Approccio magnetofezione per la trasformazione del gombo utilizzando nanoparticelle di ferro verde

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 16568 (2022) Citare questo articolo

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Il cambiamento climatico, la resistenza ai pesticidi e la necessità di sviluppare nuove varietà vegetali hanno spinto i biotecnologi a trovare nuove soluzioni per produrre piante transgeniche. Negli ultimi dieci anni gli scienziati stanno lavorando su nanoparticelle metalliche verdi per sviluppare sistemi di trasporto del DNA per le piante. Nel presente studio, le nanoparticelle di ferro verde sono state sintetizzate utilizzando l'estratto di foglie di Camellia sinensis (tè verde) e cloruro di ferro (FeCl3), la caratterizzazione e la conferma sono state eseguite utilizzando la spettroscopia UV-VIS, FTIR, SEM e TEM. Utilizzando queste nanoparticelle, è stato sviluppato un nuovo metodo di trasformazione genetica nelle piante di gombo, con una combinazione di diversi fattori di magnetofezione. La massima efficienza di trasformazione genetica è stata osservata con un rapporto DNA/nanoparticelle di ferro di 1:20, mediante rotazione della miscela (DNA plasmidico, nanoparticelle di ferro ed embrione di semi) a 800 giri al minuto per 5 ore. Utilizzando questo approccio, la trasformazione del gene GFP (proteina fluorescente verde) è stata effettuata con successo nell'Abelmoschus esculentus (pianta di gombo). La trasformazione del DNA è stata confermata osservando l'espressione del transgene GFP tramite microscopio confocale a scansione laser (LSCM) e PCR. Questo metodo è altamente economico, adattabile, indipendente dal genotipo, ecologico e fa anche risparmiare tempo. Ne deduciamo che questo approccio può essere una potenziale soluzione per combattere le sfide di resa e immunità delle piante contro i patogeni.

Il progresso della medicina e l’ampio uso di farmaci hanno sviluppato resistenza negli agenti patogeni umani e vegetali. Pertanto, è necessario sviluppare nuove varietà di colture transgeniche in grado di resistere al cambiamento climatico e di resistere all’attacco dei patogeni. Tuttavia, richiede un metodo preciso in grado di fornire con successo DNA estraneo nelle piante. A questo proposito, nel corso del diciannovesimo secolo, sono stati sviluppati molti metodi di trasformazione genetica come il metodo biolistico (gene gun)1, l'elettroporazione2, la sonoporazione3, la trasfezione4, la magnetofezione5, la fusione dei protoplasti6, la microiniezione7, l'infiltrazione sotto vuoto8 e la trasformazione mediata da Agrobacterium9, ecc. Ogni metodo di trasformazione genetica, sia esso chimico, fisico o biologico, presenta alcune limitazioni10. Ad esempio, l'elettroporazione può danneggiare il DNA o fargli perdere la sua integrità11. Allo stesso modo, la trasformazione mediata da Agrobacterium non è un metodo specifico per il bersaglio12. Tutte queste limitazioni hanno spinto i biologi a proporre nuove soluzioni per la consegna del DNA.

In tutto il mondo vi sono forti preoccupazioni riguardo alla valutazione del rischio ambientale derivante da diverse piante geneticamente modificate13. Pertanto, è importante spostarsi verso le tecniche che comportano un rischio minimo. Dall'ultimo decennio, le nanoparticelle di ferro verde (GINP) vengono sintetizzate e utilizzate in diversi campi come la medicina, l'attività antimicrobica, il controllo dell'inquinamento e la degradazione dei coloranti azoici, ecc.14,15,16,17. La sintesi verde è un metodo alternativo ai metodi chimici e fisici poiché offre vantaggi economici e ambientali18. Tuttavia, il suo utilizzo nella trasformazione genetica per il trattamento delle malattie umane è piuttosto nuovo19. I GINP hanno la capacità di legare il DNA che può essere utilizzata per sviluppare sistemi di rilascio del DNA20,21. Questo sistema, infatti, utilizza la tecnica della Magnetofezione per la trasformazione genetica sia nelle piante che nelle cellule tumorali22.

Recentemente, gli estratti vegetali sono ampiamente utilizzati nella sintesi di GINP che forniscono maggiore stabilità alle nanoparticelle metalliche23. Valentine V. et al. nel loro studio sulla biosintesi delle nanoparticelle di ossido di ferro, hanno suggerito che la presenza di acidi organici (come gli acidi citrico o ossalico) aiuta principalmente nella stabilizzazione delle nanoparticelle di ferro e le piante che possiedono questi acidi organici possono produrre nanoparticelle di ferro altamente stabili24. Molti composti organici (come flavonoidi, alcaloidi e saponine, ecc.) sono presenti negli estratti vegetali che forniscono maggiore solubilità e compatibilità ai GINP25. Oltre a questi, i GINP riducono il rischio di tossicità ambientale; poiché il rivestimento di particelle metalliche con altri polimeri non biodegradabili può essere dannoso26. Pertanto, le nanoparticelle metalliche preparate utilizzando l'estratto vegetale e utilizzate come sistema di consegna del DNA nelle piante sono molto più efficienti rispetto alle nanoparticelle magnetiche (MNP) preparate con polimeri sintetici.