Biofortificazione: refill di minerali nei vegetali grazie ai batteri

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Il cruccio di ogni buon nutrizionista dovrebbe essere l’immancabile discrepanza tra l’ideale prescrizione dietetica e l’effettiva qualità nutrizionale degli alimenti selezionati. Non per difetto di disciplina del proprio cliente, in questo caso, ma per cronica carenza dei dovuti micronutrienti delle matrici alimentari di base: i vegetali e le loro rispettive parti edibili. Tutta colpa dell’impronta lasciata dall’uomo in ogni stanza di questo meraviglioso ecosistema, in cui abitiamo. Suolo, aria ed acqua hanno ormai tutt’altra natura rispetto a quella originaria. E chi sbaglia, paga. E nel tempo, se può, rimedia. La biofortificazione dei vegetali, quindi, si rende indispensabile ed anche piuttosto urgente.

“Delitto e castigo”: biofortificazione come redenzione

Sarà che la crescita umana, nonostante incerti di ogni ordine e grado, tende ancora ad aumentare e chiede cibo. Sarà che la ricerca agronomica non vuole arrestarsi davanti a nulla, anche a costo di deviare leggermente dalle regole botaniche più classiche. Fatto sta che l’impiego di varietà di colture ad alta resa in sistemi intensivi e l’abuso di fertilizzanti chimici, ad accelerare ogni reazione biologica, ha, di fatto, inciso sulla struttura del suolo. Praticamente ovunque, sulla superficie terrestre.

Eppure in letteratura è stato, da anni, ampiamente documentato un nefasto impatto dei fertilizzanti chimici sull’ecologia del suolo: essi distruggono l’equilibrio nutritivo di ogni forma vegetativa che in questo metta radici. Squilibri di concimazione inducono, infatti, gravi danni cronici tanto alla micro- e macro-fauna, quanto all’uomo.

Hidden hunger: la fame nascosta che la buona nutrizione cerca di placare

Negli ultimi decenni, il concetto di hidden hungerfame nascosta” è stato ben documentato in svariati saggi ed approfondimenti editoriali. La bassa biodisponibilità dei micronutrienti (minerali e vitamine) nel suolo non riduce solo le rese agricole ma priva della naturale qualità nutritiva tutte le matrici alimentari vegetali. Questo non può non riflettersi, di conseguenza, in svariate forme di malnutrizione umana. Malnutrizione intesa come incongruo apporto molecolare di minerali e microelementi, punti di quella imbastitura leggera eppure indispensabile a confezionare un habitus fisiologico.

Micronutrienti come ferro e zinco, per esempio, sono elementi fondamentali per tutti gli organismi viventi, vegetali o animali che siano. Mediante una ricalibratura specifica dei livelli di minerali e vitamine si può salvare il singolo individuo che si lasci guidare nella scelte ponderate di alimenti naturali ed integratori efficaci. Ma gli altri? La cronica “fame nascosta” delle masse di popolazione nei paesi ancora in via di sviluppo, come si affronta?

Elementi traccia che fanno la differenza

Nonostante si dicano “elementi traccia” per le esigue quantità in cui figurano nel corpo umano, ferro e zinco sono continuamente coinvolti in reazioni cruciali, per la vita e la salute umana. Ma non solo.

Nominalmente si distinguono minerali, in concentrazioni superiori a 50 mg per kg di peso coporeo (potassio, calcio, magnesio, sodio, cloruri e fosforo) da oligoelementi, o elementi traccia, al di sotto dei 50 mg (cromo, ferro, fluoro, iodio, cobalto, rame, manganese, zinco etc.).

Carenze vegetali

Già Mahender e colleghi avevano, in campo vegetale, appurato, una volta di più, il ruolo degli oligoelementi nel mantenimento dell’integrità delle membrane biologiche, nell’espressione genica e nella regolazione della stessa. Lo zinco, in particolare, è coinvolto nel metabolismo glucidico, nella sintesi proteica ed in quella degli acidi nucleici. Ma non basta. lo zinco è responsabile anche della regolazione dei livelli fito-ormonali, del buon esito della fotosintesi, della produzione e reale fertilità dei semi, nonchè della difesa da stress biotici e abiotici. Il ferro carente nelle colture, invece, deprime la produzione di clorofilla, con conseguente clorosi interveinale (Fig.1). Fino alla completa necrosi fogliare.

Patogenesi di clorosi interveinale per carenza di zinco. La biofortificazione in questo minerale operebbe un buon risanamento.
Figura 1 – Fasi patogenetiche fino a clorosi interveinale su foglie di limone.
Fonte: A and B by David Gumpf, CCPP-G; C by MaryLou Polek; and D by Monique Garnier, INRA, France.

Carenze umane

Lo studio di Sauer, invece, si è occupato di evidenziare gli effetti sull’uomo dei ridotti livelli di zinco, riconoscendoli in stentata crescita neonatale, disfunzioni immunitarie, ipogonadismo ed alterazioni delle funzioni cognitive. La riduzione cronica di ferro è responsabile, notoriamente, di una forma di anemia. Si trascura, però, spesso di argomentare tale diagnosi con dati epidemiologici di popolazione che riguardano ben il 25% della popolazione mondiale (Fig.2). Ancora meno si pone l’accento sull’esito mortale che tale alterazione comporta.

I livelli di ferro e zinco, nell'uomo, a rischio di carenza si gioverebbero dei processi di biofortificazione delle colture.
Figura 2 – Mentre il dosaggio dei livelli ematici di ferro può contare sull’emoglobina come biomarcatore, l’indagine ematica sui livelli di zinco è molto meno diretta ed immediata.

La biofortificazione: un ventaglio di possibilità

La biofortificazione dei vegetali, secondo Singh e Prasanna, è un bouquet di approcci alla carenza minerale, tutti tesi ad aumentare la biodisponibilità dei micronutrienti biologici in grani alimentari. Grano, miglio, riso, mais non dovrebbero essere esclusivamente fonti inerti di soli carboidrati. Le farine raffinate, i grani perlati, però, è questo che sono. In ogni generazione d’uomo, da diversi decenni ormai. I progenitori grezzi di questi cereali e pseudo-cereali, invece, conferivano ai propri consumatori anche una ricca gamma di complementi nutritivi che hanno, da sempre, benedetto la nostra evoluzione e la nostra caparbia sopravvivenza.

Oggi, dopo verifiche e verifiche, sperimentali e sperimentate, si corre ai ripari. Perchè la fame peggiore è quella che non ci tormenta ma scava tunnel silenziosi sotto le nostre linee difensive. Parola d’ordine, dunque, colmare le carenze del suolo, per risarcire il patrimonio minerale dei vegetali. Ed il nostro. Questo può ottenersi, secondo i molti studi accademici, mediante manipolazioni genetiche, pratiche agronomiche. Ma anche grazie ad interventi microbiologici.

Biofortificazione microbiologica

Tra le strategie dispiegate finora, quelle più ampiamente applicate hanno riguardato lo sviluppo di colture biofortificate, geneticamente selezionate, e la supplementazione generosa di fertilizzanti chimici, micro-fogliari o nel suolo. Ma la prospettiva più promettente, secondo molti, muove da un approfondimento delle relazioni botanico-microbiche per conseguire un refill minerale del suolo, che riverberi poi nelle sue tante germogliazioni.

I microrganismi, infatti, sono in grado di incrementare la solubilizzazione di metalli presenti nel suolo sotto forma di complessi insolubili. Favoriscono la loro mobilizzazione e traslocazione in parti specifiche delle piante. L’ultimo studio del gruppo di ricerca guidato da Singh, ha ottenuto riscontri positivi sulla capacità di alcuni batteri di promuovere un bioaccumulo significativo di micronutrienti in colture di cereali, quali riso e grano.

Intanto, agli squilibri del suolo, le piante rispondono da sole

Le alterazioni della quantità di materia organica e fosforo, nel suolo, risulta particolarmente accentuata in terreni di tipo calcareo, acquitrinoso, ricco in torba, arido, alcalino, sabbioso o salino. Questo tipo di squilibri limita la mobilizzazione del ferro. Come chiarito da Mahender e colleghi, il ferro in forma libera nel suolo (Fe2+) è lo stato più solubile del metallo, che può essere assorbito dalle radici di tutti i tipi di piante. Ma esso viene, anche, rapidamente ossidato, trasformandosi nella forma più abbondante e meno solubile (Fe3+).

Per questo, le piante hanno sviluppato meccanismi di acquisizione del ferro, adatte a condizioni di carenza. Piante non graminacee (strategy I plants) adottano una riduzione degli ioni ferrici (Fe3+), trasformandoli in ioni ferrosi (Fe2+). Piante graminacee (strategy II plants), invece, operano chelazione per l’acquisizione di Fe3+. Esse secernono, in particolare, fitosiderofori nella rizosfera, in grado di formare complessi solubili PS-Fe3+, assorbiti poi dalle radici.

Specialisti batterici per biofortificazione

I microrganismi sono noti per avere un ruolo di primo piano nella biofortificazione, in ferro e zinco, dei grani di cereali. Sia i microrganismi endofitici che i rizosferici hanno, dunque, impatti notevoli sull’incremento della biodisponibilità di nutrienti per le piante. Eppure, gli endofitici sono considerati gli specialisti più promettenti per indurre captazione e traslocazione di ferro e zinco. Essi possono, infatti, indirettamente influenzare la regolazione dei trasportatori di metalli.

In particolare, batteri in grado di incrementare il contenuto di zinco del 75%, nei suoli che ne siano in carenza, appartengono a ceppi di Bacillus subtilis (DS-178) ed Arthrobacter sp. (DS-179). Risultati simili sono stati ottenuti con Arthrobacter sulfonivorans (DS-68) ed Enterococcus hirae (DS-163), rispetto alla biodisponibilità di ferro, in grani di frumento.

Endofitici e rizosferici a contendersi il merito

Studi paralleli, condotti da Tariq e colleghi, provano effetti di biofortificazione in zinco su mais e riso, però, anche da parte di microrganismi rizosferici. Sia questi ultimi, quindi, che gli endofitici giocano ruoli chiave nella solubilizzazione dei metalli del suolo e nella loro ridistribuzione all’interno dei diversi distretti vegetali.

Una così provvidenziale capacità di solubilizzazione e traslocazione minerale si esprime attraverso numerose tecniche biochimiche. La produzione di siderofori e chelanti è la più nota. Ma esistono anche la secrezione di acidi organici, di fenoli e relative porzioni riducenti, fitormoni. Tra le possibilità microbiche rientrano, però, anche modificazioni morfologiche radicali e, soprattutto, la riduzione degli acidi fitici e relativi fattori anti-nutrizionali presenti nei grani alimentari.

Biodisponibilità e biofortificazione

Un aspetto biologicamente rilevante per gli specialisti della nutrizione umana è rappresentato dalle strategie presenti e future di biofortificazione microbica, atte ad aumentare la biodisponibilità degli arricchimenti minerali apportati. A dipetto della più fiduciosa tabella di composizione degli alimenti, infatti, i micronutrienti che le matrici alimentari veicolano sono, spesso, scarsamente disponibili per i nostri sistemi enzimatici. Questo rischio pende tanto sui cereali quanto sui legumi. Il colpevole più famoso è l’acido fitico. Esso crea con i metalli (rame, ferro, manganese, zinco) dei complessi che ne riducono l’effettiva biodisponibilità. Per questo rientra a pieno titolo tra gli “anti-nutrienti“.

Già Vaid e colleghi avevano riscontrato che accostando i ceppi Burkholderia sp. S-61 ed Acinetobacter sp. S-63 si giungesse, in piante di riso, ad una riduzione del rapporto tra fitati e zinco.

Interessante, quindi, anche la nuova meta ragginta dall’inoculo dei suddetti ceppi endofitici: nel grano essi riducono la normale concentrazione di acido fitico del 26%. Tale riduzione potrebbe, inoltre, essere correlata all’incremento contestuale di concentrazione di ferro e zinco.

Questioni ancora aperte

Molte altre sperimentazioni saranno necessarie prima che le questioni sollevate dai nuovi risultati siano del tutto chiarite. Non si può ignorare la rilevanza delle interazioni tra microbiota vegetale e microbiota enterico umano: si potrebbe ottimizzare l’assorbimento dei micronutrienti “biofortificati”, prima, e resi biodisponibili, poi. Si dovrà, inoltre, conservare e studiare a fondo il germoplasma nativo dei cereali originari, così da identificare eventuali nuove combinazioni efficaci nell’arricchimento in oligoelementi.

Le conquiste conoscitive future richiederanno, sempre più, generose sinergie tra tecnologie differenti, per riappropriarci di cibi nutrienti. Diversamente nutrienti.

Riferimenti bibliografici

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