Applicazioni biotecnologiche per l'ottimizzazione dei metaboliti secondari in Salvia miltiorrhiza

Le biotecnologie sfruttano le capacità metaboliche degli organismi viventi con lo scopo di ottenere beni come farmaci, alimenti, materiali e combustibili. Nell’ambito delle biotecnologie vegetali, un obiettivo importante è quello di comprendere e ottimizzare le vie biosintetiche che portano alla produzione di metaboliti secondari, composti organici che non solo svolgono ruoli importanti nella difesa, protezione e comunicazione tra pianta e ambiente, ma che possono avere proprietà benefiche nell’uomo. Le principali famiglie di metaboliti secondari comprendono i terpenoidi, gli alcaloidi e i composti fenolici. La coltura di tessuti vegetali in vitro consente di coltivare cellule, tessuti e organi vegetali in ambienti sterili, artificiali e in condizioni chimico-fisico controllate. La coltivazione in vitro permette di applicare ai sistemi vegetali le tecnologie di ingegneria genetica, che consentono di regolare in modo mirato l’espressione genica nei tessuti vegetali, tramite la sovraespressione o sottoespressione di geni target. Una delle tecniche di trasformazione più recenti e innovative è rappresentata dal sistema CRISPR/Cas9, che si basa sull’impiego della proteina Cas9, una endonucleasi in grado di tagliare il DNA bersaglio in punti specifici riconosciuti dalla sequenza di un oligonucleotide guida legato alla proteina Cas9. Tale sistema consente di effettuare specifiche modifiche al genoma grazie alle quali è possibile modificare il profilo chimico delle piante medicinali. In questo elaborato sono stati presi in esame tre esperimenti condotti sulla Salvia miltiorrhiza, una specie particolarmente ricca di polifenoli, composti con proprietà antibatteriche, antinfiammatorie e antiossidanti che promuovono la salute e riducono l’incidenza di tumori e di malattie cardiovascolari e cerebrovascolari. In un esperimento pubblicato nel 2020 da Fu e collaboratori, sono stati sovraespressi i geni RAS e CYP98A14, coinvolti nella biosintesi di acidi fenolici, nelle radici di S. miltiorrhiza e si è visto che il contenuto di acidi fenolici prodotti è aumentato fino a tre volte rispetto al wild-type. Inoltre, i metaboliti estratti dalle radici modificate hanno mostrato un notevole miglioramento dell’attività antibatterica e antiossidante. In un altro studio pubblicato nel 2018 da Zhou e collaboratori, il gene RAS è stato eliminato tramite CRISPR/Cas9 e si è verificata una riduzione dell’espressione del gene e del contenuto di acidi fenolici. In un esperimento pubblicato nel 2017 da Li e collaboratori è stato invece silenziato il gene SmCPS1, coinvolto nella biosintesi dei composti terpenici tanshinoni. Nei mutanti, questi composti risultavano completamente assenti. Questi dati dimostrano che le modifiche del genoma sono avvenute con successo e che CRISPR/Cas9 può essere un metodo promettente per modifiche mirate nelle piante medicinali. Negli ultimi anni sta crescendo la consapevolezza che, oltre a una corretta alimentazione, l’uso di molecole bioattive di origine vegetale possa prevenire diverse malattie. Le piante medicinali sono un’ottima fonte di metaboliti secondari, ma in natura non sono presenti in quantità sufficienti per soddisfare la domanda. Pertanto, le biotecnologie potrebbero essere una soluzione per aumentare e ottimizzare la produzione di queste preziose molecole.