Fitoterapia e Biotecnologie

Cos’è la fitoterapia? La fitoterapia è quella pratica che prevede l’utilizzo di piante o estratti di piante per la cura delle malattie o per il mantenimento del benessere psicofisico e con tutta probabilità rappresenta il primo esempio di pratica terapeutica umana.

Non so se il paragone abbia senso solo per me, ma i nostri antenati non avevano nulla da invidiare a guaritori o sciamani così come li immaginiamo. No, non li immagino con un gonnellino attorno a un fuoco a ballare o intonare strane canzoni, mi riferisco piuttosto all’accurata ricerca e utilizzo di piante per curare malanni di ogni tipo. 

Pensiamo a tutti i decotti e le tisane che oggi vengono “riscoperti” come alternativa ai farmaci da banco, ma che affondano le proprie radici in tempi dove rappresentavano l’unica soluzione esistente. L’attività benefica di svariate piante è infatti nota da sempre: basti pesare che le prime tracce dell’uso vegetale a scopo medicale sono riportate in cuneiforme su tavolette di pietra risalenti al 2600 a.C. in Mesopotamia.

Infatti già allora oli di mirra, cedro, liquirizia, papavero e cipresso erano utilizzati per curare raffreddore, tosse, infezioni parassitarie e infiammazioni, come peraltro avviene ancora oggi.

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Un settore in espansione

L’importanza della cosiddetta medicina tradizionale è stata riconosciuta anche dalla World Health Organization (WHO), che ha elaborato stime relative all’utilizzo della stessa a livello globale. Risulta che l’80% della popolazione dei principali Paesi asiatici ricorre all’utilizzo di piante per l’healthcare di base. Parliamo di Paesi dove la medicina tradizionale è fortemente radicata, quali India, Pakistan, Sri Lanka, Thailandia, Giappone e Cina. In quest’ultimo Paese in particolare, circa il 40% del consumo medico in termini quantitativi è riconducibile a forme di medicina tribale.

Anche nell’industrializzato occidente il consumo di piante a finalità medicinali è in crescita, con una fruizione dell’ordine del 25% della popolazione. Questo trend positivo è guidato da effettivi benefici, da quelli noti fin dall’antichità relativi al consumo di parti di pianta, fino all’avanzamento tecnologico odierno, che ha permesso di arginare malattie più serie di un comune raffreddore.

Infatti il passaggio successivo è stato rappresentato dall’estrazione dei principi attivi dalle piante, noti come metaboliti secondari, per farne dei farmaci: basti pensare che nel periodo 1950-1970 erano già presenti all’incirca un centinaio di farmaci di derivazione vegetale sul mercato americano.

Parliamo di molecole come la vincristina, la vinblastina e l’artemisinina. La purificazione di molecole plant-derived continua ancora oggi e permette di mettere un freno a patologie come il cancro, l’epatite, la malaria, l’AIDS, e molte altre.

Pianta di pervinca, da cui si estrae la vincristina e la vinblastina.

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Un trend insostenibile

Molte fra le piante che mostrano proprietà benefiche sono anche cibi o possono entrare a far parte di preparazioni alimentari, come l’aglio e la liquirizia, entrambe dal comprovato effetto terapeutico.

Probabilmente molti di noi, hanno già avuto esperienze dirette con la raccolta di essenze da inserire in qualche pietanza, o per preparare liquori/tisane. Per quanto questa attività possa sembrarci una pratica sostenibile, quasi un riavvicinamento a gesti arcaici quale è quello della raccolta dalla natura, l’approvvigionamento diretto porta ad una crescente pressione sugli ecosistemi.

Oggi i due terzi delle 50.000 specie vegetali usate a scopo curativo sono raccolte allo stato spontaneo, commercializzazione inclusa. In Europa solo il 10 % del materiale medicamentoso venduto proviene da coltivazioni, il resto viene raccolto dal territorio.

A lungo andare l’insostenibilità di questa pratica potrebbe causare una serie di effetti avversi, quali:

• Impoverimento delle popolazioni vegetali;

• Perdita di variabilità genetica;

• Estinzione locale;

• Degradazione degli habitat.

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D’altra parte, bisogna considerare che vi sono circa mezzo milione di specie vegetali sulla Terra e solo un’esigua parte di essa è stata studiata per quanto concerne il profilo fitoterapico.

Considerando peraltro che la stessa specie vegetale può vantare composizioni differenti di metaboliti secondari (molecole non indispensabili per le funzioni primarie dell’organismo, ma responsabili degli effetti curativi) a causa della componente genetica e ambientale, la raccolta e la collezione finalizzata allo studio è fondamentale e dovrebbe essere guidata dall’obbiettivo di creare database in cui proteggere l’immenso patrimonio genetico e metabolomico, preservando così la biodiversità piuttosto che depauperarla.

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Come conciliare i benefici vegetali e la salvaguardia della biodiversità?

Una soluzione a lungo termine in grado di soddisfare i consumatori di piante a scopo medicinale, ma anche in grado di ampliare il bacino di metaboliti tanto cari all’ambito farmaceutico, potrebbe essere la coltivazione delle specie designate appositamente a tal fine. Questa via permetterebbe di ottenere una serie di ricadute positive, quali:

• la standardizzazione del prodotto, attraverso il controllo della componente genetica, attuato tramite la selezione e l’eventuale modifica delle cultivar vegetali con caratteristiche desiderabili, e della componente ambientale, attuato attraverso pratiche agronomiche atte a mitigarne la variabilità, portano nel tempo ad un prodotto con caratteristiche ottimali;

• una maggior sicurezza per il consumatore, difatti la commercializzazione verrebbe curata da esperti di settore, certificanti la sicurezza sanitaria del prodotto venduto;

• maggiori rese e qualità dei prodotti.

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Uno dei problemi che potrebbe minare la coltivazione di piante medicinali è rappresentato dalla scarsa conoscenza relativa ai cicli vegetativi e riproduttivi degli organismi, che potrebbe rallentare il processo di messa in coltura e scale-up.

Alcuni problemi generalmente riscontrati sono rappresentati da un basso tasso di germinazione della semente, imputabile a danneggiamento meccanico e da patogeni fungini, piuttosto che da metodi di impollinazione non convenzionali, richiedenti studi per perfezionare tecniche di impollinazione artificiale.

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Campo coltivato di lavanda

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Le potenzialità delle biotecnologie

Anche qui, come abbiamo già visto per altri ambiti, le biotecnologie possono venire in soccorso della coltivazione di piante medicinali.

Consideriamo, per esempio, una varietà vegetale che produce nella semente un metabolita utile nella cura di malattie rare, ma che stenta a crescere a causa di attacchi parassitari. L’incrocio con varietà sessualmente compatibili resistenti agli attacchi dei sopracitati parassiti porterebbe, dopo cicli di incrocio, a piante ibride con il pool di caratteri desiderati. Vanno però considerati aspetti quali la durata del ciclo vegetativo, il metodo d’impollinazione e altri ancora, fattori che rallentano inevitabilmente il processo.

Le biotecnologie in campo agrario hanno permesso di velocizzare il processo tramite la Marker Assisted Selection (MAS), consistente nell’individuazione di sequenze specifiche del DNA, frequentemente associate a caratteri d’interesse. In tal modo è possibile fare uno screening precoce sulla progenie, senza attendere la fruttificazione, tramite una semplice analisi del DNA e ricerca dei marker.

Tuttavia, specialmente nel recente passato, la ricerca di marker associati ai caratteri d’interesse nel genoma richiedeva tempo, mentre possedere l’intero “tracciato” del DNA permetterebbe di individuare dei marcatori affidabili più velocemente.

Ciò è possibile, tramite un sequenziamento dell’intero genoma delle piante, e peraltro 6 specie di interesse medicinale sono state completamente sequenziate: Azadirachta indica fra il 2011 e il 2012, Erigeron brevicapus e Rhodiola crenulata nel 2017, Moringa oleifera e Siraitia grosvenorii nel 2018 e Coix lacryma-jobi nel 2019.

Una volta identificata la combinazione di caratteri desiderata per gli scopi di mercato, risulta fondamentale ottenere una progenie con le medesime caratteristiche della pianta madre, ovvero dei cloni.

La micropropagazione è un tecnica biotecnologica che permette di raggiungere il goal appena descritto, tramite l’utilizzo di tecniche moderne di coltura in vitro di cellule e tessuti vegetali. I motivi principali che hanno portato all’adozione di questa tecnica sono:

• la possibilità di generare progenie da cultivar sterili;

• non c’è rimescolamento genetico, le caratteristiche desiderate restano intatte;

• superamento di molte virosi, trasmesse con tecniche propagative convenzionali, come il taleaggio;

• l’ambiente sterile porta a minori rischi di sviluppo di patologie;

• la produzione di calli vegetativi, ovvero la formazione di masse di cellule vegetali indifferenziate che comporta variabilità somaclonale, ovvero la comparsa di mutazioni spontanee, utile fonte di variabilità nel caso di ricerca di caratteri suppletivi.

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Callo cellulare di tabacco.

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Altro strumento biotecnologico è la trasformazione genetica, focalizzata principalmente sugli aspetti agronomici e metabolomici della coltivazione vegetale.

Aspetti agronomici

Il grosso della ricerca si basa sull’incremento degli ormoni più favorevoli alla tolleranza verso stress di natura biotica e abiotica, piuttosto che verso la resistenza più o meno specifica verso i key pest di una data coltura. Per esempio, sono stati generati trasformati di Panax quinquefolium, il ginseng americano, in grado di esprimere una chitinasi attiva contro molti patogeni fungini.

Aspetti metabolomici

Ambito già ampiamente esplorato che riguarda l’aumento nella produzione di principi attivi all’interno degli organismi ingegnerizzati. La “via metabolica” o pathway, che porta alla formazione di uno specifico metabolita, è spesso intricata e regolata da numerosi fattori associati a ciascun passaggio, che influenzandosi reciprocamente rendono la biosintesi del metabolita estremamente articolata e complessa.

Tuttavia, visto l’enorme interesse di settore, numerosi studi relativi alla sovraespressione di geni endogeni o esogeni ha mostrato risultati sorprendenti. Per esempio, piante di Artemisia ingegnerizzate per la sovraespressione dell’enzima farnesil difosfato sintasi hanno riportato produzioni di artemisinina (agente antimalarico e anticancerogeno) tre volte superiori al normale.

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Radici di ginseng.

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Possibili scenari

Le biotecnologie possono favorire l’esplosione del settore delle piante medicinali in un’ottica di scarsità di terre arabili (incentivando la produttività piuttosto che ricorrendo a deforestazione) e di una produzione biologica (rafforzando le difese endogene degli organismi piuttosto che ricorrendo ad agrofarmaci).

Tuttavia, gran parte dei consumatori non tollera il connubio con le biotecnologie, specialmente quando si parla di transgenesi. Gli OGM verrebbero percepiti come meno naturali e di conseguenza il mercato si spingerebbe alla ricerca di alternative più “naturali”.

Questo fattore, unito alla maggiore penetrazione delle piante medicinali coltivate all’interno dei mercati, porterebbe probabilmente ad un aumento del valore della controparte spontanea, con un ipotetico aumento della raccolta, con le drammatiche conseguenze viste in precedenza. Inoltre, bisogna considerare la volatilità dell’apprezzamento, da parte dei consumatori, di una specifica essenza.

In conclusione, la coltivazione di piante medicinali potrebbe prendere piede nell’Europa occidentale con produzioni puntiformi e di nicchia, caratterizzate da elevati standard qualitativi. L’utilizzo della MAS e l’eventuale approvazione di eventi GM, compatibili con un concetto di agricoltura biologica, potrebbero inserirsi favorevolmente in questo contesto.

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Coltivazione di macroalghe a fini alimentari.

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Parallelismi

Il discorso trattato in precedenza si applica per problematiche e opportunità di inserimento biotecnologico anche per altri organismi affini alle piante, le alghe. Infatti le macroalghe (pensiamo al kelp, alla nori, alla kombu, ecc. ) sono utilizzate dalla notte dei tempi come alimento nei Paesi orientali e in sud America.

Più recentemente, lo studio delle microalghe ha rivelato caratteristiche addirittura più interessanti attirando l’interesse in primis del mondo scientifico, ma anche quello industriale. Si va dalla semplice integrazione alimentare, garantita da un ampio spettro di metaboliti caratterizzati dall’attività antiossidante, come carotenoidi e ficobiliproteine e vitamina C, fino all’attenuazione e cura di patologie più gravi, grazie alle comprovate attività:

• antibiotiche e antivirali;

• anticancerogene e antitumorali;

• anticoagulanti e antitrombotiche;

• antiinfiammatorie;

• protettive verso le malattie cardiovascolari;

• antireumatiche;

• vermifughe.

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Similmente al discorso affrontato in precedenza, la raccolta di alghe spontanee può presentare dei rischi per i consumatori, legata alla tossicità di alcuni ceppi e al bacino idrico di provenienza: acqua pulita non sempre equivale ad acqua salubre.

Anche in questo caso la coltivazione può porre rimedio alle problematiche appena esposte. La coltivazione di macroalghe è una branca dell’acquacoltura estremamente florida nei Paesi orientali, per finalità principalmente alimentari.

Per quanto riguarda le microalghe, l’intervento delle biotecnologie è estremamente importante: lo studio dei parametri colturali, in grado di spingere il metabolismo verso la produzione dei metaboliti desiderati, unito al design delle strutture di coltivazione, chiamate fotobioreattori, possono permettere di aumentare le rese di produzione di questi microrganismi e la conseguente scalabilità.

Rispetto a quanto visto per le piante medicinali, gli ottimi risultati raggiungibili in assenza di trasformazioni e l’ampio spettro di benefici, hanno fatto la fortuna dei coltivatori di microalghe come Spirulina e Clorella e stanno spingendo numerose companies in tutto il mondo a investire su questi promettenti organismi.

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Stay tuned,

BGreen team

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Bibliografia

• Canter, P. H., Thomas, H., & Ernst, E. (2005). Bringing medicinal plants into cultivation: opportunities and challenges for biotechnology. TRENDS in Biotechnology, 23(4), 180-185;
• Keshri, J. P., (2012), Algae in medicine;
• Dar, R. A., Shahnawaz, M., & Qazi, P. H. (2017). General overview of medicinal plants: A review. The Journal of Phytopharmacology, 6(6), 349-351.