A Wolfsbane non importa se sopravvivi. Una singola goccia del suo estratto può spegnere il sistema nervoso. Larkspur, il suo stretto cugino botanico, gioca un gioco simile: paralizza i predatori con facilità letale. Ma questa guerra chimica ha un rovescio della medaglia.
Questi stessi composti, capaci di fermare un cuore o un cervello, sono anche potenziali cure per la malaria, il cancro e il dolore cronico.
Finora siamo stati in balia della scarsità della natura. Estrarre una quantità sufficiente di queste potenti molecole dalle piante è come estrarre l’oro con un cucchiaino. Ma i ricercatori hanno compiuto un passo enorme verso il cambiamento della situazione. Hanno capito come ricreare questi complessi set chimici in laboratorio.
Il lavoro, pubblicato su Molecular Plant, unisce le competenze della Michigan State University (MSU) e dell’Accademia ceca delle scienze. È un ponte tra antichi rimedi erboristici e la moderna ingegneria genetica.
“Le piante sono i migliori chimici in circolazione… Gli esseri umani hanno trovato innumerevoli usi per queste molecole.”
— Björn Hamberger, professore della MSU
Perché la chimica vegetale è così difficile da copiare
Pensiamo alle piante come lente e semplici. Non lo sono.
Nel corso di milioni di anni, la flora ha potenziato i propri arsenali chimici per sopravvivere alla predazione, alle malattie e allo stress climatico. Il risultato? Metaboliti specializzati con strutture così intricate che anche dopo due secoli di chimica, molti rimangono non sintetizzati.
Prendi gli alcaloidi diterpenici. Trovato in larkspur (delphinium) e wolfsbane (monaco), queste molecole sono mostri molecolari. Combinano le caratteristiche dei due gruppi più grandi e più antichi di prodotti chimici vegetali. Il risultato è una struttura così complicata che l’Aconitone, un famoso derivato tossico, non è mai stato completamente costruito in laboratorio, nonostante sia stato isolato quasi 200 anni fa.
“Se fai dieci passi di fila… e all’improvviso uno si interrompe, i passi successivi non possono avvenire”, ha spiegato Garret Miller, ex studente della MSU e co-primo autore.
Cercare di isolare questi composti dalla natura produce quantità minuscole. È lento, inefficiente e gravoso per l’ambiente. Avevamo bisogno di un modo migliore. Avevamo bisogno di una catena di montaggio.
Come la collisione ha creato una svolta
La svolta non è arrivata da un singolo laboratorio. È venuto da una collisione durante una conferenza di ricerca a Barcellona.
Il team di Björn Hamberger alla MSU stava studiando larkspur. Nello stesso evento, il gruppo di Tomáš Pluskal dell’Accademia ceca delle scienze stava lottando con la stessa classe di composti nell’aconito.
Era lo stesso problema. Approcci diversi.
“Quando ciò accade, possiamo andare per la nostra strada o unirci… è l’unione che porta sempre alla migliore scienza”, ha detto Hamberger.
I due gruppi hanno unito le loro risorse. Il loro obiettivo? Mappa l’esatto percorso biochimico che trasforma la materia vegetale grezza in questi potenti alcaloidi.
La catena di montaggio genetica
Per trovare la ricetta, non hanno indovinato. Hanno cacciato.
Il team ha analizzato migliaia di geni di più specie. Hanno cercato marcatori specifici: quali geni si attivavano nei tessuti giusti, al momento giusto, per costruire la tossina.
Trattavano la biologia della pianta come il pavimento di una fabbrica. Ogni enzima era un lavoratore sulla linea. L’obiettivo era identificare ogni passaggio dalla materia prima al prodotto finito.
Una volta mappate, queste istruzioni genetiche potrebbero essere prelevate dalla pianta e inserite in un organismo ospite. Lievito? Tabacco? Non importa quale sia l’host, purché possa leggere il codice dell’impianto e iniziare a produrre il composto su larga scala.
In uno scenario ideale, questo ci permette di evitare completamente l’agricoltura. Nessun campo. Nessun raccolto. Solo bioreattori.
Le piante di tabacco fanno la prima svolta
I ricercatori non si sono fermati alla teoria. L’hanno testato.
Hanno preso una serie promettente di geni sia dallo strozzalupo che dallo sperone e li hanno inseriti nelle piante di tabacco. Hanno trasformato i raccolti in fabbriche biologiche.
Il risultato? Successo.
L’analisi chimica ha confermato che il tabacco produce atisinium, un alcaloide diterpenoide. Le piante modificate non stavano solo producendo un frammento; stavano completando l’assemblea. Sei enzimi distinti hanno lavorato di concerto, guidando la molecola nella sua complessa forma finale.
Ancora più sorprendente, il processo ha aggiunto una fonte vitale di azoto che gli scienziati non avevano previsto.
“La nostra visione è fornire strumenti verdi e sostenibili.”
— Björn Hamberger
Cosa significa per la medicina
Questo è solo il primo passo.
L’identificazione dei punti di ingresso del percorso biosintetico offre agli scienziati un controllo sull’intera famiglia degli alcaloidi diterpenoidi. Apre la porta alla sperimentazione delle proprietà medicinali di questi composti senza rischiare l’esposizione alle tossine vegetali grezze e non raffinate.
Attualmente utilizziamo medicinali ispirati alle piante come la capsaicina (pepe) o la vanillina (vaniglia). La prossima ondata potrebbe includere agenti antitumorali mirati o nuovi antidolorifici derivati dalle stesse piante che uccidono.
Ma c’è un problema.
Il percorso da “ce l’abbiamo fatta in laboratorio” a “sicuro per la sperimentazione umana” è lungo. Non sappiamo ancora quali di questi scheletri tossici riusciranno ad addomesticarsi al punto da diventare farmaci utili, e quali rimarranno solo curiosità.
La chimica è risolvibile. La produzione è possibile. L’unica domanda rimasta è cosa ne faremo effettivamente.
