Dialoghi sulle biotecnologie: “Le piante come biofabbriche per la produzione di biomolecole innovative”

Frusciante: Le nuove tecnologie genetiche e genomiche hanno rivoluzionato la ricerca biologica, aprendo prospettive straordinarie anche nel campo delle biotecnologie vegetali. Tra le applicazioni più promettenti vi è l’espressione eterologa di proteine ricombinanti nelle piante, oggi utilizzate come veri e propri bioreattori per la produzione di biomolecole destinate ai settori farmaceutico, nutraceutico, cosmetico e industriale. Questo approccio, noto come plant molecular farming, rappresenta un’alternativa efficiente e sostenibile ai sistemi produttivi tradizionali.

Arciello: I sistemi di espressione tradizionali, basati su batteri, lieviti o colture cellulari di mammifero, presentano infatti importanti limitazioni. I batteri, pur garantendo elevate rese produttive e costi relativamente contenuti, non sono in grado di effettuare le modificazioni post-traduzionali tipiche degli organismi eucariotici, risultando quindi poco adatti alla produzione di molte proteine complesse. Le colture cellulari di mammifero consentono invece il corretto ripiegamento delle proteine e le necessarie modificazioni post-traduzionali, ma richiedono infrastrutture altamente specializzate, rigorosi standard di sterilità e costi di produzione elevati.
Le piattaforme vegetali rappresentano una valida alternativa, poiché coniugano la capacità di garantire un corretto folding (ripiegamento proteico) e numerose modificazioni post-traduzionali con costi di coltivazione contenuti e una maggiore sostenibilità ambientale. Le piante possono infatti essere coltivate su larga scala utilizzando infrastrutture relativamente semplici e con un fabbisogno energetico inferiore rispetto ai bioreattori impiegati per le colture cellulari animali. Inoltre, l'assenza di patogeni umani e animali riduce significativamente il rischio di contaminazione biologica del prodotto finale, aumentando il livello di sicurezza dell'intero processo produttivo.

Frusciante: Le proteine ricombinanti possono essere prodotte nelle piante sia mediante trasformazione genetica stabile sia attraverso sistemi di espressione transiente. Può spiegarci brevemente come funzionano questi due approcci e quali sono i principali vantaggi di ciascuno? In quali casi è preferibile adottare l'una o l'altra strategia per la produzione di proteine ricombinanti?

Arciello: La trasformazione genetica stabile consente l'integrazione permanente del transgene nel genoma vegetale ed è particolarmente indicata per produzioni continuative e su larga scala. I sistemi di espressione transiente, invece, permettono di ottenere elevati livelli di espressione della proteina ricombinante in tempi molto rapidi, generalmente nell'arco di pochi giorni, senza modificare stabilmente il patrimonio genetico della pianta.
Negli ultimi anni il plant molecular farming ha assunto un ruolo sempre più rilevante anche sul piano industriale. L'approvazione di diversi prodotti ottenuti mediante espressione vegetale ha infatti dimostrato la maturità tecnologica di queste piattaforme e il loro potenziale per la produzione di vaccini, anticorpi monoclonali, enzimi terapeutici, fattori di crescita, peptidi bioattivi e numerose altre biomolecole di interesse commerciale.
In questo contesto si inseriscono le attività di ricerca e sviluppo di Arterra Bioscience, che ha sviluppato e ottimizzato piattaforme di espressione vegetale, sia stabile sia transiente, basate su colture cellulari in sospensione e piante intere per la produzione di proteine ricombinanti. Le biomolecole ottenute sono destinate principalmente al settore cosmetico, pur presentando interessanti prospettive di impiego anche in altri ambiti industriali.
Tra le proteine di maggiore interesse figurano le superossido dismutasi (SOD) provenienti da microrganismi estremofili. Questi enzimi sono caratterizzati da elevata stabilità termica, resistenza ad alte concentrazioni saline e marcata tolleranza all'irraggiamento UV. Le analisi effettuate su cellule di pomodoro trasformate hanno dimostrato che le SOD ricombinanti mantengono le proprietà biochimiche dell'enzima di origine, preservandone stabilità, attività e resistenza agli stress ambientali. Questi risultati confermano che le cellule vegetali rappresentano un'efficace piattaforma per la produzione di proteine ricombinanti, capace di conservarne le caratteristiche strutturali e funzionali.
Le peculiari proprietà delle SOD ampliano le loro potenziali applicazioni in diversi settori industriali, dalla cosmetica alla conservazione degli alimenti, fino allo sviluppo di formulazioni per la radioprotezione.

Frusciante: Un altro ambito di ricerca e sviluppo particolarmente innovativo in cui Arterra Bioscience si è distinta è quello della cosmetica. In questo settore avete sviluppato piattaforme di espressione vegetale per la produzione di biomolecole ricombinanti impiegate come ingredienti attivi nella formulazione di prodotti cosmetici ad elevato valore funzionale.

Arciello: La crescente attenzione del settore cosmetico verso la sostenibilità e l'impiego di ingredienti di origine non animale ha favorito lo sviluppo di nuove strategie per la produzione di molecole bioattive. In questo contesto, l'individuazione di fonti alternative di collagene rappresenta un'importante area di ricerca, sostenuta dalla crescente domanda di formulazioni vegane e ad elevato profilo di sostenibilità. In quest'ottica, Arterra Bioscience ha sviluppato un sistema di espressione transiente in lattuga (Lactuca sativa) per la produzione di un polipeptide chimerico derivato dalla catena α1 del collagene umano di tipo I, contenente specifici domini funzionali coinvolti nell'organizzazione e nel mantenimento della matrice extracellulare cutanea. L'estratto vegetale arricchito nel polipeptide ricombinante ha mostrato una significativa attività biologica sui fibroblasti dermici umani, stimolando la sintesi di procollagene e favorendo l'organizzazione della matrice extracellulare. Studi ex vivo hanno inoltre dimostrato la capacità del peptide di promuovere il corretto assemblaggio delle fibre collagene, confermandone il potenziale per applicazioni cosmetiche e biotecnologiche. Questi risultati confermano il potenziale dei sistemi di espressione vegetale come piattaforme efficienti per la produzione di ingredienti funzionali biologicamente attivi. Grazie a questa attività di ricerca e sviluppo, Arterra Bioscience ha introdotto sul mercato il primo ingrediente attivo ottenuto mediante l'espressione di un peptide ricombinante in pianta, dimostrando la maturità industriale di questa tecnologia e il valore delle piattaforme vegetali per la produzione sostenibile di biomolecole ad alto valore aggiunto.