Centro di Riferimento Regionale per la Fitoterapia, AOUC Dip di Medicina Sperimentale e Clinica, UNIFI - Dal Microbioma al Metaboloma delle Piante ...
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Dal Microbioma al Metaboloma
delle Piante Medicinali
Valentina Maggini
Centro di Riferimento Regionale
per la Fitoterapia, AOUC
Dip di Medicina Sperimentale e
Clinica, UNIFI
valentina.maggini@unifi.it
Medicina tradizionale ed Etnomedicina
OMS 1978: La Conferenza internazionale
sull’assistenza sanitaria di base lancia il
Programma di Medicina Integrata per l’utilizzo
di medicinali a base vegetale di efficacia
comprovata, necessario soprattutto per quelle
nazioni in cui la maggior parte della
popolazione non ha accesso pieno accesso
alle cure moderne.
Nobel per la medicina 2015: Youyou Tu e la
scoperta di un composto antimalarico
chiamato Artemisinina. Negli anni ’60 in Cina
si registravano molti casi di malaria e
cominciavano a comparire i primi casi di
resistenza alla clorochina. YouYou Tu, con il
suo gruppo di ricerca, analizzò più di duemila
ricette di MTC identificando l’Arthemisia
annua, pianta usata per curare febbri
intermittenti.
Illustration of Lei Gong preparing medicines
Medicina tradizionale – Medicina alternativa – Medicina complementare
Medicina Integrativa Evidence-based Medicine
Fitoterapia e Piante Medicinali (1)
Si considera pianta medicinale ogni vegetale che contenga, in uno o più dei
suoi organi, sostanze utilizzabili a fini terapeutici o preventivi, o che sono
precursori di emisintesi chemio-farmaceutiche (OMS, 1980).
Schippmann et al. FAO 2002
Fitoterapia e Piante Medicinali (2)
Lubbe & Verpoorte 2011
Fitoterapia e Piante Medicinali (3)
Database Revisioni Cochrane
«..esistono evidenze che il succo di
cranberry sia in grado di ridurre il
numero di infezioni urinarie nell’arco
dell’anno, in particolare nelle donne con
IVU ricorrenti..»
«..gli estratti di iperico studiati nei trial
considerati: a) sono superiori al placebo
nei pazienti con depressione maggiore;
b) sono efficaci quanto gli antidepressivi
standard; c) hanno meno effetti
collaterali degli antidepressivi
standard..»
«..un preparato standardizzato di
Pygeum africanum può essere
un’utile opzione terapeutica per
maschi con disturbi delle basse vie
urinarie correlati con iperplasia
prostatica benigna..»
Potere terapeutico di una pianta medicinale
Potere terapeutico: presenza e quantità (nelle varie parti della pianta)
di composti bioattivi vegetali.
Tali composti variano a causa di diversi fattori come la stagionalità, le
tecniche di coltivazione, il trattamento del tessuto vegetale e i metodi di
estrazione.
Lo stesso materiale vegetale coltivato ed impiegato in zone diverse del
pianeta può avere diverse proprietà medicinali.
Concetto peraltro già noto nella Medicina Tradizionale Cinese
Potere Terapeutico e Microbiota Vegetale
ENDOFITI = Friends-with-benefits
Fonte: georgofili.world
Quale ruolo hanno i funghi e i batteri endofiti che si
trovano all’interno dei tessuti (il microbiota vegetale) di
una pianta medicinale nella produzione delle sostanze
bioattive che caratterizzano la pianta stessa?
Taxus brevifolia eTaxolo
1958: Il National Cancer Institute avvia un
programma per esaminare 35.000 specie
botaniche allo scopo di trovare un principio
attivo contro le cellule cancerose.
Uno dei campioni esaminati era la corteccia
dell'albero del tasso, ‘il medico della foresta’.
Le sue proprietà condussero alla scoperta di
un agente anticancro, il taxolo.
1971: principio attivo isolato. Lo sviluppo
viene però sospeso a causa di difficoltà
relative all’estrazione e alla lavorazione del
composto.
Sameh SM, J. Nat. Prod., 2011
Papaver somniferum L.
L'oppio si ricava dal
lattice che trasuda dalle
capsule immature
Fonte:Wiki Chem Fonte: Djiin
Fonte: Wikipedia
ALCALOIDI DELL’OPPIO
MORFINA, CODEINA narcotici, analgesici
PAPAVERINA vasodilatore, spasmolitico
NOSCAPINA antitumorale, antitussivo
FENTANYL, OSSICODONE, METADONE, EROINA derivati sinteticiEndofiti estratti dalle capsule di Papaverum somniferum cv. Sampada (alkaloid-rich)
Infezione di Papaverum somniferum cv. Sujata (alkaloid-less)
Piante di controllo: non inoculate Piante test: inoculate con ciascun ceppo endofiticoUn esempio di approfondimento: Echinacea purpurea
Echinacea Moench
Asteracee Originaria di Canada e Nord
America
Preparazioni a base di Echinacea
sono tra i prodotti a base di piante
più venduti
Principali costituenti chimici
specie-specifici:
• Alcammidi
• Derivati acido caffeico
• Polisaccaridi2014 – Cochrane Review: risultati non assemblabili 2015 - Monografia EMA: Echinacea ha un riconoscimento come medicinale vegetale di uso consolidato per la prevenzione e trattamento del raffreddore, registrazione autorizzata 2015 – Revisione sistematica, Sharpowal e coll: Echinacea riduce in modo significativo il rischio di infezioni respiratorie ricorrenti e di complicazioni dello stesso
Le proprietà medicinali di E. purpurea
ALCAMMIDI
Proprietà anti-infiammatorie ed anti-microbiche
Inibizione di COX and PGE2 e
conseguente stimolazione di cellule NK.
Proprietà anti-tumorali ed anti-microbiche
Incremento dei livelli di INF-β, TNF-α e IL-
1 e conseguente stimolazione fagocitaria.
Proprietà anti-infiammatorie ed analgesiche
Interazione con il recettore dei
cannabinoidi CB2 e conseguente
modulazione dell’espressione di TNF-α e
IL-6 in monociti e macrofagi.Dosaggio alcammidi nel comparto S/L di piante di controllo ed infettate 9x105 2x106
Dosaggio alcammidi nel comparto radicale di piante di controllo ed infettate 2x105 4x105
Biosintesi delle alcammidi
Alcammide = catena di acidi grassi insaturi coniugata con una parte amminica
(Greger, 2016). La porzione amminica deriva da aminoacidi ramificati (BCCA,
valina ed isoleucina; Rizhski et al., 2016) per azione di una decarbossilasi.
Valina decarbossilasi (VDC)
acetilazione
tetraeneEspressione del gene E. purpurea BCCA decarbossilasi e profilo metabolico di piante di controllo ed inoculate con il pool di endofiti S/L
Dal microbioma al metaboloma di E. purpurea
I profili fitochimici sono congruenti con i dati dell’espressione genica.
Le piante inoculate con il pool di endofiti hanno un contenuto in alcammidi
superiore rispetto alle piante di controllo sia nel comparto radicale che nella
parte aerea
L’interazione pianta-endofiti influenza il metabolismo secondario di
E. purpurea e potrebbe quindi contribuire alle proprietà
terapeutiche di questa pianta medicinale.Publications
1) Perrin et al. Future Microbiol. 2018;13:59-67.
2) Maggini et al. Nat Prod Commun 2017;12:1949-1952
3) Maggini et al. Sci Rep 2017; 7(1):16924
4) Maggini et al. Genome Announc. 2017;5(20): e00351-17.
5) Miceli et al. Genome Announc. 2017;5(25): e00565-17.
6) Presta et al. Res Microbiol. 2016;S0923-2508(16)30144-9.
7) Chiellini et al. Microbiol Res 2017;196:34-43
8) Checcucci et al. Res Microbiol 2016;S0923-2508(16)30147-4.
9) Presta et al. Front Microbiol 2016;7:1417.
10) Pesavento et al. Nat Prod Commun 2016;11(6):861-4.
11) Presta et al. Genome Announc. 2016;4(3).
12) Chiellini et al. Int Microbiol. 2014;17(3):165-74.
13) Maida et al. Environ Microbiol. 2016;18(8):2357-65.
14) Mengoni et al. Res Microbiol. 2014;165(8):686-94.
15) Emiliani et al. Evid Based Complement Alternat Med. 2014;2014:650905.
16) Maida et al. Evid Based Complement Alternat Med. 2014;2014:573518.
I. Maggini et al. Phenotypic characterization of E. purpurea and E. angustifolia endophytic bacterial communities
with respect to plant organs.
II. Maggini et al. Tissue specificity and differential plant growth promotion of single bacterial endophytes isolated from
the roots, leaves and rhizospheric soil of E. purpurea..
III. Maggini et al. Influence of Echinacea purpurea leaf microbiota on the antioxidant property of the plant secondary
metabolites
IV. Maggini et al. Do chemical properties of Echinacea species affect endophytes colonization or does plant
microbiota impact on Echinacea chemical profiling?Fabio Firenzuoli, Eugenia Gallo
CERFIT, Careggi University Hospital. Tuscany Region
Patrizia Bogani, Renato Fani, Alessio Mengoni
Department of Biology, University of Florence
Sauro Biffi
Il Giardino delle Erbe, Casola Valsenio
THANK YOU
Alfredo Vannacci
Department NeuroFarBa, University of Florence
Luisa Pistelli, Marinella De Leo
Department of Pharmacy, University of Pisa
Antonella Lo Nostro, Giovanna Pesavento
Department of Health Science, University of Florence
Stefano Mocali
Agricultural Research Council, Florence
Silvia Campana, Daniela Dolce
University Hospital Meyer
Anna Rita Bilia
Department of Chemistry, University of Florence,
Giovanni Bacci, Alice Checcucci, Carolina
Chiellini, Camilla Fagorzi, Marco Fondi, Isabel
Maida, Elisangela Miceli, Elena Perrin, Luana
Presta Department of Biology, University of
Florence
Courtesy of Patrizia BoganiEndofiti estratti dal comparto stelo/foglia (S/L)
Infezione di piante coltivate in vitro di E. purpurea con il pool di endofiti
FENANTRENICI ISOCHINOLINICI CODEINA MENO METILE MORFINA Pygeum africanum sempreverde Rosaceae corteccia
Nello studio di Maggini et al, per simulare le condizioni in vivo, è stato messo a punto un modello di infezione delle piante di E. purpurea in vitro che vengono inoculate con un pool di ceppi batterici isolati dagli steli e dalle foglie di E. purpurea. Tale modello ha permesso di dimostrare che la quantità di alcammidi presente nelle piante di controllo (non infette) è diversa da quella delle piante infettate, suggerendo che la biosintesi delle alcammidi possa essere modulata dall'infezione batterica. Tale dato è stato ulteriormente supportato dall’analisi molecolare che ha investigato il gene codificante per un enzima in grado di decarbossilare gli amminoacidi a catena ramificata, fonte di ammine necessarie alla formazione di alcammidi. Il profilo di espressione ha mostrato un livello più elevato nei tessuti di E. purpurea infettati rispetto a quelli di controllo. Questi risultati suggeriscono che l'interazione pianta- endofita possa modulare il metabolismo secondario delle piante influenzando le proprietà terapeutiche di E. purpurea.
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