Saponine: pesticidi ecocompatibili
Le piante e gli insetti interagiscono da milioni di anni, con il risultato che le prime hanno sviluppato meccanismi di difesa specializzati per opporsi alle strategie di alimentazione dei secondi. Le saponine sono dei composti aventi questa funzione di difesa, caratterizzati da proprietà simili a quelle dei detergenti in grado di disgregare le membrane cellulari dei parassiti delle piante, causando la morte delle cellule. Nonostante il promettente potenziale delle saponine di agire come pesticidi biologici, si sa poco sul modo in cui le strutture chimiche risultino tossiche per parassiti specifici. La borsa di studio individuale Marie Skłodowska-Curie chiamata progetto SSAR, finanziata dall’UE, ha chiarito la relazione tra la struttura chimica e l’attività biologica delle saponine. «Il nostro obiettivo era individuare le più potenti strutture chimiche delle saponine da utilizzare come pesticidi biologici», spiega il prof. Søren Bak, coordinatore del progetto. Una maggiore comprensione del percorso biosintetico delle saponine In una prima fase, i ricercatori di SSAR hanno impiegato la specie selvatica denominata Barbarea vulgaris come organismo modello, ampiamente utilizzato nel campo, per lo studio dell’evoluzione e dell’ecologia dei composti di difesa delle piante. Hanno selezionato una serie di geni candidati al fine di individuare quelli coinvolti nel percorso biosintetico delle saponine. Utilizzando una metodologia all’avanguardia costituita dalla ricostituzione del percorso delle foglie di tabacco, dalla produzione enzimatica in vitro e da test sull’alimentazione degli insetti, gli scienziati hanno scoperto che il citocromo ortologo CYP72A causa una considerevole mortalità larvale. I ricercatori hanno osservato che il CYP72A modifica le saponine in una posizione specifica, il che implica che una semplice modifica strutturale può incrementare fortemente la loro attività. È interessante notare che, attraverso l’analisi della sequenza, è emerso che questo CYP72A si è evoluto mediante duplicazioni geniche a seguito della separazione ancestrale tra le specie Arabidopsis e Barbarea e che si è trovato in condizioni di forte pressione selettiva. Questa scoperta sottolinea l’importanza delle modifiche chimiche nell’evoluzione della difesa delle piante e, come evidenziato dal ricercatore a capo del progetto, il dott. Qing Liu, «dimostra che l’evoluzione delle novità chimiche originate mediante duplicazione e selezione genica è un fattore fondamentale dell’assegnazione di nuove funzioni agli enzimi». I ricercatori hanno prodotto con successo le saponine nelle piante di tabacco, che non le producono per via naturale, mediante l’ingegneria metabolica dei geni di Barbarea individuati e hanno successivamente valutato la funzione biologica delle saponine generate. Infine, avvalendosi di test biologici sull’alimentazione e di una gamma di insetti parassiti delle piante, sono riusciti a decodificare parte delle relazioni tra struttura e attività delle saponine e hanno fornito informazioni sul meccanismo di difesa dagli insetti. «Nel progetto SSAR, abbiamo introdotto un sistema veloce e potente per la determinazione delle relazioni tra struttura e attività, utilizzando l’espressione transiente dei geni biosintetici nelle foglie di tabacco per la produzione di composti e i successivi test sull’alimentazione con gli insetti», sottolinea il prof. Bak. Questo approccio è più rilevante dal punto di vista fisiologico, in quanto i composti testati vengono prodotti e conservati all’interno delle foglie e non applicati sulla superficie delle stesse. È inoltre più veloce, in quanto si basa sull’espressione transiente dei composti. In confronto alla laboriosa valutazione tradizionale con le piante trasformate stabilmente, infatti, questo sistema transiente richiede meno di una settimana dall’inoculazione genica ai test biologici sugli insetti. L’impatto dell’utilizzo delle saponine come pesticidi biologici Il progetto SSAR ha fornito nuove conoscenze sui pesticidi biologici a base di saponine, che hanno notevoli applicazioni industriali. La piattaforma generata per la produzione di composti bioattivi dalle piante può essere applicata in modo generico per individuare i nuovi pesticidi biologici che possono essere utilizzati come alternative ai prodotti chimici per l’agricoltura esistenti. Da un punto di vista scientifico, l’individuazione dei geni coinvolti nel percorso biosintetico delle saponine offre l’opportunità di progettare e produrre colture aventi capacità di difesa su misura dai parassiti a base di saponine. Le scoperte di SSAR verranno a breve pubblicate su una rivista sottoposta a revisione paritaria e, auspicabilmente, porteranno a un incremento dei finanziamenti. In vista del futuro, il prof. Bak crede che «una continua scoperta dei nuovi pesticidi biologici contribuirà a sostenere la bioeconomia e ad affrontare le esigenze della società per una produzione di alimenti più sostenibile».
Parole chiave
SSAR, saponina, pesticida biologico, CYP72A, relazione tra struttura e attività, test sull’alimentazione, Barbarea vulgaris, ricostituzione del percorso
