Negli ultimi decenni, il lavoro instancabile dei genetisti forestali si è scontrato con l’intelligenza artificiale (AI) e la tecnologia CRISPR multiplex, aprendo la strada a una rivoluzione nella produzione sostenibile di fibre di legno. I risultati ottenuti promettono di rendere la produzione di fibre per una vasta gamma di prodotti – dalla carta al cartone, dai pannolini all’abbigliamento – più ecologica, economica ed efficiente.
Rivoluzione nel Settore del Legno e Forestale
Il co-autore principale Rodolphe Barrangou, dottore in filosofia e professore presso il Dipartimento di Alimentazione, Biotrasformazione e Scienze Nutrizionali dell’Università di North Carolina State (NCSU), ha dichiarato: “Il legno modificato da CRISPR può avere un impatto enorme sulle operazioni industriali e sulla costruzione della bioeconomia”. Barrangou aggiunge che i vantaggi finanziari, operativi ed ambientali sono tangibili e che si spera che ciò generi un senso di urgenza e impulso per molte figure chiave, dalle agenzie governative agli investitori, dagli innovatori agli imprenditori.
La ricerca è stata pubblicata nell’articolo intitolato “Modifica multiplex CRISPR del legno per la produzione sostenibile di fibre” sulla rivista Science.
Affrontare le Sfide Ambientali con la Modifica Genetica
Secondo Jack P. Wang, co-autore senior e professore presso il College di Risorse Naturali della NCSU, gli alberi sono pilastri degli ecosistemi e della bioeconomia, oltre a rappresentare una risorsa naturale essenziale e il maggiore serbatoio di carbonio biologico sulla Terra. Wang sottolinea che la complessità della lignina, un componente del legno che ostacola la produzione di fibre sostenibili, ha da sempre ostacolato la domestica dei boschi per ottenere un maggior rendimento.
Sfruttare l’IA e la Modifica Genetica
L’utilizzo efficiente delle fibre di cellulosa derivate dal legno dipende ampiamente dal contenuto e dalla composizione della lignina. La ricerca di decenni ha focalizzato principalmente la modifica di singoli geni o famiglie di geni, ma ora, grazie alla combinazione di dati genetici e omici elaborati con l’intelligenza artificiale, gli studiosi sono stati in grado di identificare oltre 69.000 strategie di modifica multigenica per 21 geni cruciali nella produzione di lignina.
Obiettivi della Modifica Genetica del legno
Attraverso modelli predittivi, gli scienziati si sono prefissati obiettivi come la riduzione dei livelli di lignina, l’aumento del rapporto carboidrati/lignina (C/L) e l’aumento del rapporto tra due importanti componenti della lignina, il siringile e il guaiacile (S/G), negli alberi di pioppo. Queste caratteristiche chimiche combinate rappresentano il punto ottimale di produzione di fibre. Inoltre, tali miglioramenti potrebbero portare a una riduzione fino al 20% delle emissioni di gas serra associate alla produzione di cellulosa, qualora questi rapporti fossero raggiunti su scala industriale.
Risultati Eccezionali attraverso CRISPR e AI
Attraverso la tecnologia CRISPR multiplex, gli scienziati hanno creato 174 varianti di pioppo modificate, piantate e cresciute per mesi, per poi raccoglierle e analizzarne i benefici industriali. I risultati sono stati sorprendenti: una riduzione della lignina fino al 50% in alcune varietà e un aumento del rapporto C/L fino al 228% in altre. Interessante notare che le riduzioni più significative della lignina sono state osservate negli alberi con quattro-sei modifiche genetiche.
Impatti su Industria del legno e sull’Ambiente
Questa rivoluzionaria ricerca non solo offre benefici industriali tangibili, ma anche vantaggi per l’ambiente. La riduzione del contenuto di lignina negli alberi potrebbe aumentare la resa di cellulosa e ridurre la “black liquor”, un importante sottoprodotto della produzione di cellulosa. Inoltre, la produzione di fibre da legno può ridurre le emissioni di anidride carbonica, aiutando nella lotta al riscaldamento globale.
Verso un Futuro Sostenibile
I prossimi passi prevedono ulteriori test in serra per confrontare il comportamento degli alberi modificati con quelli selvatici, oltre a prove sul campo per valutare la loro performance all’aperto. Sarà altresì necessario monitorare gli impatti dell’editing genetico sugli aspetti fenotipici degli alberi in prove sul campo a lungo termine.
Conclusioni
In un mondo in cui la sostenibilità è una priorità, la combinazione di tecnologie di apprendimento automatico con la modifica genetica tramite CRISPR rappresenta un passo avanti verso la produzione sostenibile di fibre. Questa innovazione non solo promette di migliorare l’efficienza e l’ecologia dell’industria delle fibre, ma offre anche soluzioni concrete per affrontare le sfide del cambiamento climatico. L’opportunità di ridurre il carbonio nell’atmosfera, migliorando al contempo la produzione di materiali essenziali, come carta, tessuti e pannolini, rappresenta un passo significativo verso un futuro più sostenibile e responsabile.