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Biotecnologie nella produzione di metaboliti secondari di origine vegetale: l'esempio di camptotecina

Informazioni tesi

  Autore: Alberto Manfrin
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2004-05
  Università: Università degli Studi di Padova
  Facoltà: Scienze Biotecnologiche
  Corso: Biotecnologie agrarie-vegetali
  Relatore: Giorgio Casadoro
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 27

Le piante producono svariate molecole (metaboliti secondari), le quali giocano un ruolo fondamentale in comuni meccanismi biologici quali l’attrazione degli impollinatori o la difesa contro erbivori e patogeni. I metaboliti secondari rappresentano un’importante risorsa per l’uomo in quanto possono avere diversi usi industriali. Tuttavia la richiesta su scala industriale di piante contenenti alcuni di questi prodotti non sempre può essere soddisfatta. La rarità di certe specie ad alto valore commerciale, e la necessità di preservare la biodiversità della natura, richiedono l’uso di nuovi approcci volti ad aumentare la disponibilità di molecole utili senza compromettere l’esistenza delle specie che le producono, e riducendo nello stesso tempo l’eventuale impatto ambientale dovuto ad una raccolta dissennata di piante. Un approccio attualmente in corso di studio è la produzione biotecnologica di camptotecina (CPT), un alcaloide ad elevata azione antitumorale che viene sintetizzato naturalmente da Camptotheca acuminata e poche altre specie di piante. Le industrie farmaceutiche sfruttano come principali fonti di CPT i semi, la corteccia e le giovani foglie di Camptotheca, un arbusto che si trova naturalmente solo in una zona ristretta della Cina. La limitatezza di questa pianta rende necessaria la progettazione di sistemi di produzione alternativi che sfruttino le potenzialità delle colture cellulari e/o delle biotecnologie.

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3 INTRODUZIONE I metaboliti secondari degli organismi vegetali Le piante producono un ampio e differente assortimento di composti organici, la maggior parte dei quali non sembra partecipare direttamente alla crescita e allo sviluppo. Queste sostanze, note come metaboliti secondari, sono differentemente distribuite nel regno vegetale e le loro funzioni sono in gran parte sconosciute. Il riconoscimento delle proprietà biologiche di migliaia di queste molecole ha aumentato l’interesse in questo campo per la ricerca di nuovi farmaci, antibiotici, insetticidi ed erbicidi ed ha portato ad una rivalutazione del ruolo che questi assumono nelle piante, specialmente nel contesto ecologico. Molti di questi composti hanno un importante significato adattativo nella protezione contro gli erbivori e le infezioni microbiche, come attrattivi per gli impollinatori e per la dispersione dei semi mediata dagli animali. Inoltre, alcuni di essi assumono un ruolo fondamentale come agenti chimici allelopatici che influenzano la competizione tra le stesse piante. Per lo più i metaboliti secondari appartengono ai più generali gruppi dei terpeni (gomme, resine, carotenoidi, ecc.) e dei fenoli (lignina, flavoni, antociani, tannini, derivati del fenil-propano, ecc.), ma di molto importanti ne troviamo anche nel gruppo di composti contenenti azoto (es. alcaloidi). Essi possono essere distinti dai prodotti del metabolismo primario (acidi nucleici, proteine, polisaccaridi) in quanto i metaboliti primari assolvono funzioni essenziali all’organismo quali la nutrizione o i processi metabolici di base, mentre i metaboliti secondari partecipano per lo più a meccanismi ecologici di interazione con altri organismi. Le applicazioni industriali dei metaboliti secondari Il crescente interesse nei confronti dei prodotti naturali del metabolismo secondario delle piante dipende anche dalla vastità di applicazioni che questi possono trovare a livello industriale e farmaceutico. I monoterpeni, ad esempio, sono componenti delle essenze volatili dei fiori e degli oli essenziali di erbe e spezie, che vengono isolati mediante distillazione o estrazione e che sono usati abbondantemente nell’industria degli aromi e dei profumi. Altri terpeni, invece, come l’artesimina e il taxolo interessano l’industria farmaceutica in quanto dotati di azione antimalarica e antitumorale, rispettivamente. Sempre nell’ambito della salute, composti quali il secoisolariciresinolo e il matairesinolo, appartenenti alla classe dei lignani, sono responsabili della prevenzione e della riduzione dell’insorgenza del cancro alla prostata e del seno. I fenoli vegetali costituiscono un altro sottogruppo coinvolto nell’industria del legno, nonché in quella alimentare e delle bevande. La capsaicina, ad esempio, conferisce il sapore pungente del pepe nero; il gusto della cannella e dello zenzero sono impartiti rispettivamente da vari derivati del cinnamato e del gingerolo; gli allilfenoli, come ad esempio l’eugenolo, danno il caratteristico gusto e odore all’olio di chiodi di garofano, mentre la vanillina è ampiamente usata nel settore della pasticceria. Ulteriori implicazioni economiche scaturiscono dall’opportunità di ingegnerizzare piante commercialmente importanti, al fine di migliorare le caratteristiche di

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