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

Illustration of Lei Gong preparing medicines

Medicina tradizionale ed Etnomedicina

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.

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.

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

Lubbe & Verpoorte 2011

Fitoterapia e Piante Medicinali (2)

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: 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 di una pianta medicinale

Potere Terapeutico e Microbiota Vegetale

ENDOFITI = Friends-with-benefits

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?

Fonte: georgofili.world

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.

Taxus brevifolia eTaxolo

Sameh SM, J. Nat. Prod., 2011

L'oppio si ricava dal

lattice che trasuda dalle

capsule immature

ALCALOIDI DELL’OPPIO

MORFINA, CODEINA narcotici, analgesici

PAPAVERINA vasodilatore, spasmolitico

NOSCAPINA antitumorale, antitussivo

FENTANYL, OSSICODONE, METADONE, EROINA derivati sintetici

Fonte:Wiki Chem Fonte: Djiin

Papaver somniferum L.

Fonte: Wikipedia

Endofiti 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 endofitico

Echinacea Moench

Asteracee

Un esempio di approfondimento: Echinacea purpurea

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

• Polisaccaridi

2014 – 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 alcammidiAlcammide = 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.

acetilazione

tetraene

Valina decarbossilasi (VDC)

Espressione del gene E. purpurea BCCA decarbossilasi e profilo

metabolico di piante di controllo ed inoculate con il pool di endofiti S/L

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

Dal microbioma al metaboloma di E. purpurea

L’interazione pianta-endofiti influenza il metabolismo secondario di

E. purpurea e potrebbe quindi contribuire alle proprietà

terapeutiche di questa pianta medicinale.

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.

Publications

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

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

FlorenceCourtesy of Patrizia Bogani

THANK YOU

Endofiti estratti dal comparto stelo/foglia (S/L)

Infezione di piante coltivate in vitro di E. purpurea con il pool di endofiti

FENANTRENICIISOCHINOLINICI

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.