Trasformare le colture tradizionali in biofabbriche: dalle sigarette ai prodotti ad alto valore
La biotecnologia vegetale sta assumendo un ruolo sempre più importante nella produzione di farmaci a piccola molecola, biofarmaci (vaccini e terapie) e reagenti per la diagnostica. Queste tecniche offrono un’alternativa a basso costo e ampliabile alle piattaforme di produzione tradizionali basate su cellule microbiche e animali. Inoltre, possono contribuire ad affrontare problemi dovuti alla distribuzione e allo stoccaggio di farmaci, specialmente nelle regioni del mondo in cui le filiere produttive sono incomplete.
Nuove varietà di piante di tabacco per la produzione farmaceutica
Le piante di tabacco sono molto apprezzate come biofabbriche vegetali poiché possono rappresentare una fonte preziosa di composti ad alto valore. In Europa la coltivazione di tabacco è tuttavia in costante calo, essendo associata alla produzione di prodotti da fumo. Il progetto Newcotiana, finanziato dall’UE, si è proposto di cambiare questa percezione grazie allo sviluppo di varietà concorrenziali di Nicotiana utilizzabili per prodotti diversi da quelli da fumo, creando così una piattaforma manifatturiera adatta alla bioeconomia dell’UE e introducendo la sostenibilità nel contesto di una coltura tradizionale. Il consorzio ha lavorato con due specie: Nicotiana tabacum, il tabacco coltivato tradizionalmente, e una specie selvatica australiana chiamata Nicotiana benthamiana. Per esprime appieno le potenzialità di queste specie come biofabbriche, gli scienziati hanno dovuto incorporare tratti specifici associati alla stabilità, alla sostenibilità e alla resa di composti ad alto valore.
Strumenti per ingegnerizzare nuove caratteristiche vegetali
Non essendo possibile generare tali tratti attraverso i metodi di selettocoltura tradizionali, il consorzio ha sviluppato una serie di strumenti per semplificare una selezione più rapida di biofabbriche vegetali. «Per secoli abbiamo selezionato le piante con tecniche tradizionali, per produrre alimenti in maggiore quantità e di qualità migliore, oppure perché resistessero agli agenti patogeni, ma non come biofabbriche destinate alla produzione ottimizzata di medicine», spiega il coordinatore del progetto Diego Orzaez. L’utilizzo di nuove tecniche di selettocoltura, comprese le modifiche genetiche, ha permesso di migliorare le caratteristiche delle piante per trasformarle in biofabbriche in tempo record. I ricercatori hanno modificato geneticamente le piante di tabacco in modo che non fiorissero nei campi, ma risparmiassero energia per aumentare la propria biomassa. Inoltre, le hanno dotate di caratteristiche utili a evitare la glicosilazione indesiderata o a ridurre l’attività della proteasi: entrambi questi tratti influenzano infatti la qualità e la funzionalità dei prodotti proteici finali ottenuti dalle piante. In molti casi, le specie vegetali sono state modificate affinché contenessero una combinazione di questi tratti speciali.
Applicazioni delle piante modificate geneticamente
Nel caso della specie di tabacco coltivata N. tabacum, il consorzio ha arricchito la composizione della pianta con composti a valore aggiunto a uso farmaceutico. Tra questi vi è lo squalene, una sostanza che attualmente viene estratta principalmente da fonti non sostenibili (gli squali) e trova impiego come adiuvante in molte formulazioni vaccinali. Un’altra molecola prodotta dal team di ricerca è l’anatabina, imparentata con la nicotina e dotata di effetti anti-infiammatori, che è oggetto di studio come potenziale trattamento per varie malattie autoimmuni. Per modificare geneticamente N. benthamiana è stato impiegato un processo leggermente diverso, dal momento che queta pianta è già impiegata in ambito industriale per produrre proteine ricombinanti, destinate ai cosmetici e al settore farmaceutico. I partner di Newcotiana hanno condiviso la sequenza genomica di N. benthamiana per aiutare i team a scoprire nuovi prodotti bio-farmaceutici.
Un processo di bioraffinamento a rifiuti zero
Oltre a prodigarsi per migliorare il valore di mercato di queste varietà e forse persino arricchirle con molecole ad alto valore, i ricercatori hanno definito una procedura pilota di bioraffinamento a rifiuti zero. «L’obiettivo è creare una coltura e un’industria associata che sia redditizia almeno tanto quanto lo era la coltura del tabacco da fumo», evidenzia Orzaez. «Per questo motivo, la legislazione dell’Unione europea deve essere più flessibile e sostenere la modifica genetica delle colture industriali.»
Parole chiave
Newcotiana, biotecnologia vegetale, pianta di tabacco, Nicotiana tabacum, Nicotiana benthamiana, squalene, anatabina
