatti alla produzione di carta

Grazie a modifiche genetiche guidate dal machine learning, ricercatori riescono a creare varietà di pioppi con un ridotto contenuto di lignina

Crediti: Angeles Balaguer / Pixabay

Nel corso dei secoli l'essere umano ha domesticato numerosi tipi di raccolto, rendendoli dipendenti dalla convivenza e dal suo controllo, al fine di farli diventare più adatti alle proprie esigenze, che si tratti di gusto, resa o quant'altro.

Gli alberi, invece, sono spesso riusciti a sfuggire all'influenza umana, non tanto per una sorta di “generosità” o mancanza di interesse, quanto piuttosto per un semplice motivo pratico: creare e coltivare nuove varietà richiede decenni.

Eppure, riuscire ad esempio a ridurre il contenuto di lignina nel legno (che attualmente si attesta intorno al 25%) sarebbe molto vantaggioso per industrie come quelle della carta, che sono costrette a rimuoverla per evitare che il prodotto ingiallisca a contatto con l'aria.

Ecco perché ha suscitato molto interesse un recente progetto di ricerca coordinato dallo specialista in modifiche genetiche Rodolphe Barrangou della North Carolina State University, in cui sono stati combinati Intelligenza Artificiale (IA) e tecnologia CRISPR avanzata per creare alberi con caratteristiche utili in poco tempo.

Una sezione trasversale del tronco di un pioppo coltivato in serra dai ricercatori. Crediti: Ilona Peszlen

CRISPR e IA per nuove linee genetiche

Ma andiamo con calma, iniziando con le definizioni: mentre del tipo di IA impiegata (machine learning) ho già parlato qui, CRISPR è un componente del sistema immunitario dei batteri in grado di “tagliare” lunghe sequenze di DNA, che è stato successivamente convertito in uno strumento (di grande successo) per effettuare modifiche genetiche.

Può essere visto come un paio di “forbici molecolari” ad alta precisione, dirette da una guida personalizzabile all’occorrenza, e in questo caso è stato usato dai ricercatori nella sua forma multiplex, in grado di bersagliare più geni contemporaneamente.

Quindi, Barrangou e colleghi hanno innanzitutto usato un modello di IA predittiva sul Populus trichocarpa (un tipo di pioppo) al fine di identificare geni da modificare per ottenere caratteristiche ideali per la produzione di fibre legnose, compreso l’aumento del rapporto cellulosa-lignina.

Tra le migliaia di possibilità fornite dall’algoritmo di machine learning, il gruppo ne ha selezionate sette (che richiedevano di modificare da tre a sei geni) e le ha date in pasto a CRISPR multiplex, generando 174 nuove linee di alberi, che sono stati lasciati crescere in una serra per sei mesi.

Risultati importanti per l'industria e l'ambiente

I risultati sono stati eccellenti: nei casi migliori, si è arrivati a una riduzione addirittura del 29% del contenuto di lignina, per un incremento del rapporto cellulosa-lignina pari al 228%, il che è chiaramente incoraggiante per la società TreeCo fondata da Barrangou e dal collega (e coautore dello studio) Jack Wang.

Oltre che per aziende operanti nel settore, si tratta di un traguardo importante anche per l'ambiente: il processo industriale di rimozione della lignina è infatti estremamente dispendioso in termini di materiali, solventi, energia e pressione, con un'alta impronta di carbonio (carbon footprint) e generazione di scorie chimiche.

Ovviamente ci sono anche aspetti negativi: innanzitutto, molti dei pioppi geneticamente modificati hanno mostrato una crescita decisamente più lenta; inoltre, i risultati potrebbero essere meno convincenti al di fuori delle serre, dove le condizioni ambientali possono essere molto diverse.

I ricercatori, pur coscienti delle problematiche, si dicono comunque ottimisti per quando gli esperimenti saranno eseguiti all'aperto, anche in virtù della disponibilità di numerose varianti genetiche da testare.