Potential of Endophytic Fungi from Orobanche spp. as Novel Sources of L-Asparaginase, an Enzyme with Anticancer Applications

Nel mondo nascosto all'interno delle piante sane, piccoli funghi vivono come vicini silenziosi, condividendo lo spazio con i loro ospiti senza causare danni. Questi sono gli endofiti, una comunità diversificata di microrganismi che si sono evoluti per produrre una vasta gamma di strumenti chimici per sopravvivere e prosperare. Tra le molte sostanze che questi funghi creano ci sono gli enzimi, che sono macchine biologiche capaci di accelerare specifiche reazioni chimiche. Un tale enzima, noto come L-asparaginasi, è diventato uno strumento critico nella medicina moderna. Esso funziona scomponendo un particolare mattone fondamentale delle proteine chiamato L-asparagina. Mentre la maggior parte delle cellule del corpo umano può produrre il proprio approvvigionamento di questo mattone, certe cellule cancerose, in particolare quelle coinvolte in un tipo di tumore del sangue chiamato leucemia linfoblastica acuta, non sono in grado di farlo. Esse dipendono interamente dal rubarlo dal sangue. Introducendo l'enzima nel sistema di un paziente, i medici possono privare queste cellule del nutriente essenziale, facendo sì che le cellule tumorali muoano di fame, lasciando le cellule sane sostanzialmente inalterate. Attualmente, l'industria medica produce questo enzima salvavita principalmente da batteri, ma queste versioni batteriche possono talvolta scatenare gravi reazioni allergiche o altri effetti collaterali nei pazienti, spingendo gli scienziati a cercare fonti più dolci e compatibili.

Un team di ricercatori dell'Università di Zanjan, in Iran, ha rivolto la propria attenzione verso un ospite insolito e spesso trascurato di questi vicini microscopici: la pianta della bocca di lupo. A differenza della maggior parte delle piante che crescono dal suolo, la bocca di lupo è un oloparassita, il che significa che non ha foglie o radici proprie e sopravvive interamente attaccandosi alle radici di altre colture e rubando loro i nutrienti. A causa di questo stile di vita unico e stressante, i funghi che vivono all'interno della bocca di lupo potrebbero aver sviluppato abilità speciali per far fronte al loro ambiente. I ricercatori hanno raccolto campioni di piante di bocca di lupo sane da campi agricoli nel nord-ovest dell'Iran e le hanno accuratamente pulite per rimuovere sporco o batteri superficiali. Successivamente, hanno tagliato i fusti delle piante in piccoli pezzi e li hanno posti su una gelatina ricca di nutrienti per vedere se dai funghi sarebbe cresciuto qualcosa dall'interno. Da 300 campioni di piante, sono riusciti a isolare con successo decine di diversi ceppi fungini, raggruppandoli infine in 34 tipi distinti in base al loro aspetto al microscopio.

Per scoprire quali di questi funghi potessero produrre l'enzima antitumorale, gli scienziati hanno prima utilizzato un semplice test visivo. Hanno fatto crescere i funghi su una piastra speciale contenente L-asparagina e un colorante indicatore di pH. Se un fungo produceva l'enzima, avrebbe scomposto l'asparagina rilasciando ammoniaca, che avrebbe trasformato l'area circostante dal giallo al rosa. Circa 20 dei 34 tipi fungini hanno creato questi aloni rosa, suggerendo che fossero capaci di produrre l'enzima. Tuttavia, i ricercatori sapevano che un grande cerchio rosa su una piastra non significa sempre che venga prodotta una grande quantità di enzima. Per ottenere la vera misura, hanno spostato i candidati più promettenti in colture liquide e hanno utilizzato un metodo chimico per contare precisamente quanto ammoniaca veniva rilasciata. I risultati hanno mostrato un'ampia gamma di attività. Mentre alcuni funghi producevano pochissimo, quattro ceppi specifici si sono distinti come i più produttivi. Tra questi, un fungo identificato come Alternaria longipes, specificamente un ceppo etichettato come SH25, ha prodotto la maggiore quantità di enzima, raggiungendo 5,7 else 79 unità per millilitro. Questo era significativamente superiore alle altre prestazioni elevate, che includevano specie come Macrophomina phaseolina e Aspergillus flavus.

Il team si è poi concentrato sulla stella protagonista, l'Alternaria longipes SH25, per vedere se riuscissero a farle produrre ancora più enzima cambiando il suo ambiente. Hanno testato come la quantità di cibo disponibile e l'acidità del liquido influenzassero la produzione. Hanno scoperto che il fungo produceva il massimo dell'enzima quando il liquido era leggermente acido e conteneva una specifica concentrazione di L-asparina. In queste condizioni ottimizzate, la produzione enzimatica è salita a 5,95 unità per millilitro. I ricercatori hanno anche controllato quanto l'enzima resistesse all'esposizione al calore, un fattore cruciale per l'uso industriale. Hanno scoperto che l'enzima rimaneva molto stabile a temperature moderate, mantenendo quasi tutta la sua attività dopo essere stato trattenuto a 35 gradi Celsius per mezz'ora, e conservando ancora circa due terzi del suo potere dopo due ore. Ciò suggerisce che l'enzima sia abbastanza robusto da poter essere gestito in un contesto di produzione senza degradarsi immediatamente.

Lo studio conclude che la pianta parassita della bocca di lupo è una fonte ricca, sebbene precedentemente inesplorata, di funghi capaci di produrre questo enzima vitale. La scoperta del ceppo ad alte prestazioni Alternaria longipes offre una potenziale nuova alternativa alle fonti batteriche attualmente utilizzate in medicina. Poiché le versioni batteriche possono causare reazioni immunitarie in alcuni pazienti, gli enzimi fungini sono spesso considerati più compatibili con il corpo umano, sebbene siano necessari ulteriori test per confermare questo vantaggio. I ricercatori hanno osservato che la dimensione dell'alone rosa nelle piastre del test iniziale non era un predittore affidabile di quanta enzima il fungo avrebbe effettivamente prodotto in una coltura liquida, sottolineando l'importanza di misurazioni chimiche precise rispetto alle supposizioni visive. Isolando e identificando questi funghi tramite il sequenziamento genetico, il team ha confermato le loro identità ed ha stabilito un chiaro legame tra questa specifica specie fungina e la sua capacità di produrre l'enzima. Questo lavoro apre una nuova porta alla biotecnologia, suggerendo che anche le piante più insolite nei nostri campi possono ospitare alleati microscopici capaci di aiutare a combattere le malattie.