I plastidi sono strutture specializzate all’interno delle cellule vegetali che producono e immagazzinano cibo e pigmenti per la cellula. Pensati per essersi evoluti da organismi unicellulari indipendenti che vivevano in simbiosi con le piante oltre un miliardo di anni fa, contengono un gran numero di geni e producono un numero di proteine. C’è molto interesse nell’uso dei plastidi come fabbriche per la produzione di proteine di interesse farmaceutico.
I plastidi più conosciuti sono i cloroplasti, sede della fotosintesi. Altri includono cromoplasti che immagazzinano pigmenti, come i carotenoidi, che sono responsabili della colorazione di frutti e fiori. I leucoplasti immagazzinano amido, lipidi o proteine, tutte potenziali fonti di cibo. Le radici di riserva, come patate e carote, possono contenere leucoplasti pieni di amido. I tipi di plastidi possono interconvertire, diventando altri tipi di plastidi, a seconda dello stato della cellula.
I cloroplasti contengono il pigmento clorofilla, che assorbe la luce e dona un colore verde alle foglie. La clorofilla cattura l’energia dalla luce solare e la usa per scindere l’idrogeno dall’ossigeno nell’acqua. Questo produce l’ossigeno che respirano gli esseri umani e gli animali. L’idrogeno è incorporato nell’anidride carbonica dall’aria. Questo processo di fotosintesi produce il glucosio e altri composti che la pianta utilizza per il metabolismo.
I tessuti vegetali possono avere un gran numero di plastidi nel loro citoplasma; una cella può averne più di 50. Questi si formano dalla divisione dei plastidi esistenti e sono ereditati solo da un genitore.
I plastidi hanno una doppia membrana interna che li separa dal resto della cellula. All’interno di questa membrana ci sono molte caratteristiche specializzate, come una serie di membrane aggiuntive e il plastome, o DNA totale del plastide. Questo genoma plastide codifica circa 100 dei geni necessari al plastide, ma il resto è codificato dal nucleo della cellula. Pertanto, il plastide non è totalmente indipendente dal resto della cellula, anche se si divide separatamente.
È in corso una ricerca aggressiva per utilizzare i cloroplasti come fonte di produzione di composti biologici, come enzimi e anticorpi. La trasformazione dei plastidi ha un grande vantaggio rispetto ai metodi tradizionali di ingegneria genetica delle piante, perché nella maggior parte dei casi i plastidi non si trovano nel polline. Pertanto, non dovrebbero diffondersi alle piante vicine e le piante geneticamente modificate verrebbero isolate. Questo dovrebbe aiutare ad alleviare le preoccupazioni sulla diffusione di geni alterati nell’ambiente.
L’introduzione di geni nel plastide è molto più complicato rispetto ai metodi tradizionali di introduzione dei geni nel nucleo della cellula, perché ogni cellula può avere più di 1,000 plastomi. Ognuno deve essere modificato nello stesso modo affinché questa tecnica abbia successo. In caso di successo, tuttavia, il gene introdotto può comprendere fino al 25% di tutta la proteina cellulare. Inoltre, le piante sono in grado di apportare alterazioni alle proteine che i batteri non possono, dando loro un vantaggio rispetto alla produzione nei sistemi di sovraespressione batterica.
Diverse specie di piante diverse hanno avuto i loro plastidi trasformati con successo. La trasformazione plastidiale di embrioni vegetali, o cellule giovani, viene spesso ottenuta con una pistola a particelle. Questa tecnica ricopre le particelle d’oro o di tungsteno con il DNA e poi le spara nel tessuto. Il DNA utilizzato è un plasmide, un’unità circolare di DNA contenente il gene desiderato. Conterrà anche una sequenza di DNA che gli consente di replicarsi nella cellula e un gene per la resistenza agli antibiotici per identificare quali cellule sono state trasformate.