Invertire il positivo col negativo ed il negativo col positivo. Si-può-fare!

Il metabolismo secondario vegetale, ovvero il sistema biologico che sintetizza i principi attivi di interesse erboristico (e non solo), presenta più gradi di libertà di quanti il nostro riduzionismo produttivo gradirebbe. Laddove difatti la produzione commerciale desidera e richiede processi standardizzati ed il più possibile costanti e ripetibili, la Natura risponde con lo strumento che meglio ha funzionato nell’adattamento evolutivo: la complessità dinamica. I pathways biosintetici e le dinamiche fisiologiche del metabolismo secondario non assomigliano difatti ad autostrade con pochi caselli, quanto piuttosto ad un’intricata ed interdipendente regnatela di strade di campagna, un network in cui le esigenze specifiche del momento rendono prioritari certi percorsi e certe destinazioni, a scapito di quelli battuti in condizioni normali. In questa maniera se una via è ostruita o inefficace il ricorso ad alternative garantisce comunque il risultato. Quello che solitamente si è portati a vedere come un’utile e sostanzialmente monolitica fonte di sostanze salutari, è in realtà un elaborato e quasi rizomatico sistema di comunicazione, difesa ed interazione ecologica tra la pianta e l’ambiente in cui essa è inserita. In quanto tale esso tende ad adattarsi mutevolmente agli stimoli che riceve ed agli stress che subisce e più è elastico e maggiori saranno le sue chances di evolversi e prosperare.

Questa variabilità ha i suoi pro ed i suoi contro. Innanzitutto spiega perchè in habitat con una forte concorrenza per le risorse le specie vegetali abbiano dispiegato un maggior numero di armi chimiche per difendere ed offendere e giustifica la ricchezza di principi attivi e droghe provenienti dai climi tropicali o megadiversi. Per altri versi invece ci obbliga a monitorare e standardizzare la produzione, ove possibile, per controllare fluttuazioni in quel che usiamo. Altre volte causa risposte variabili negli studi di fitoterapia e nutrizione ed obbliga a difficili interpretazioni dei risultati. Altre volte ancora, invece, la variabilità della risposta diventa uno strumento plastico, qualcosa che possiamo provare a manipolare per aumentare la resa biosintetica dei metaboliti secondari senza necessariamente dover metter mano al genoma. La modulazione di forme fisiologiche di stress sulle piante ad esempio è tuttora ed è stata in passato più o meno consapevolmente sfruttata dall’uomo agendo sull’irrigazione (la ridotta disponibilità idrica aumenta la produzione di oli essenziali ad esempio), sull’esposizione a patogeni per incrementare la produzione di sostanze di difesa (fitoalessine come il resveratrolo, che aumenta quando la vite subodora l’arrivo di Botrytis cinerea), sull’effetto allelopatico vicendevolmente esercitato da piante diverse coltivate in associazione e via discorrendo.

In alcuni casi poi la presenza combinata di più fattori di stress come la temperatura, l’irradiazione solare e la carenza d’acqua è fondamentale per indurre una specie vegetale a produrre principi attivi, come avviene con Haematococcus pluvialis, l’alga da cui si ottiene il carotenoide antiossidante astaxantina. Passando dal campo al laboratorio l’impiego di elicitori aumenta esponenzialmente e nei sistemi di coltura in vitro (di cellule isolate, di radici) è possibile agire sulla produzione di principi attivi in bioreattori in decine di modi, che spaziano dalla somministrazione di sostanze organiche più o meno naturali, di metalli, di gas come l’ozono, di ormoni, di luce a radiazioni specifiche, eccetera. Evidentemente anche le piante hanno una loro pigrizia innata -quella che in Natura punta a non sprecare inutilmente risorse- e si mettono a lavorare per noi a pieno regime se troviamo un modo per pungolarle a dovere, agendo sulle cosiddette forme di stress biotico ed abiotico.

lff.jpgOra pare che nella faretra degli stress abiotici ci possa essere spazio per una nuova freccia, o meglio, per una nuova saetta elettrica (che sa molto di mito prometeico): correnti elettriche dell’ordine di poche decine di milliAmpère indurrebbero una maggiore biosintesi di principi attivi in alcune Leguminose. Le sostanze sovraespresse appartengono al pathway biosintetico degli isoflavoni e sono note per il loro ruolo nelle difesa chimica nei confronti di microrganismi patogeni.  Certo, è una fuga in avanti, ma oltre che per massimizzare la produzione industriale in bioreattori, una proiezione di questa tecnica in campo aperto o in semenzaio potrebbe rappresentare una forma di lotta integrata, una forma di cura adattogeno-immunostimolante per piante. La bibliografia citata nell’articolo (scarica il pdf) rivela una branca dello stress abiotico ancora in nuce ma dal grande potenziale, grazie alla possibilità di modulare con precisione tempo di esposizione, intensità e forme d’onda delle correnti ed in grado di determinare risposte su una vasta gamma di specie vegetali.

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Sub-lethal Levels of Electric Current Elicit the Biosynthesis of Plant Secondary Metabolites
E. Kaimoyo, MA. Farag, LW. Sumner, C. Wasmann, JL. Cuello, H. VanEtten
Biotechnol. Prog., in press
(Scarica il pdf)

Many secondary metabolites that are normally undetectable or in low amounts in healthy plant tissue are synthesized in high amounts in response to microbial infection. Various abiotic and biotic agents have been shown to mimic microorganisms and act as elicitors of the synthesis of these plant compounds. In the present study, sub-lethal levels of electric current are shown to elicit the biosynthesis of secondary metabolites in transgenic and non-transgenic plant tissue. The production of the phytoalexin (+)-pisatin by pea was used as the main model system. Non-transgenic pea hairy roots treated with 30-100 mA of electric current produced 13 times higher amounts of (+)-pisatin than did the non-elicited controls. Electrically elicited transgenic pea hairy root cultures blocked at various enzymatic steps in the (+)-pisatin biosynthetic pathway also accumulated intermediates preceding the blocked enzymatic step. Secondary metabolites not usually produced by pea accumulated in some of the transgenic root cultures after electric elicitation due to the diversion of the intermediates into new pathways. The amount of pisatin in the medium bathing the roots of electro-elicited roots of hydroponically cultivated pea plants was 10 times higher 24 h after elicitation than in the medium surrounding the roots of non-elicited control plants, showing not only that the electric current elicited (+)-pisatin biosynthesis but also that the (+)-pisatin was released from the roots. Seedlings, intact roots or cell suspension cultures of fenugreek (Trigonella foenum-graecum), barrel medic, (Medicago truncatula), Arabidopsis thaliana, red clover (Trifolium pratense) and chickpea (Cicer arietinum) also produced increased levels of secondary metabolites in response to electro-elicitation. On the basis of our results, electric current would appear to be a general elicitor of plant secondary metabolites and to have potential for application in both basic and commercial research.

4 thoughts on “Invertire il positivo col negativo ed il negativo col positivo. Si-può-fare!

  1. mulanvg ha detto:

    “Altre volte ancora, invece, la variabilità della risposta diventa uno strumento plastico, qualcosa che possiamo provare a manipolare per aumentare la resa biosintetica dei metaboliti secondari senza necessariamente dover metter mano al genoma.”

    “In alcuni casi poi la presenza combinata di più fattori di stress come la temperatura, l’irradiazione solare e la carenza d’acqua è fondamentale per indurre una specie vegetale a produrre principi attivi”

    Provo a prendere spunto da queste considerazioni per introdurre il tema dei “nutritional foods”, in particolare “nutritional profile of and the effect of sunlight on vitamin D synthesis on several types of mushrooms”

    In questo lavoro l’esposizione alla luce (stress) è stata impiegata per stimolare la sintesi di vitamina D in alcune varietà di funghi commestibili

    http://content.herbalgram.org/bodywise/HerbClip/pdfs/090154-299.pdf

    Sono stati misurati valori di vitamin D content pari a 46,000 IU; non sono valori superiori al contenuto di vitamina D di diverse specie ittiche?

    Ci sono altri lavori che rafforzano queste ipotesi e questi valori?

    Grazie

  2. Ci sono molte evidenze. Dopo tutto stessa biosintesi della vitamina D prevede uno step mediato dalla luce, naturalmente. In matrici molto ricche di precursori (i funghi sono belli pieni di ergosterolo) c’e’ modo di avere una trasformazione massiva o quasi, al punto che “a single serving of white button mushrooms (prataioli) will contain 869 percent the daily value of vitamin D once exposed to just five minutes of UV light after being harvested.”

    Senza andare a tirare fuori altri articoli, una semplice lettura della voce Vitamin D su Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Vitamin_D#In_food conferma che i funghi possono contenerne grosse quantità (senza grassi e proteine e con un contributo calorico molto molto limitato) e spiega sia lo step biosintetico che tempi e modi della trasformazione nei funghi.

  3. mulanvg ha detto:

    Grazie per i riferimenti, vorrei chiederti se puoi elencarmi altre evidenze empiriche indipendenti che rafforzano questa tesi; per adesso ho trovato (oltre al precedente del 2005 riassunto su Herbalgram) solo un lavoro condotto da FDA su commissione del Mushroom Council ( http://www.accessdata.fda.gov/scripts/oc/scienceforum/sf2006/search/preview.cfm?abstract_id=733&backto=category )
    In questi studi, i funghi sono stati esposti ai raggi uv durante gli ultimi giorni che precedono la raccolta, oppure nei giorni immediatamente successivi la raccolta.

    E’ lecito chiedersi se è possibile agire sui precursori della vitamina D anche in funghi freschi però acquistati in un periodo non immediatamente successivo la raccolta (da consumatore posso ottenere gli stessi risultati in termini di sisntesi della vitamina D?)

    Grazie per l’aiuto

  4. Non saprei. In teoria se il processo è puramente fotochimico la risposta potrebbe essere un sì, in realtà non saprei.

    Tieni presente che le indicazioni UE e quelle americane suggeriscono circa 10 microgrammi/die per chi ha meno di 50 anni e poco più di 10 microgrammi/die per gli over 50. Idem, microgrammo più microgrammo meno per le linee guida nazionali in Francia ed Inghilterra. In realtà pare non ci siano evidenze sperimentali certe riguardo ad un effettivo vantaggio nell’assumere 15 anziche’ 10 microgrammi. E 100g di Cantarelli raccolti spontanei già ne contengono quasi 200, di milligrammi. Certo, se però sono coltivati al buio il contenuto è molto scarso e si può sperare di aumentarlo esponendoli ai raggi UV solari una volta acquistati, ma non ho trovato pubblicazioni specifiche.

    Sterol and vitamin D2 contents in some wild and cultivated mushrooms
    Mattila P.1; Lampi A.-M.; Ronkainen R.; Toivo J.; Piironen V.
    Food Chemistry, Volume 76, Number 3, March 2002 , pp. 293-298(6)

    Sterol and vitamin D2 concentrations in cultivated and wild grown mushrooms: Effects of UV irradiation
    Anja Teichmann, Paresh C. Dutta, Anders Staffas and Margaretha Jägerstad
    LWT – Food Science and Technology 40, 5, 2007, 815-822

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