I feromoni sono sostanze chimiche complesse prodotte e rilasciate da un organismo come mezzo di comunicazione. Consentono ai membri della stessa specie di inviare segnali, tra cui quello di far sapere agli altri che sono sessualmente disponibili.
Gli agricoltori possono appendere dei dispersori di feromoni tra le loro colture per imitare i segnali degli insetti femmina, intrappolando o distraendo i maschi dalla ricerca di una compagna. Alcune di queste molecole possono essere prodotte con processi chimici, ma la sintesi chimica è spesso costosa e crea sottoprodotti tossici. Il dottor Nicola Patron, che ha guidato questa nuova ricerca e dirige il gruppo di biologia sintetica dell’Earlham Institute, utilizza una scienza all’avanguardia per far sì che le piante producano questi preziosi prodotti naturali. La biologia sintetica applica i principi dell’ingegneria al DNA. Creando moduli genetici con le istruzioni per costruire nuove molecole, Patron e il suo gruppo possono trasformare una pianta come il tabacco in una “fabbrica” che ha bisogno solo di luce solare e acqua. “La biologia sintetica può permetterci di ingegnerizzare le piante affinché producano molto di più di qualcosa che già producono, oppure possiamo fornire le istruzioni genetiche che permettono loro di costruire nuove molecole biologiche, come i farmaci o i feromoni”, ha detto la dottoressa Patron.
In quest’ultimo lavoro, il team ha collaborato con gli scienziati dell’Istituto di Biologia Molecolare e Cellulare delle Piante di Valencia per ingegnerizzare una specie di tabacco, la Nicotiana benthamiana, per produrre feromoni sessuali di falena. La stessa pianta è stata precedentemente ingegnerizzata per produrre anticorpi contro l’ebola e persino particelle simili al coronavirus da utilizzare nei vaccini Covid. Il gruppo ha costruito in laboratorio nuove sequenze di DNA per imitare i geni della falena e ha introdotto alcuni interruttori molecolari per regolare con precisione la loro espressione, che di fatto accende e spegne il processo di produzione.
Un processo per preciso per non disperdere energia
Una componente importante della nuova ricerca è stata la capacità di regolare con precisione la produzione dei feromoni, poiché costringere le piante a costruire continuamente queste molecole ha i suoi svantaggi. “Aumentando l’efficienza, troppa energia viene sottratta alla normale crescita e allo sviluppo”, ha spiegato il dottor Patron. “Le piante producono molto feromone ma non sono in grado di crescere molto, il che riduce essenzialmente la capacità della nostra linea di produzione. La nostra nuova ricerca fornisce un modo per regolare l’espressione genica in modo molto più sottile”. In laboratorio, il team ha iniziato a testare e perfezionare il controllo dei geni responsabili della produzione della miscela di molecole specifiche che imitano i feromoni sessuali delle specie di falene, tra cui il verme arancione e il verme del cotone. I ricercatori hanno dimostrato che il solfato di rame può essere usato per regolare finemente l’attività dei geni, consentendo loro di controllare sia i tempi che i livelli di espressione genica. Questo è particolarmente importante perché il solfato di rame è un composto economico e facilmente disponibile, già approvato per l’uso in agricoltura. Sono stati anche in grado di controllare attentamente la produzione di diversi componenti del feromone, consentendo loro di modificare il cocktail per adattarlo meglio a specifiche specie di falena. “Ottenere la ricetta giusta è particolarmente importante per i feromoni delle falene, che spesso sono una miscela di due o tre molecole in rapporti specifici. I nostri collaboratori in Spagna stanno ora estraendo i feromoni prodotti dalle piante e li stanno testando nei dispenser per vedere quanto siano efficaci per le falene femmine”. L’équipe spera che il loro lavoro apra la strada all’utilizzo di routine delle piante per produrre un’ampia gamma di preziosi prodotti naturali. “In futuro potremmo vedere serre piene di fabbriche di piante, che offriranno un modo più ecologico, economico e sostenibile di produrre molecole complesse”.
