Endophyte-Mediated Elicitation Enhances Picrosides Production in Suspension Cultures of Picrorhiza kurroa Royle ex Benth

Nell'aria rarefatta e sottile dell'Himalaya, una piccola e modesta erba chiamata Picrorhiza kurroa è da tempo preziosa per la sua capacità di guarire. Per secoli, la medicina tradizionale si è affidata alle sue radici per trattare malattie del fegato, asma e altre condizioni. Il segreto del suo potere risiede in un gruppo di complessi composti chimici chiamati picrosidi, che la pianta produce come forma di difesa naturale. Tuttavia, il raccolto di queste piante allo stato selvatico è diventato un problema serio. La domanda di questa erba è cresciuta così tanto che la pianta è ora in pericolo, e il semplice fatto di coltivarla in un giardino spesso non riesce a produrre gli stessi alti livelli di medicinali che si trovano in natura. Gli scienziati si sono rivolti alle colture di laboratorio, facendo crescere le cellule della pianta in flaconi, ma queste cellule spesso dimenticano come produrre i preziosi composti di cui hanno bisogno. Per risolvere questo problema, i ricercatori stanno esplorando una strategia diversa: osservare il mondo invisibile dei funghi che vivono all'interno della pianta stessa. Questi partner microscopici, noti come endofiti, aiutano spesso le loro piante ospiti a sopravvivere allo stress e a produrre più dei loro composti medicinali. La domanda è se possiamo usare questi minuscoli funghi per insegnare alle cellule coltivate in laboratorio come ricordare il loro scopo medicinale.

Un team di ricercatori presso l'Istituto di Tecnologia delle Biorisorse Himalayane in India si è posto l'obiettivo di testare questa idea utilizzando cellule dell'erba dell'Himalaya. Hanno iniziato raccogliendo esemplari selvatici della pianta dal Passo di Rohtang, una regione d'alta quota nell'Himalaya. Dalle radici di queste piante selvatiche, hanno isolato con cura tre tipi distinti di funghi che vivono all'interno del tessuto. Utilizzando il sequenziamento genetico per identificarli, hanno scoperto due tipi di funghi Fusarium e un tipo di Trichoderma. Questi funghi non erano invasori dannosi, ma residenti naturali della pianta. Gli scienziati hanno poi preparato estratti dalle cellule fungine, creando una soluzione liquida che conteneva i segnali chimici rilasciati naturalmente da questi funghi. Hanno preso due tipi di colture cellulari vegetali coltivate in laboratorio — una derivata dalle foglie e l'altra dalle radici della pianta — e hanno introdotto questi estratti fungini in esse. L'obiettivo era vedere se le cellule vegetali avrebbero reagito alla presenza fungina aumentando la produzione di picrosidi e composti correlati.

L'esperimento consisteva nell'aggiungere diverse quantità di liquido fungino alle colture cellulari vegetali e osservare cosa accadeva nell'arco di diversi giorni. I ricercatori hanno scoperto che le cellule vegetali reagivano effettivamente, ma la risposta dipendeva fortemente da quale fungo veniva utilizzato, da quanto ne veniva aggiunto e se le cellule provenivano dalla foglia o dalla radice. Uno dei funghi, una specie di Fusarium acuminatum, si è rivelato l'attivatore più potente. Quando le cellule derivate dalle foglie sono state trattate con una specifica concentrazione di questo fungo, hanno prodotto un aumento significativo di composti medicinali. I livelli di picroside I hanno raggiunto 4,71 milligrammi per grammo di peso secco della pianta, il picroside II ha raggiunto 3,93 milligrammi e il picroside III ha raggiunto 0,48 milligrammi. Il trattamento ha anche potenziato altri composti importanti, tra cui l'aucubina e il catalpolo, che sono precursori o composti correlati che aiutano a costruire il medicinale finale. Anche le cellule derivate dalle radici hanno risposto bene, sebbene le quantità esatte variassero leggermente, dimostrando che le diverse parti della pianta reagiscono in modi unici allo stesso segnale fungino.

Gli altri due funghi funzionavano anch'essi, ma agivano in modo diverso. La specie Trichoderma ha aumentato la produzione di picrosidi, ma non in modo così drammatico come il Fusarium acuminatum. Ha tuttavia mostrato una forte capacità di potenziare i livelli di catalpolo, un elemento chiave per la chimica della pianta. Il terzo fungo, un'altra specie di Fusarium, ha avuto un effetto più modesto sui principali picrosidi, ma sembrava preferire la stimolazione della produzione di composti precursori come l'acido vanillico e l'acido cinnamico. Ciò suggerisce che diversi funghi possano "sintonizzare" la chimica interna della pianta in direzioni differenti. I ricercatori hanno anche osservato che la tempistica e la concentrazione contavano molto. Aggiungere troppo liquido fungino o lasciarlo per troppo tempo faceva diventare le cellule marroni e ne interrompeva la crescita, indicando che il trattamento era diventato tossico. Tuttavia, alla dose giusta, l'estratto fungino agiva come una leggera spinta, risvegliando le fabbriche chimiche dormienti della pianta senza danneggiare le cellule.

Questo studio fornisce una chiara dimostrazione che i funghi microscopici che vivono all'interno delle piante selvatiche detengono la chiave per sbloccare rese medicinali più elevate in laboratorio. Utilizzando i segnali naturali di questi funghi, gli scienziati possono indurre le cellule vegetali coltivate in laboratorio a produrre gli stessi alti livelli di composti preziosi presenti nei loro omologhi selvatici. La ricerca evidenzia che non tutti i funghi sono uguali; ogni specie interagisce con la pianta in un modo unico, e trovare il partner giusto è essenziale. Sebbene il lavoro sia ancora in una fase sperimentale, offre una strada promettente per la conservazione della Picrorhiza kurroa in pericolo. Inveve di spogliare le montagne delle loro piante selvatiche, potremmo presto essere in grado di coltivare il medicinale di cui abbiamo bisogno in un ambiente controllato, guidati proprio dai microbi che vivono accanto alla pianta da migliaia di anni.