Biotecnologie Industriali

La natura come fonte di farmaci

La natura ha una enorme diversità biologica che si traduce nella convivenza di molteplici specie vegetali e animali all’interno di un determinato habitat. La foresta amazzonica è un esempio di habitat in cui vivono insieme moltissime specie vegetali.

foresta20amazzonicaPer poter coesistere insieme, la natura ha “inventato”un sistema di comunicazione tra specie diverse. Questa “comunicazione”, ovviamente non è di origine verbale ma di origine chimica, usata sia per la difesa sia per l’attrazione (impollinatori). L’interazione chimica avviene ad opera di composti sintetizzati dal metabolismo secondario. I metaboliti secondari sono presenti in tutte le piante superiori, in bassa concentrazione, meno dell’1% del carbonio totale, e hanno una elevata diversità strutturale. Di solito in una particolare specie si sviluppa la produzione di un vasto assortimento di composti appartenenti ad una singola classe. Nei vegetali superiori, ma anche in quelli inferiori, sono presenti varie classi di metaboliti secondari fra cui: composti fenolici (acidi benzoici, fenilpropanoidi e flavonoidi), terpenoidi, polichetidi, acidi grassi e composti azotati (alcaloidi, glucosidi cianogenici e glucosinolati). Nel corso del tempo, data l’evoluzione degli organismi , la biosintesi di questi composti si è ottimizzata.  A causa della loro ampia attività biologica, i metaboliti secondari sono stati utilizzati fin dall’antichità nella medicina tradizionale. Infatti l’uomo cercava nella natura i rimedi per le sue malattie affidandosi alla conoscenza delle piante officinali. Già gli antichi egizi utilizzavano le erbe come rimedi naturali e credevano che l’effetto benefico delle piante fosse dovuto all’intervento della divinità a cui erano dedicate molte di queste piante curative. Con l’avvento della chimica farmaceutica si cominciò a studiare ed identificare i composti, classificati successivamente come metaboliti secondari, responsabili dell’effetto curativo di molte piante. Oggigiorno, questi metaboliti sintetizzati da una molteplicità di specie vegetali, sono utilizzati non solo in campo farmaceutico, ma anche industriale come coloranti e additivi, cosmetico, e più recentemente nella cosiddetta nutraceutica, che si riferisce ad alimenti che hanno una funzione benefica sulla salute umana.  La purificazione di molecole con attività biologica risale al 1800 dove i primi composti estratti furono gli alcaloidi, in particolare la morfina (vedi immagine sottostante)  fu il primo principio attivo estratto dalla pianta dell’oppio, con attività analgesiche.

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L’individuazione della morfina e il suo utilizzo in campo medico diede inizio all’ identificazione di migliaia di principi attivi. Ad esempio, venne purificata la caffeina come stimolante del sistema nervoso centrale, la chinina dalla corteccia essiccata di fusto e radici di Chinchona (un grosso albero del Sud America) utilizzata nel trattamento antimalarico. Queste prime caratterizzazioni portarono alla fine dell’800 alla nascita dell’industria farmaceutica, dove i composti naturali estratti da piante non venivano utilizzati tal quali ma modificati attraverso passaggi chimici per migliorare le proprietà terapeutiche e ridurre gli effetti collaterali. Il composto considerato pioniere dell’industria farmaceutica è l’acido acetil salicilico: un analgesico, il principio attivo della comune aspirina. La salicina, il composto naturale estratto dalla corteccia del salice bianco è piuttosto acida in acqua, per cui è stata ribattezzata acido salicilico.

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A partire da questo composto, un chimico tedesco  ”modificò” mediante una reazione chimica la struttura dell’acido salicilico producendo l’acido acetil-salicilico, con caratteristiche identiche all’acido salicilico ma con minor effetti collaterali (vedi immagine sottostante). Questo composto è stato il primo farmaco di sintesi, una molecola nuova  e non una copia di una molecola già esistente in natura, che ha dato inizio alla moderna industria farmaceutica. Infatti, la maggior parte dei principi attivi che costituiscono i farmaci, sono molecole che hanno la struttura chimica di base identica a quella identificata in qualche pianta o microrganismo, ma con “l’aggiunta” di qualche accorgimento che le conferisce proprietà migliori.

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Elisabetta Fumagalli

About Elisabetta Fumagalli

Elisabetta Fumagalli, laureata presso l’università di Milano Bicocca in biotecnologie industriali nell’Aprile del 2007, con la Passione per le strutture chimiche, collabora per circa due anni con il CNR, laboratorio di NMR e di Biologia e Biotecnologie Agraria su un progetto inerente analisi dei metaboliti prodotti da piante transgeniche e su matrici alimentari mediante Risonanza Magnetica Nucleare. Attualmente lavora presso una multinazionale farmaceutica in cui si occupa di Quality Assurance Compliance. Scarica il Curriculum

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