Il 17 ottobre scorso, il Canada ha reso legale la cannabis per tutti gli usi. La piena legalizzazione della produzione di Cannabis sativa
offre molte opportunità sia per migliorare la coltivazione di questa
pianta sia per ottenere varie sostanze farmacologicamente attive.
lescienze.it Elie Dolgin / NatureJonathan
Page ha a che fare con la cannabis da una vita. Negli anni
settanta è cresciuto a Vancouver Island, in Canada, circondato da hippie
vagabondi e fumatori di erba.
Così, dopo aver conseguito un dottorato
di ricerca in biologia vegetale e fitochimica, è stato perfettamente a
suo agio a lavorare sulla Cannabis sativa per la sua specializzazione, in Germania, all’inizio degli anni duemila.
In quel periodo, Page aveva contribuito a caratterizzare una coppia di
geni che alcune varietà della pianta usano per dare ai loro oli una nota
aromatica di pino e di limone. E durante un colloquio per un posto al
National Research Council (NRC) canadese, aveva proposto progetti simili
per scoprire come la cannabis produce composti farmacologicamente
attivi noti come cannabinoidi.
Aveva
ottenuto il lavoro, ma quando nel 2003 si era presentato all’NRC’s
Plant Biotechnology Institute a Saskatoon, in Saskatchewan, per iniziare
con il suo gruppo di laboratorio era rimasto sconcertato. Page ricorda
le parole del suo capo: “Qui non lavorerete sulla cannabis. Noi siamo il
governo”.
Ma un cambiamento di linea politica può fare grandi differenze. Il 17
ottobre, il Canada è diventato il secondo paese al mondo, dopo
l’Uruguay, a legalizzare la cannabis per tutti gli usi. E sebbene alcuni
altri paesi, in particolare Israele, abbiano fatto un notevole sforzo
per sostenere la ricerca agricola sulla cannabis, la piena
legalizzazione in Canada ha portato un accesso senza pari ai
finanziamenti per la ricerca di base sulla pianta.
La maggior parte dei 129 produttori di cannabis autorizzati del paese
stanno ora chiedendo a gran voce di lavorare con gli scienziati su
qualunque cisa, dalla mappatura genetica e l’ingegneria metabolica alle
tecniche di essiccazione ottimale fino alle pratiche di coltivazione. E
nel tentativo di monopolizzare il mercato
legale globale della cannabis – che secondo previsioni prudenti
potrebbe superare i 57 miliardi di dollari entro dieci anni – il governo
federale e i governi delle province del Canada stanno stanziando
milioni di dollari per sostenere la ricerca.
Alcuni ricercatori, come Page (che durante il suo decennio all’NRC si è
comunque dedicato in modo autonomo alla ricerca sulla cannabis), sono
ben preparati per approfittare della grande corsa canadese all’erba. Ma
botanici di tutti i tipi ora si stanno interessando alla pianta per le
opportunità di finanziamento e il campo inesplorato.
“Stiamo parlando di una pianta che è indietro di un secolo in termini di
tecniche moderne di coltivazione e di sviluppo scientifico”, dice
Ernest Small, botanico all’Agriculture and Agri-Food Canada a Ottawa,
che studia la cannabis dal 1971.
Ricerca ostacolata
Quando 15 anni fa Page è tornato in Canada, all’inizio si era rassegnato
a studiare un parente stretto della cannabis, la pianta del luppolo Humulus lupulus, usata nella produzione di birra.
Ma poi aveva cercato caparbiamente strade per continuare a lavorare
sull’erba. Si era assicurato una licenza di coltivazione industriale di
una varietà di cannabis usata per la sua fibra, che produce solo tracce
di tetraidrocannabinolo (THC), la sostanza psicoattiva responsabile
degli effetti della cannabis. Alla fine, era entrato in contatto con
l’unica azienda che all’epoca era incaricata dal governo di produrre la
pianta per scopi medici.
In questo modo Page è riuscito ad analizzare la via molecolare che porta
alla formazione di THC e di cannabidiolo (CBD), l’altro principale
composto della cannabis di interesse medico. Con il genetista molecolare
Timothy Hughes, dell’Università di Toronto, ha sequenziato il genoma di
una potente varietà di erba, chiamata Purple Kush. Ma, ricorda Page,
“l’NRC era ancora in completo disaccordo con questo lavoro”. Così, a
fine 2013, si è trasferito a Vancouver per avviare un’azienda biotech
dedicata alla cannabis: Anandia Labs.
In
uno dei primi progetti di Anandia, Page ha lavorato con Sean Myles, un
genetista di popolazioni del campus agricolo della Dalhousie University
di Truro, in Canada, per caratterizzare geneticamente 124 campioni di
cannabis. L’analisi ha dimostrato che la classificazione commerciale dei
sottotipi indica e sativa raramente corrispondeva ai
profili di DNA delle piante. E diversi campioni in commercio con lo
stesso bizzarro nome di varietà - White Widow, per esempio - spesso in
realtà hanno una genetica molto diversa. “Per qualsiasi altra coltura
agricola legale è qualcosa di impensabile”, dice Myles. “Non si può
mettere una mela Mackintosh sullo scaffale e fingere che sia una
Honeycrisp.”
Nonostante la pubblicità ottenuta grazie alla ricerca, Page continuava
ad avere problemi nell’attirare capitali. Poi a ottobre 2015 è arrivata
l’elezione a primo ministro di Justin Trudeau, il quale durante la
campagna elettorale aveva promesso di legalizzare la cannabis.
“L’atteggiamento è cambiato quasi da un giorno all’altro”, dice Page.
Sebbene il Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada
non abbia un’iniziativa dedicata alla cannabis, l’agenzia ha finanziato
decine di progetti focalizzati su biologia e coltivazione della
cannabis. Anche Genome Canada e altre organizzazioni sostenute dal
governo hanno messo a disposizione fondi per la ricerca.
Capitali più sostanziosi sono arrivati da investitori privati. Solo lo
scorso anno le aziende canadesi di cannabis hanno raccolto quasi due
miliardi di dollari canadesi (1,3 miliardi di euro) – più della metà di
tutti i finanziamenti raccolti dalle aziende legali di cannabis in tutto
il mondo – e l’industria è sulla buona strada per triplicare questo
valore nel 2018.
Anandia è stata una delle tante beneficiarie. Dopo essersi assicurata
oltre 13 milioni di dollari canadesi (8,7 milioni di euro) da
investitori privati, all’inizio di quest’anno l’azienda è stata
acquisita dal colosso industriale Aurora Cannabis di Edmonton per 115
milioni di dollari canadesi. “Si tratta di un grande gesto di fiducia”,
dice Cam Battley, chief corporate officer di Aurora,
aggiungendo che scienza e innovazione sono la chiave per far crescere
“un’azienda competitiva a livello globale che sia costruita per durare
nel tempo”.
Questo orientamento è relativamente nuovo, dice Michael Ravensdale,
patologo fitosanitario che dirige la produzione dell’azienda CannTrust a
Vaughan. “Finora la scienza era poca, ma sarà molto importante per il
prossimo capitolo dell’industria della cannabis”.
Questo è il motivo per cui molte aziende che investono in ricerca stanno
iniziando dai fondamentali. “Ci sono domande assai basilari e di enorme
importanza a cui bisogna rispondere”, dice Greg Baute, già esperto di
ibridazione dei pomodori per Monsanto a Woodland, in California, che
quest’anno si è trasferito al nord per dirigere coltivazione e genetica
nel nuovo centro di ricerca di Anandia a Comox, città natale di Page.
“Si possono fare esperimenti davvero semplici e ottenere enormi
risultati.”
Joint venture
In un area commerciale suburbana di Toronto, accanto a un negozio di
vernici, c'è un anonimo edificio in mattoni sede della TerrAscend,
un'azienda produttrice di cannabis che ha iniziato a commercializzare i
suoi prodotti circa un mese prima del 17 ottobre. All'interno, oltre una
recinzione di filo spinato e diversi apparati di sicurezza elettronica,
si sviluppano varie stanze piene di cultivar Shishkaberry, CBD God Bud e
Cold Creek Kush, apprezzate, rispettivamente, per le loro proprietà
soporifere, antidepressive e anti-stress.
Quasi
tutte le piante sono femmine non impollinate, dette "sinsemilla" (che
significa "senza semi"), che producono le potentissime cime fiorite, o
gemme, ricche di THC e altri cannabinoidi. I maschi, con le loro antere
piene di polline, non solo sono superflui - le piante femminili sono
tutte propagate per talea - ma anche evitati per timore di un
rimescolamento incontrollato dei geni.
Tuttavia, TerrAscend ha un piccolo spazio sul retro riservato ai maschi.
Nel giugno scorso, ha dato il via a un ramo d'azienda dedicato alla
ricerca e sviluppo in collaborazione con scienziati di due università
dell'Ontario, che useranno quelle piante segregate per una serie di
esperimenti che, pur essendo standard in agricoltura, raramente sono
stati condotti con la cannabis.
Gli scienziati accoppieranno le piante e le indurranno a produrre semi,
che poi esporranno a mutageni chimici nella speranza di trovare nuovi
tratti desiderabili, come la resistenza ai parassiti o una maggiore
tolleranza agli stress ambientali, come la siccità.
Gli scienziati coinvolti nello spin-off di TerrAscend, tra cui i
genetisti vegetali Peter McCourt e Shelley Lumba dell'Università di
Toronto, progettano di mutagenizzare sei varietà di cannabis con
l'obiettivo di ottenere versioni migliorate di alcune delle attuali
cultivar dell'azienda. "Il nostro obiettivo principale - dice Lumba - è
quello di trasformare la cannabis in una vera e propria coltura
orticola".
Un'altra pratica decennale per il miglioramento delle piante agricole
consiste nel raddoppiare o triplicare intenzionalmente i loro genomi:
questo tende a conferire alle piante cellule più grandi, caratteristiche
strutturali più grandi e maggiori rese in composti chimici. Le specie
di grano domesticate, per esempio, hanno 4-6 copie del loro genoma; la
canna da zucchero può averne fino a 16 copie.
E anche se la maggior parte delle moderne piante coltivate ha ottenuto
la moltiplicazione del DNA semplicemente in virtù di centinaia di anni
di coltivazione, ci sono modi per accelerare il processo.
Tutte le varietà di cannabis finora caratterizzate hanno solo due serie
di genoma; tutte a eccezione di una manciata di piante che crescono alla
Canopy Growth Corporation di Smiths Falls.
Lì, la genetista molecolare Shelley Hepworth della Carleton University
di Ottawa e un suo ex specializzando hanno usato un erbicida che
interrompe il ciclo cellulare per innescareil raddoppio del normale
numero di cromosomi in cinque varietà di cannabis . A prima vista, dice
Hepworth, "le piante sono decisamente più grandi". Ma gli scienziati
devono ancora terminare le loro analisi per determinare se le linee di
cannabis "tetraploidi" hanno anche livelli elevati di THC, CBD o altri
cannabinoidi.
Una tecnica più moderna di coltivazione delle piante - che risale agli
anni ottanta - è nota come selezione assistita da marcatori. Si tratta
di trovare firme genetiche associate a un tratto desiderabile, per
esempio un alto contenuto in oli essenziali o una fioritura spontanea in
qualsiasi condizione di luce. Gli scienziati possono poi usare le
analisi del DNA per "prevedere" rapidamente quali piantine dovrebbero
avere proprietà ottimali invece di aspettare per mesi la loro
maturazione.
Tuttavia, per la cannabis esiste solo un numero limitato di marcatori,
in gran parte perché ben pochi ricercatori li hanno mai cercati. Ciò che
è stato descritto è dovuto a George Weiblen, biologo vegetale
dell'Università del Minnesota a Saint Paul e uno dei pochi accademici
statunitensi che abbia una licenza federale per coltivare la cannabis,
sia pure solo 50 piante alla volta.
Ci sono voluti 12 anni per determinare il modello di ereditarietà dei
geni che influenzano il contenuto di sostanza attiva e per identificare
un marcatore genetico legato al rapporto THC/CBD. Più di quanto ci sia
voluto a Gregor Mendel per elaborare le leggi dell'ereditarietà, dice
Weiblen. "Il nostro programma è un manifesto dell'assurdità della
ricerca sulla cannabis negli Stati Uniti".
Un genoma completo della cannabis renderebbe più facile identificare i
marcatori più significativi del DNA. Ma i primi sforzi hanno prodotto
mappe frammentarie e incomplete, dice Kevin McKernan, direttore
scientifico e fondatore della Medicinal Genomics a Woburn, in
Massachusetts, che ha condotto alcuni dei primi lavori. Nel 2011 lui e
Page hanno rilasciato, indipendentemente, alcune mappe genomiche. "Ma
sono un colabrodo", dice McKernan. Ma questo sta cambiando. E grazie a
una tendenza internazionale verso leggi meno restrittive sulla cannabis,
molte aziende sementiere stanno investendo nella ricerca genetica.
Un DNA malleabile
"Quest'anno è un punto di svolta per la genetica molecolare della
cannabis", dice C. J. Schwartz, fondatore e amministratore delegato
della Sunrise Genetics a Fort Collins, in Colorado, una delle almeno sei
compagnie che affermano di aver creato mappe del genoma in scala fine.
Non sono ancora state pubblicate in una rivista peer-reviewed, ma
McKernan ha pubblicato un pre-print della sua mappa il 10 ottobre e
Schwartz prevede di rendere pubblica la sua sequenza entro la fine del
mese.
Poi ci sono scienziati che sperano di ingegnerizzare nuove proprietà
nella pianta. Alla Canopy Growth, la responsabile della ricerca e
sviluppo, Katya Boudko, ha lavorato con il biologo molecolare Douglas
Johnson dell'Università di Ottawa per sviluppare una tecnologia di
silenziamento genico che impedisca l'espressione del gene della sintesi
del THC. Boudko si aspetta che le piante compensino aumentando i livelli
di CBD o, dice, "produrre, come potenzialmente potrebbe, altri
cannabinoidi di cui il mondo non è ancora a conoscenza".
Boudko, comunque, deve ancora testare a fondo questa teoria, dato che
non è riuscita a coltivare piante completamente sviluppate da tessuti
geneticamente modificati, e non ne ha a disposizione molti altri.
Poiché i semi o i campioni di tesuto non possono essere geneticamente
modificati in modo coerente e prevedibile, gli scienziati devono
coltivare il tessuto vegetale e indurlo a produrre radici e germogli
dopo che i geni sono stati manipolati. Spesso, possono far sì che le
masse cellulari producano le fini barbe delle radici, ma i germogli si
sono rivelati particolarmente problematici.
Nel
2010, un team dell'Università del Mississippi a Oxford - dove per 50
anni i ricercatori hanno coltivato negli Stati Uniti tutta la cannabis
usata negli studi sulla salute finanziati dal governo - ha descritto una
ricetta ormonale per indurre la formazione dei germogli che, si dice,
funziona in oltre l'80 per cento delle volte. Eppure, altri dicono di
non riuscire a far funzionare il protocollo sulle proprie varietà. "Ci
sono decine di laboratori che stanno lavorando per rendere il protocollo
più efficiente", dice Leor Eshed-Williams, genetista dello sviluppo
vegetale alla Hebrew University a Gerusalemme.
Nell'industria, tuttavia, qualsiasi ipotesi di modificazione genetica
per molti è un anatema. Infatti, dice Ethan Russo, direttore della
divisione Ricerca e sviluppo dell'International Cannabis and
Cannabinoids Institute a Praga, "questa pianta è così malleabile che
molte di queste alterazioni genetiche sono davvero inutili". Le moderne
strategie di coltivazione selettiva, sostiene, dovrebbero essere
sufficienti, e questi metodi non richiedono marcatori genetici. In
collaborazione con Mark Lewis, presidente della Napro Research a
Westlake Village, in California, Russo ha usato la profilazione chimica
per creare decine di varietà di cannabis con proprietà uniche e rese
elevate.
Conoscere le basi
Altrove, i ricercatori stanno cercando di controllare e ottimizzare le
condizioni ambientali per le varie fasi del ciclo di crescita. Queste
modifiche potrebbero rivelarsi importanti per massimizzare i profitti
derivanti dalle costose operazioni di coltivazione indoor, che sono una
delle principali fonti di cannabis di qualità in Canada. Alla CannTx
Life Sciences di Puslinch, il responsabile operativo Jeff Scanlon e i
suoi colleghi hanno sviluppato un sistema per la circolazione dell'aria.
Scanlon ha dimostrato che i ventilatori che si trovano nelle serre della
maggior parte delle aziende muovono l'aria al di sopra delle piante. Ma
nel cespuglio di foglie e rami sottostanti l'aria rimane stagnante,
determinando sacche di temperatura e umidità elevate in cui prosperano
agenti patogeni fungini. La soluzione: un gradiente di pressione dal
pavimento al soffitto che assicuri il flusso d'aria lungo ogni
superficie della pianta. "È un'innovazione molto semplice", dice.
Deron Caplan, direttore scientifico alla Flowr di Lake Country, ha
completato quest'anno un dottorato di ricerca in cui ha sistematicamente
determinato i tassi ottimali di somministrazione di fertilizzanti nelle
varie fasi di produzione della cannabis e le migliori pratiche per la
propagazione clonale della pianta attraverso talee. "Stiamo facendo
progressi rudimentali ma incrementali", dice Mike Dixon, agronomo
all'Università di Guelph e uno dei consulenti di Caplan. Ma quei
progressi stanno lentamente aiutando a eliminare le pratiche più
dilettantesche che persistono in gran parte del settore, "quelle che
generosamente chiamo stronzate aneddotiche".
Alcuni retaggi della coltivazione illegale possono essere visti alla
Beleave, azienda produttrice di cannabis a Hamilton, dove l'esperto
coltivatore Shane Whelan-Stubbs - che ora svolge un'attività legale - ha
perseverato in alcune pratiche per 20 anni, prima in una camera da
letto, poi in cantine e magazzini. Whelan-Stubbs è aperto alla scienza, e
la Beleave inizierà presto a collaborare con un team a Guelph, dove gli
scienziati sperano di aprire l'anno prossimo il primo centro accademico
del paese dedicato alla ricerca sulla cannabis. Tuttavia, Whelan-Stubbs
continua a innaffiare le sue piante a mano. "Le piante, alla fin fine,
hanno bisogno di amore", dice.
Page sosterrebbe che hanno bisogno anche di scienza. Ma allo stesso
tempo la fiorente ricerca a cui ha preso parte sarebbe appassita già
molto tempo fa senza la cannabis al suo centro. "Possiamo vederla in
vari modi, come farmaco o come droga - dice - ma non possiamo
dimenticare che al centro di questa rivoluzione c'è la pianta. Tutto si
riduce a una pianta".
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domenica 6 gennaio 2019
Cannabis. Cosa significa per la scienza la cannabis legale in Canada.
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