Utilizzate per secoli come veleno queste due piante tossiche potrebbero diventare farmaci dopo una scoperta in laboratorio

I ricercatori hanno inserito nelle foglie di tabacco alcuni geni di aconito e speronella e le hanno messe al lavoro. Sei enzimi hanno ricostruito i passaggi iniziali della via che porta all’atisinium, un alcaloide vegetale dalla struttura particolarmente complessa. Il tabacco, per una volta, ha ricevuto un incarico migliore del solito.

Il risultato è stato ottenuto da un gruppo della Michigan State University e dell’Accademia ceca delle scienze, che ha studiato Delphinium grandiflorum, una specie di speronella, e Aconitum plicatum, appartenente al genere dell’aconito. La ricerca, pubblicata sulla rivista scientifica Molecular Plant, ha individuato sei passaggi enzimatici condivisi dalle due piante e prodotto in un organismo ospite un intermedio fondamentale della via biosintetica. Nessun farmaco è uscito dalle foglie e l’aconito resta velenoso: ora sappiamo meglio come costruisce alcune delle sue molecole.

Sei enzimi nascosti tra migliaia di geni

Aconito e speronella producono alcaloidi diterpenici, sostanze nelle quali si incontrano due grandi famiglie della chimica vegetale: terpeni e alcaloidi. Alcuni di questi composti sono studiati per le loro attività biologiche e farmacologiche; altri possono provocare neurotossicità, paralisi e avvelenamenti gravi. La parentela chimica, da sola, non rende una molecola una medicina. A decidere sono dose, struttura, bersaglio biologico e una quantità di test che qui devono ancora cominciare.

Per seguire una via tanto intricata, i ricercatori hanno confrontato i geni attivi nei diversi tessuti e nelle due specie. Cercavano quelli che si accendevano insieme proprio mentre le piante producevano gli alcaloidi. Da migliaia di candidati sono emersi due enzimi che costruiscono lo scheletro iniziale della molecola, tre citocromi P450 che lo modificano e una reduttasi con caratteristiche poco comuni. Sei operai, ognuno piazzato nel punto esatto della catena di montaggio. Se uno salta il turno, ciò che viene dopo rimane sul banco a metà.

I geni selezionati sono stati trasferiti in Nicotiana benthamiana, una parente del tabacco utilizzata spesso nella ricerca vegetale perché consente di produrre rapidamente proteine estranee. Dentro le sue foglie gli enzimi hanno ripetuto una parte della chimica di aconito e speronella, permettendo al gruppo di osservare intermedi che nelle piante originali compaiono lentamente e in quantità minuscole.

L’esperimento non ha completato da solo tutta la produzione dell’atisinium, come alcune ricostruzioni entusiaste della notizia lasciano intendere. Ha identificato i passaggi di ingresso nella via e prodotto un intermedio chiave in un organismo diverso dalle due piante. Sembra una sfumatura. In laboratorio separa una strada finalmente visibile da un farmaco che ancora non esiste.

L’azoto arrivava dalla molecola meno sospettata

La sorpresa più interessante era nascosta in un singolo atomo di azoto. Molti alcaloidi diterpenici contengono una porzione chimica che aveva fatto pensare all’etilammina come materia prima. La reduttasi individuata dai ricercatori preferiva invece l’etanolammina, una sostanza simile nel nome e abbastanza diversa da mandare fuori strada la ricostruzione dell’intero processo.

Il gruppo ha verificato la provenienza dell’azoto utilizzando molecole marcate con isotopi nelle colture cellulari di Aconitum. Queste etichette permettono di seguire gli atomi mentre passano da una sostanza all’altra. Le analisi metabolomiche hanno indicato l’etanolammina come fonte preferita per la maggior parte degli alcaloidi diterpenici rilevati. La pianta prende una materia prima, la incorpora presto e la trasforma nei passaggi successivi, lasciando nel prodotto finito un’impronta che sembrava provenire da altrove. La chimica vegetale sa depistare senza nemmeno impegnarsi.

Conoscere questa origine conta soprattutto quando si trasferisce la via in un altro organismo. Si possono avere gli enzimi giusti, la temperatura giusta e un tabacco perfettamente collaborativo; offrendo alla catena la fonte di azoto sbagliata, la molecola attesa continua semplicemente a non presentarsi.

Un secondo studio ha completato la catena

Nello stesso fascicolo di Molecular Plant, subito dopo il lavoro statunitense e ceco, compare un secondo studio condotto sull’Aconitum gymnandrum. Il gruppo coordinato dall’Institute of Materia Medica di Pechino ha individuato quattro enzimi capaci di trasformare l’ent-atiserene, lo scheletro di partenza, in atisinium. La via completa è stata riprodotta nel tabacco e nel lievito.

Quattro enzimi nel secondo studio, sei nel primo. I conti partono da due punti diversi. Il gruppo sino-giapponese ha cominciato dall’ent-atiserene già disponibile e ha seguito le trasformazioni successive attraverso tre citocromi P450 e una reduttasi. Il primo lavoro comprende invece anche i due enzimi necessari per costruire quello scheletro iniziale. Due ingressi nella stessa officina, con il secondo che arriva fino all’uscita.

Il gruppo ha inoltre silenziato uno dei geni direttamente nell’aconito, osservando una riduzione dei prodotti della via. Il controllo serve a verificare che gli enzimi messi al lavoro nel tabacco e nel lievito svolgano davvero quella funzione anche nella pianta originale. La sequenza ricostruita in laboratorio, quindi, non è soltanto un montaggio che funziona per caso fuori casa.

Perché trasferire un veleno nel tabacco

Gli alcaloidi diterpenici sono difficili da ottenere. Le piante ne producono quantità ridotte, l’estrazione richiede molto materiale e le strutture tridimensionali rendono complicata la sintesi chimica. Trasferire i geni in organismi più gestibili permette di produrre gli intermedi senza coltivare campi di aconito e di modificare un passaggio alla volta per capire cosa accade.

È questo, oggi, il risultato concreto: nuovi strumenti per studiare molecole vegetali rare, verificarne gli effetti, misurarne la tossicità e provare a costruire derivati differenti. La famiglia degli alcaloidi diterpenici comprende sostanze esaminate contro dolore, parassiti, malaria e cellule tumorali, attraverso esperimenti molto diversi tra loro. Attribuire tutte queste proprietà all’atisinium sarebbe un salto che i due studi non compiono.

Per arrivare a un medicinale serviranno composti prodotti in quantità sufficienti, test cellulari e animali, studi farmacologici e valutazioni di sicurezza. Potrebbe anche emergere che l’atisinium sia utile soprattutto come passaggio per costruire alcaloidi più elaborati, anziché come principio attivo in sé. Aconito e speronella restano piante da trattare con cautela, lontano da qualsiasi rimedio domestico improvvisato. La loro ricetta molecolare, però, non appartiene più soltanto al fiore.