Scoperta una via genetica batterica nelle piante per la produzione di alcaloidi: nuove prospettive per la sintesi sostenibile di farmaci e per la biochimica vegetale.
Un team dell’Università di York ha individuato in Flueggea suffruticosa un gene simile a quelli batterici responsabile della sintesi di securinina, un potente alcaloide. Questa scoperta evidenzia una strategia evolutiva inedita nelle piante e apre scenari innovativi per la farmacologia e l’agricoltura.
Un team di ricercatori dell’Università di York ha individuato una via genetica inedita nella produzione di alcaloidi vegetali, molecole utilizzate da tempo in medicina per le loro proprietà analgesiche, antitumorali e neuroattive. L’elemento sorprendente risiede nella natura del gene responsabile: strutturalmente simile a quelli presenti nei batteri, e non riconducibile alle classiche famiglie geniche vegetali.
L’oggetto dello studio è la pianta Flueggea suffruticosa, conosciuta per la produzione dell’alcaloide securinina, un composto con effetti neurostimolanti e proprietà farmacologiche potenzialmente utili. Analizzando i meccanismi biochimici alla base della sua biosintesi, i ricercatori hanno identificato un gene che condivide omologia e caratteristiche funzionali con quelli impiegati dai batteri per sintetizzare metaboliti secondari.
Le piante sintetizzano alcaloidi come molecole di difesa contro patogeni e predatori. Questi composti, spesso tossici per insetti e microrganismi, sono alla base di numerosi principi attivi utilizzati nella farmacopea moderna. Tra gli esempi più noti si trovano:
Oltre alla loro efficacia terapeutica, la complessità strutturale di questi composti li rende difficili da sintetizzare artificialmente in modo sostenibile. Per questo motivo, comprenderne i meccanismi genetici di produzione è essenziale per sviluppare metodi alternativi di sintesi in laboratorio.
Lo studio condotto su Flueggea suffruticosa ha rivelato che la biosintesi della securinina non segue le consuete vie metaboliche delle piante superiori. Il gene responsabile dell’enzima chiave di questa sintesi mostra notevoli somiglianze con geni batterici, suggerendo un possibile caso di trasferimento genico orizzontale o un’evoluzione convergente che ha portato le piante a “riciclare” strumenti molecolari tipici del mondo microbico.
Secondo il dott. Benjamin Lichman, tra gli autori dello studio, questo tipo di architettura genetica rappresenta una deviazione significativa rispetto alla chimica vegetale tradizionale. L’enzima codificato da questo gene agisce con un meccanismo completamente diverso rispetto a quello impiegato da altri enzimi coinvolti nella biosintesi di alcaloidi.
Dopo aver individuato il gene responsabile della produzione di securinina, i ricercatori hanno condotto un’analisi comparativa estesa a numerose specie vegetali. Questo screening genomico ha permesso di identificare sequenze geniche simili anche in altre piante, suggerendo che questo tipo di strategia metabolica potrebbe essere più diffusa di quanto ipotizzato finora.
Questa scoperta fornisce una chiave di lettura innovativa per esplorare le potenzialità chimiche delle piante. Disporre di un marcatore genetico specifico permette infatti di accelerare la ricerca di nuovi alcaloidi e di prevedere la presenza di metaboliti bioattivi in specie poco studiate o ancora sconosciute.
Uno degli obiettivi principali di questa ricerca è rendere replicabile in laboratorio la produzione di alcaloidi, evitando l’estrazione diretta da piante rare o la sintesi chimica ad alto impatto ambientale.
La possibilità di trasferire i geni identificati in microrganismi ingegnerizzati (come lieviti o batteri) apre prospettive concrete per la sintesi bio-industriale di questi composti. In questo modo è possibile:
Questa strategia è particolarmente rilevante per alcaloidi come la securinina, che in concentrazioni elevate può risultare tossica. Riprodurne la sintesi in un sistema biologico controllato consente una gestione più sicura delle fasi di produzione e di purificazione.
Molti alcaloidi presentano una stretta finestra terapeutica: la differenza tra la dose attiva e quella tossica è ridotta. Questo richiede una estrema precisione nella sintesi, nell’isolamento e nel dosaggio.
La possibilità di riprodurre il percorso biosintetico di questi composti permette anche di modificarne la struttura in modo mirato, per migliorarne il profilo farmacocinetico e ridurne la tossicità. Inoltre, una volta chiarita la base genetica, diventa possibile eliminare o attenuare la produzione di alcaloidi in piante commestibili o ornamentali, riducendone la pericolosità per l’uomo e gli animali.
L’evidenza di un gene di origine batterica in una via metabolica vegetale suggerisce una plasticità evolutiva maggiore di quanto osservato finora. Le piante, secondo i ricercatori, potrebbero aver acquisito o ricombinato nel tempo sequenze funzionali microbiche per migliorare la loro capacità di risposta agli stress ambientali.
Questo approccio molecolare potrebbe spiegare l’ampia diversità chimica osservata nel regno vegetale, derivante non solo da mutazioni spontanee o selezione naturale, ma anche da riutilizzo di “strumenti” biochimici da altri domini della vita.
Le implicazioni della scoperta vanno oltre la farmacologia. Comprendere come le piante creano molecole bioattive potrebbe facilitare:
Il fatto che questi geni siano già presenti nel DNA vegetale e attivi in vie metaboliche secondarie indica che il potenziale chimico delle piante resta largamente inesplorato. Le tecnologie di sequenziamento e biologia sintetica offrono ora gli strumenti per mappare e riprodurre questi percorsi a fini industriali.
La scoperta di una via biosintetica mediata da un gene simile a quelli batterici nella pianta Flueggea suffruticosa ridefinisce le modalità con cui si interpretano i meccanismi molecolari della biosintesi naturale. Il concetto che le piante possano “riciclare” strumenti evolutivi microbici aggiunge un livello di complessità e opportunità al panorama della biochimica vegetale.
Questa ricerca apre nuove linee di sviluppo per la produzione sostenibile di molecole bioattive, la comprensione dei processi evolutivi e la progettazione razionale di nuove terapie.