Fonte:https://www.earth.com/news/scientists-solve-the-200-year-old-mystery-of-how-tobacco-makes-nicotine/
All’interno delle radici della pianta di tabacco si verifica un processo chimico straordinario che per quasi duecento anni è sfuggito alla comprensione scientifica: la sintesi della nicotina avviene attraverso l’utilizzo temporaneo di una molecola di zucchero che innesca una trasformazione cruciale per poi scomparire senza lasciare tracce nel prodotto finale. Questo meccanismo così sofisticato ha ingannato intere generazioni di scienziati.
Oggi questo enigma è stato finalmente svelato. Un team di studiosi ha individuato gli enzimi responsabili che consentono alla pianta di sintetizzare la nicotina, l’alcaloide che rappresenta un’arma difensiva naturale contro predatori erbivori e insetti. L’importanza di questa scoperta va ben oltre l’ambito agricolo: diverse specie vegetali imparentate con il tabacco vengono attualmente impiegate come sistemi biologici per la sintesi di vaccini, anticorpi e proteine terapeutiche. Comprendere il modo per bloccare alla radice la formazione di nicotina può migliorare significativamente l’efficienza e ridurre i costi di questi processi biotecnologici.
L’anello mancante della reazione
L’alcaloide era stato estratto per la prima volta nel 1828, tuttavia il meccanismo completo attraverso cui la pianta lo sintetizzava rimaneva un mistero irrisolto. Il problema principale riguardava il modo in cui i due anelli molecolari che costituiscono la nicotina si univano. Ciascun anello proviene da vie metaboliche separate; la loro fusione genera la molecola finale.
Il segreto celato per decenni coinvolge proprio il glucosio. La pianta lo lega temporaneamente a un composto intermedio, lo sfrutta per aumentare la reattività dei frammenti molecolari da fondere e successivamente lo elimina. Nel prodotto conclusivo questo zucchero risulta completamente assente. Proprio questa caratteristica ha reso la scoperta così ardua. Gli scienziati hanno mappato una sequenza di quattro enzimi: il primo attacca il glucosio, altri preparano e stabilizzano il sistema reattivo, l’ultimo rimuove lo zucchero. Il risultato finale è la nicotina nella sua forma biologicamente attiva.
L’esperimento di conferma è stato condotto utilizzando Nicotiana benthamiana, una specie vegetale molto diffusa nei laboratori e imparentata con il tabacco, che normalmente non accumula nicotina nel tessuto fogliare. Introducendo la sequenza enzimatica completa e fornendo i precursori necessari, la pianta ha iniziato a sintetizzare nicotina nella configurazione naturale.
Le implicazioni per il settore farmaceutico
Il tabacco è associato a una lunga storia problematica, collegata al consumo di sigarette e alla dipendenza che ne deriva. Nel contesto della ricerca scientifica, tuttavia, alcune varietà di Nicotiana trovano applicazioni completamente diverse: vengono utilizzate come piattaforme biologiche per la sintesi di molecole di interesse farmacologico. La difficoltà è rappresentata dalla presenza di nicotina che può contaminare il prodotto finale e richiede costose fasi di purificazione aggiuntive.
Identificare i geni responsabili della sintesi apre la strada a interventi biotecnologici mirati. Sarà possibile sviluppare varietà vegetali modificate per produrre farmaci o proteine terapeutiche senza accumulare nicotina indesiderata. Non si tratta di soluzioni immediate: saranno necessari sviluppo di linee genetiche stabili, validazione sperimentale, verifiche di sicurezza e implementazione industriale. Tuttavia, l’obiettivo è ora definito con precisione.
Questa ricerca rivela anche aspetti fondamentali sulla biochimica vegetale. Le piante sintetizzano composti complessi per proteggersi da predatori, attirare insetti impollinatori, comunicare con altri organismi o resistere agli stress ambientali. Frequentemente utilizzano strutture chimiche temporanee, vere e proprie impalcature molecolari che esistono solo per il tempo strettamente necessario alla reazione e vengono poi disassemblate. Nel meccanismo del tabacco, questa impalcatura era rappresentata da uno zucchero. Viene aggiunto, svolge la sua funzione catalitica, viene rimosso. La nicotina rimane come prodotto finale. Questa volta il meccanismo nascosto è stato finalmente portato alla luce.
Fonte: Nature Communications