Pigmenti antiossidanti di origine vegetale - Enea
Pigmenti antiossidanti di origine vegetale - Enea
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<strong>Pigmenti</strong> <strong>antiossidanti</strong><br />
<strong>di</strong> <strong>origine</strong> <strong>vegetale</strong><br />
Dai prodotti naturali<br />
all’ingegneria genetica per fini nutrizionali<br />
Carlo Rosati - ENEA C.R. Trisaia
Valore commerciale importazioni <strong>di</strong> coloranti naturali<br />
(1998)<br />
UE: >70M US$<br />
USA: >40M US$<br />
<strong>Pigmenti</strong>: tannini (cortecce, ra<strong>di</strong>ci)<br />
} antociani, flavoni, auroni flavonoi<strong>di</strong><br />
licopene, caroteni xantofille}<br />
carotenoi<strong>di</strong><br />
in<strong>di</strong>go (In<strong>di</strong>gofera spp.)<br />
naftochinoni (Henna tree, noce)<br />
antrachinoni (Lac tree, cocciniglia, Rubia spp.)<br />
benzofironi (logwood)<br />
betalaine (Caryophyllales, Amanita,...)<br />
clorofilla
I principali pigmenti <strong>di</strong> <strong>origine</strong> <strong>vegetale</strong><br />
- Flavonoi<strong>di</strong>: antociani, flavoni, tannini<br />
- Carotenoi<strong>di</strong><br />
- Betalaine (Caryophyllales, Amanita)<br />
- Clorofilla<br />
Foglie senescenti Fiori<br />
UV<br />
epidermide<br />
mesofillo<br />
epidermide
Caroteno<strong>di</strong> e Flavonoi<strong>di</strong> hanno<br />
vie biosintetiche INDIPENDENTI<br />
Carotenoi<strong>di</strong> Flavonoi<strong>di</strong> .<br />
Metabolismo primario secondario<br />
Funzioni Fotosintesi, foto-quenching protez. stress (UV, patogeni, insetti)<br />
Attrazione, simbiosi, etc. Attrazione, Fertilità, simbiosi, etc.<br />
Luogo <strong>di</strong> Sintesi Plasti<strong>di</strong> (citoplasma) Citoplasma<br />
Accumulo in: cloroplasto (foglie)<br />
cromoplasto (pomodoro, carota, ...)<br />
vacuolo (croco)<br />
vacuolo
Flavonoi<strong>di</strong> e Carotenoi<strong>di</strong> hanno<br />
proprietà ANTI OSSIDANTI<br />
•“Scavenging” <strong>di</strong> ra<strong>di</strong>cali liberi (fumo, smog, alcool,...)<br />
R . , ROX + anti-ox. Forma “inattiva”<br />
•Anti-ossidazione lipi<strong>di</strong> (protezione membrane cellulari)<br />
•Anti-U.V./invecchiamento (creme solari, cosmetici)<br />
•Paradosso francese (resveratrolo, antociani, tannini)<br />
•Pro-vitamina A, sinergia con vitamine ACE
I Flavonoi<strong>di</strong><br />
Winkel-Shirley, 2001<br />
Farzad et al., 2003<br />
Cocciolone et al., 2002<br />
Jaakola et al., 2001
I Flavonoi<strong>di</strong><br />
Jaakola et al., 2001<br />
Esempi<br />
Mirtillo, Ribes, Uva, …<br />
Melo, Pero, Ciliegio,<br />
Rosa, ...<br />
Lampone, Fragola, ...
Flavonoi<strong>di</strong>: ingegneria genetica<br />
•Creazione varietale: colore fiori (1987), foglie, …<br />
•Resistenza a patogeni<br />
•Digeribilità foraggi (anti-meteorismo)<br />
•Produzione pigmenti (in planta e in vitro)<br />
FUTURO-PRESENTE:<br />
•Salute=Prevenzione (vs colesterolo, tumori, infarto)<br />
•Fitoestrogeni (vs menopausa, osteoporosi)<br />
The Holy Grails...<br />
•Rosa blu (Florigene; già Calgene Pacific, est. 1986)<br />
•Simbiosi batteri N 2fix in piante non-Leguminose
I Flavonoi<strong>di</strong> e le Biotecnologie<br />
Winkel-Shirley, 2001<br />
Rosati et al., 2003<br />
Ray et al., 2003<br />
35S::Lc<br />
Zuker et al., 2002<br />
Shimada et al., 1999
La biosintesi dei Carotenoi<strong>di</strong><br />
Cunningham & Gantt, 1998
I Carotenoi<strong>di</strong><br />
nelle piante<br />
Bixa orellana<br />
Bouvier et al., 2003<br />
alghe, batteri<br />
crostacei<br />
pesci, uccelli<br />
Isoprenoi<strong>di</strong><br />
Giuliano et al., 2000<br />
melone,<br />
pesca,<br />
albicocca...<br />
Croco<br />
Bouvier et al., 2003
Il bu$ine$$ dei Carotenoi<strong>di</strong>...
… e delle vitamine
6-15x Vit.E Cahoon et al., 2003<br />
Carotenoi<strong>di</strong> e<br />
Biotech vegetali<br />
Mercato mon<strong>di</strong>ale:<br />
>500 M US$ (Albrecht et al., 2000)<br />
Annatto?<br />
0,6-2 US$/kg<br />
10.000 t = 6-20 M US$<br />
Crocetina & co.?<br />
(1000 ¤/kg)<br />
Capacità antiossidante<br />
10x β-carotene<br />
100-500x vit.E<br />
Mann et al., 2000<br />
Isoprenoi<strong>di</strong><br />
(crtB)<br />
Astaxanthina? (Patents pen<strong>di</strong>ng)<br />
(2-5000 US$/kg, 15% costo produzione salmone)<br />
Golden canola<br />
Shewmaker et al., 1999<br />
300x<br />
Golden rice<br />
Ye et al., 2000<br />
300g = 10% RDA<br />
Golden tomato<br />
Romer et al., 2000<br />
Rosati et al., 2000<br />
7x, 120g = 100% RDA<br />
pNapin+<br />
TP<br />
Vari<br />
p+geni<br />
Pds+crt<br />
Pds +<br />
plant
Fonti primarie <strong>di</strong> carotenoi<strong>di</strong><br />
importanti dal punto <strong>di</strong> vista nutrizionale<br />
HO<br />
lycopene<br />
β-carotene<br />
zeaxanthin<br />
OH
µg/gm fresh weight<br />
100<br />
0<br />
Ingegneria nutrizionale della pro-vit.A in pomodoro:<br />
sovra-espressione o sotto-espressione della lyβcy<br />
B) sovra-espressione<br />
Pds β-Lcy Nos<br />
A) Fenotipo originale<br />
C) Antisenso<br />
Pds β-Lcy Nos<br />
200 Lycopene β-carotene Xanthophylls<br />
Overexpressors<br />
Parental<br />
Antisense<br />
Fino a 500 µg beta-carotene / g DW (>300 volte rispetto al Golden Rice)<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
β-LCY<br />
O<br />
C<br />
O<br />
OH<br />
ZEP VDE<br />
ZEP<br />
CHY<br />
VDE<br />
B/NXS<br />
B/NXS<br />
O<br />
Licopene<br />
β-carotene<br />
OH<br />
Zeaxantina<br />
OH<br />
OH<br />
Anteraxantina<br />
Violaxantina<br />
OH<br />
Neoxantina
Ingegneria genetica del contenuto <strong>di</strong> xantofille nel pomodoro:<br />
espressione della lyβcy e della β-chy<br />
Pds β-Lcy Nos<br />
Pds<br />
+<br />
β-Chy Nos<br />
in<br />
Moneymaker<br />
Pds β-Chy Nos<br />
in<br />
B (IL)<br />
HO<br />
MM<br />
β-Lcy<br />
β-Chy<br />
β-Chy<br />
MM(B+C) B(C)<br />
Lycopene<br />
β-carotene<br />
β-cryptoxanthin<br />
B<br />
OH<br />
OH<br />
Zeaxanthin<br />
Lyco<br />
Beta<br />
Zea+Cr<br />
Lut
Pds β-Chy Nos<br />
in<br />
Moneymaker<br />
Effetti-paradosso dell’ingegneria genetica:<br />
il β-carotene che non ti aspetti...<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
450<br />
400<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
500<br />
0<br />
0<br />
2_20 3_3 42-37<br />
T0<br />
3/3 (3) 42/37 T0 42/37 T1<br />
(1)<br />
Grafico1<br />
42-37<br />
T1-1<br />
Line<br />
42-37<br />
T1-2<br />
42-37<br />
T1-3<br />
Contenuto in carotenoi<strong>di</strong><br />
42/37 T1<br />
(2)<br />
42/37 T1<br />
(3)<br />
Consistenza del frutto<br />
MM 1 MM 2<br />
MM<br />
tot Xantho<br />
b-Carotene<br />
Lycopene<br />
SE<br />
AVG
Regolazione genica<br />
Conclusioni<br />
Uso promotori tessuto/organello specifici per ingegneria “mirata”<br />
Ingegneria metabolica per fini nutrizionali<br />
Risultati importanti, già sfruttabili per la produzione e nel bree<strong>di</strong>ng<br />
Nella maggior parte dei casi, si ottiene il risultato atteso…ma a volte… ????<br />
In attesa dei “Golden Crops”, sfruttare le risorse naturali:<br />
MANGIATE FRUTTA E VERDURA<br />
E BEVETE VINO ROSSO!!!
Collaborazioni<br />
•G. Giuliano, G. Diretto, L. Giliberto (ENEA Casaccia)<br />
•R. Tavazza (ENEA Casaccia)<br />
•G. Perrotta (ENEA Trisaia)<br />
•B. Camara (CNRS Strasbourg, Francia)<br />
•S. Martens (Univ. Marburg, Germania)<br />
•D. Treutter (Univ. Monaco, Germania)
ENEA<br />
Carlo Rosati<br />
Patrizia Pallara<br />
Raffaela Tavazza<br />
Leonardo Giliberto<br />
Gaetano Perrotta<br />
Gianfranco Diretto<br />
CNRS Strasbourg<br />
Florence Bouvier<br />
Bilal Camara<br />
Univ Freiburg<br />
Johannes von Lintig<br />
Ralf Welsch<br />
Peter Beyer<br />
Univ. Halle<br />
Thomas Fester<br />
Dieter Strack<br />
Acknowledgments<br />
Fun<strong>di</strong>ng:<br />
European Commission<br />
Italian Ministry of Research<br />
Italian Ministry of Agriculture<br />
Postdoctoral positions available<br />
Contact: giuliano@casaccia.enea.it
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