Tecnica Insetto Sterile

Università degli Studi di Perugia

Dipartimento di Scienze agrarie, alimentari e ambientali

Corso di Laurea in Biotecnologie agrarie e ambientali

Tesina di entomologia

La tecnica dell'insetto sterile e transgenesi negli insetti

Studentessa: Lateano Mariella

Anno accademico: 2017/2018

Sommario

• Introduzione
• La tecnica dell'insetto sterile (SIT)
  • Storia della SIT
  • Svantaggi
  • Monitoraggio degli insetti in campo
  • Transgenesi
  • Sistemi gene-drive basati su CRISPR/Cas9
• Casi studio
  • Ceratitis capitata
  • Anastrepha suspensa
  • Anopheles gambiae
• Conclusioni
• Bibliografia

Introduzione

A causa della loro versatilità bio-ecologica, gli insetti esercitano un notevole impatto economico, sull'attività umana, sanitario e sociale, condizionando le produzioni agroalimentari. Essi condizionano sia come diretti consumatori delle risorse, sia come vettori di microrganismi patogeni per piante, animali e uomo. Il 13-16% della produzione agricola mondiale viene perso ogni anno a causa di insetti dannosi, su una perdita totale del 35-40%, dei prodotti immagazzinati ne viene perso il 10-20%, si sale al 30% nei paesi in via di sviluppo.

Molte specie d'insetti, un tempo relegate alle aree tropicali e subtropicali, hanno oggi iniziato a invadere le aree temperate in risposta sia ai cambiamenti climatici che ad un commercio fortemente globalizzato e non sottoposto ad adeguati controlli di frontiera. Le crescenti restrizioni sull'uso di varie molecole di sintesi, dimostratesi altamente pericolose per l'ambiente e per gli organismi non target (gli impollinatori in primo luogo), stanno facendo crescere l'interesse per strategie innovative di difesa delle produzioni agroalimentari e della salute umana, basate su principi di sostenibilità economica ed ambientale.

Numerose metodiche sono state sviluppate e sperimentate per il loro controllo, la tecnica dell'insetto sterile (SIT) è certamente quella più specifica ed ecocompatibile. Si tratta di un metodo "autocida" di lotta contro gli insetti dannosi, ovvero il controllo numerico di una popolazione attraverso l'azione di esemplari conspecifici portatori di fattori di sterilità, che si esprimono in fase post-copula. È una strategia che si affida al rilascio su vasta scala di maschi sterilizzati per rendere le femmine sul campo non riproduttive. Di base, la strategia è altamente specifica ed ecocompatibile, perché lo strumento di lotta è lo stesso insetto che si vuole combattere e tende a ridurre fortemente la capacità riproduttiva di specie d'insetti dannose, fino a livelli tali da causare un collasso nella popolazione. (M. Calvitti, R. Moretti - La tecnica dell'insetto sterile per il controllo integrato di insetti nocivi: evoluzione e prospettive, ENEA, 2016).

La tecnica dell'insetto sterile (SIT)

Generalmente i fattori di sterilità sono l'espressione di alterazioni cromosomiche (aberrazioni, traslocazioni) indotte sottoponendo gli insetti a radiazioni ionizzanti o, più raramente, ad agenti chimici che agiscono direttamente sulle gonadi. La SIT si basa su una filiera di operazioni che vanno dall'allevamento intensivo della specie target, alla sua sterilizzazione, alla separazione dei sessi e infine al lancio ripetuto degli insetti sterilizzati in campo. L'obiettivo è quello di indurre un'alta frequenza di accoppiamenti infecondi tra le femmine selvatiche e i maschi sterili al fine di ridurre progressivamente la capacità riproduttiva della popolazione naturale dannosa.

I rilasci sono ripetuti per numerose generazioni, il rapporto ottimale è di 2-10 maschi sterili per ogni maschio selvatico fertile. Questa metodologia di lotta è altamente selettiva e può essere utilizzata da sola o in combinazione con altre tecniche di controllo nell'ambito dell'Integrated Pest Management (IPM), al fine di eradicare, sopprimere o controllare la popolazione del parassita in ambienti confinati o su ampi territori regionali. La tecnica dell'insetto sterile è considerata uno dei metodi ecologicamente sicuri per il controllo zonale degli insetti nocivi, risultando essere più efficiente rispetto ad altri metodi, in caso di bassa densità di popolazione ed ha un elevato potere eradicante, soprattutto in caso di invasioni di specie esotiche.

Storia della SIT

Negli anni '30 e '40, l'idea di liberare insetti delle specie infestanti per introdurre la sterilità in popolazioni selvatiche, e quindi controllarle, fu concepita indipendentemente in tre ambienti intellettuali estremamente diversi. I ricercatori chiave erano A. S. Serebrovskii presso l'Università statale di Mosca, F. L. Vanderplank presso una stazione di ricerca sulla mosca tsetse nella rurale Tanganica (ora Tanzania), e E. F. Knipling del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti. Il lavoro di Serebrovskii sulle traslocazioni cromosomiche per la soppressione della popolazione infestante non poteva avere successo nelle condizioni catastrofiche dell'URSS durante la seconda guerra mondiale, dopo di che morì. Vanderplank ha usato la sterilità ibrida per sopprimere una popolazione tsetse in un ampio esperimento sul campo, ma mancavano le risorse per sviluppare ulteriormente questo metodo.

Knipling e la sua squadra hanno sfruttato la scoperta di H. J. Muller che le radiazioni ionizzanti possono indurre mutazioni letali dominanti e, dopo la seconda guerra mondiale, questo approccio è stato applicato per eradicare la mosca assassina (Cochliomyia hominivorax) negli Stati Uniti, in Messico e America Centrale. Negli anni '70 venne avviata una sperimentazione della SIT per il controllo della mosca mediterranea della frutta (Ceratitis capitata) nell'isola di Procida (NA). Il progetto portò alla realizzazione, presso il Centro Ricerche ENEA della Casaccia (RM), del più innovativo insettario d'Europa per l'allevamento della specie, dove si producevano fino a quattordici milioni di insetti sterili la settimana.

I risultati di quell'esperienza furono estremamente positivi e in seguito interessarono anche piccole aree della terraferma, dislocate in diverse regioni italiane, quali Calabria, Lazio, Campania, Sardegna e Sicilia. A partire dagli anni '80, la ricerca entomologica agraria europea si orientò principalmente verso la realizzazione di diverse biofabbriche per la produzione di insetti utili. In un primo momento l'approccio più usato per la produzione di insetti sterili è stato l'uso di radiazioni, tecnica abbandonata per la sua incompatibilità con processi ecosostenibili, inoltre è emerso che la completa sterilizzazione comportava una diminuzione della fitness riproduttiva dei maschi trattati, di fatto questo approccio è stato abbandonato sul finire degli anni '90.

Tuttavia la tecnica si è dimostrata efficace nel Messico meridionale, nel 1982, per lo sradicamento della mosca della frutta in un'area di 15.000 Km², bloccando l'invasione del parassita verso il Guatemala. In tempi più recenti è stata messa a punto una tecnica sul moscerino della frutta (Drosophila melanogaster), che utilizza la transgenesi embrionale, la tecnica è molto interessante in quanto permetterebbe di ottenere un notevole grado di sterilità, senza l'utilizzo di radiazioni e senza influire sulla fitness del maschio sterilizzato. (M. Calvitti, R. Moretti - La tecnica dell'insetto sterile per il controllo integrato di insetti nocivi: evoluzione e prospettive, ENEA, 2016).

Svantaggi

In primo luogo, l'applicazione della SIT convenzionale è possibile solo con insetti anfigonici (a riproduzione sessuale) monogami. Nel caso in cui si scelga di adoperare la SIT convenzionale effettuata con radiazioni, è necessario rispettare il quadro normativo specifico per l'allocazione e delle infrastrutture necessarie all'