Plant Molecular Farming: la cannabis come mini-fabbrica verde per creare biomolecole

Gennaio 26 2021 | Studi scientifici

Con questo articolo, dedicato al nuovo campo delle biotecnologie chiamato Plant Molecular Farming, per il quale la cannabis si può prestare benissimo grazie all’elevato numero di principi attivi, iniziamo la nostra collaborazione con il dottor Alessandro Conca, di professione biotecnologo.

Le piante possono essere utilizzate come mini fabbriche verdi per la produzione di una ampia gamma di molecole, da quelle di interesse farmaceutico ai polimeri biodegradabili di nuova generazione. Questa nuova area delle biotecnologie è chiamata “Plant Molecular Farming” (PMF).

La cannabis come bioreattore per creare biomolecole

Molte delle molecole, come anticorpi, vaccini e metaboliti secondari, che utilizziamo in vari settori industriali, hanno un’origine biologica e sono quindi derivate da piante, animali o microrganismi. La loro produzione può avvenire estraendo direttamente tali molecole dalla fonte che le produce o, in alternativa, possono essere create sinteticamente. Ma grazie alle biotecnologie è possibile una terza soluzione: far produrre la molecola da un sistema eterologo, cioè da un organismo diverso da quello che normalmente la produce. La tecnica si basa sull’inserimento, tramite ingegneria genetica, di uno o più geni derivanti dall’organismo produttore, nel genoma dell’organismo scelto come ospite (piante, batteri o singole cellule) che infine produrrà la bio-molecola d’interesse [2].

Plant Molecular Farming: i vantaggi

Schema semplificato del processo di produzione di una biomolecola utilizzando una pianta come bioreattore

Le piante, per le loro caratteristiche, spesso si rivelano più adatte a diventare fabbriche verdi in miniatura rispetto ad altri organismi, come i batteri. In primis, i patogeni delle piante non sono dannosi per noi umani e quindi non c’è nessun rischio di contaminazioni pericolose. Secondariamente, i costi sono notevolmente ridotti rispetto all’industria tradizionale: le piante, infatti, per crescere necessitano semplicemente di acqua, luce solare e qualche nutriente minerale. Questo si riflette in maniera decisiva sulla possibilità di distribuzione di farmaci, come ad esempio i vaccini, nei paesi più poveri. Infine, la possibilità di aumentare la loro produzione in breve tempo, in gergo tecnico “scale-up”, è molto semplice.

Tra presente e futuro del Plant Molecular Farming

Il primo farmaco derivante da Plant Molecular Farming ad essere stato autorizzato e commercializzato è stato Elelyso (Protalix Biotherapeutics, Israele), prodotto da cellule di carota in sospensione e usato per la cura della malattia di Gaucher di tipo I, una malattia genetica recessiva del metabolismo lipidico [3].

Tanti sono i vaccini di origine vegetale (esempio contro Colera ed epatite B), che nei trial clinici si sono dimostrati sicuri ed efficaci ad indurre un’adeguata risposta immunitaria. Le prospettive future sono molto promettenti: un’applicazione ancora lontana dall’attuazione, ma assolutamente realistica, è la produzione di vaccini commestibili [1,5].

In questo momento, due grandi aziende farmaceutiche, la Medicago Inc. e la IBio Inc., stanno sperimentando la produzione di un vaccino espresso da un modello vegetale per combattere il SARS-CoV-2 (Covid-19), che, se approvato, sarà molto utile nella fase post-pandemica, per la diffusione del farmaco nei paesi in via di sviluppo [4].

La cannabis può essere una mini-fabbrica verde?

La variabilità delle specie vegetali che possono essere usate come bioreattori può essere un punto di forza per la loro applicazione nel Plant Molecular Farming, ma anche uno svantaggio in termini di standardizzazione dei processi; è quindi necessario decidere quali specie sono più adatte per essere usate come mini-fabbriche verdi per la produzione di biomolecole secondo le Good Manufacturing Practice (GMP). Ecco che entra in gioco la cannabis, una pianta che si potrebbe ben prestare a questo scopo grazie alle sue caratteristiche, come l’elevata velocità di crescita, la facilità di coltivazione e la diversità varietale presente in tutto il mondo. Sfortunatamente gli anni passati a reprimere il suo uso e di conseguenza la ricerca scientifica, fanno in modo che la strada da fare per poterla usare sia ancora lunga. E perché allora non farci stupire affidandola alla scienza?

Alessandro Conca – Biotecnologo

Bibliografia:

1 Alberto Romano. “Plant Molecular Farming”. Biopills. 03-2020

2 Fischer, R., Stoger, E., Schillberg, S., Christou, P., and Twyman, R.M. Plant-based production of biopharmaceuticals. Curr. Opin. Plant. Biol. 04-2004

3 Jian Yao et al. “Plants as Factories for Human Pharmaceuticals: Applications and Challenges”. International Journal of Molecular Sciences. 11-2015

4 Sergio Rosales-Mendoza. “Will plant-made biopharmaceuticals play a role in the fight against COVID-19?”. Expert Opinion on Biological Therapy. 04-2020

5 Siddarth Tiwari et al. “Plants as bioreactors for the production of vaccine antigens”. Biotechnology Advances. 04-2009.

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