Acido shikimico: da precursore di antivirali a marker varietale di vini

No, in questo articolo non parleremo di acidi derivanti dalle scie chimiche che il Nuovo Ordine Mondiale sta spargendo nei cieli del pianeta per minare la nostra salute.

L’acido shikimico non è questo. Nulla di complottistico.

Per quello date un’occhiata qui.

Si tratta di un composto organico presente in molti organismi viventi come intermedio per la sintesi di importanti molecole fondamentali alla vita. L’uomo, che se ci si mette è un animale intelligente, ha poi trovato diversi modi per isolarlo e sfruttarlo nel settore farmaceutico e agroalimentare.

Forse non ne avrete mai sentito parlare prima, ma l’acido shikimico è uno di quei tipi che è sempre rimasto un po’ nell’ombra, poi scopre di avere una qualità eccezionale e… BOOM! Tutto il mondo se ne interessa. Questo BOOM! è avvenuto nell’ottobre del 2005, quando l’epidemia di influenza aviaria da virus H5N1 ha cominciato a diffondersi nel mondo. Lì il ruolo dell’acido shikimico come precursore di un farmaco antivirale ha suscitato l’interesse di tutti, portando i governi a costituirne ingenti scorte.

Oggi si stanno studiando altre interessanti applicazioni.

 

Andamento del volume di ricerca del termine “acido shikimico” su motore di ricerca Google, da inizio 2004 a fine 2011. Il massimo coincide con l’esplosione dell’influenza aviaria del 2005. Fonte

 

L’anice stellato giapponese

Conoscete l’anice stellato giapponese? Intendo l’Illicium anisatum o, come lo chiamano i giapponesi, lo shikimi. Si tratta di una bella pianta, con larghe foglie verdi, petalosi fiori bianchi (Accademia della Crusca approved!) e stupendi frutti a forma di stella a otto punte, ciascuna delle quali contiene un seme.

 

Tavola botanica dell’Illicium anisatum. A differenza dell’anice stellato cinese (Illicium verum), non è commestibile. © Franz Eugen Köhler.

 

Ma tralasciamo un attimo l’aspetto estetico.

Questa pianta è anche fonte naturale dell’acido shikimico, composto isolato per la prima volta nel 1885 dal chimico olandese Johan Fredrik Eykman. [1] L’acido shikimico (per gli amici 3R,4S,5R-triidrossicicloes-1-encarbossilico) è un importante intermedio coinvolto in diversi processi di produzione biochimica, come la sintesi di lignina, degli amminoacidi aromatici fenilalanina, tirosina e triptofano e della maggior parte degli alcaloidi. [2]

 

Formula di struttura dell’acido shikimico. Isolato si presenta come una polvere bianca

 

La via dello shikimato

Fu il biologo statunitense Bernhard Davis, negli anni ’50, a studiare la cosiddetta “via dello shikimato”, ovvero quel percorso metabolico responsabile della biosintesi degli amminoacidi aromatici dal metabolismo dei carboidrati, caratteristico di piante, funghi, alghe, batteri e parassiti. [3]

No, dell’uomo no. Nei secoli ha fatto tanto lo splendido ritenendosi al centro del mondo, pretendendo di vivere su un pianeta al centro dell’Universo, quando poi non riesce a sintetizzare tre amminoacidi in autonomia. E parliamo di amminoacidi essenziali, esclusa la tirosina, che quindi devono essere assunti tramite l’alimentazione.

 

 

I tre amminoacidi aromatici prodotti attraverso la via dello shikimato. Fonte

 

L’acido shikimico nell’industria farmaceutica

Oltre ad essere un intermedio chiave nella produzione di quei composti organici enunciati sopra, l’acido shikimico è anche ben noto alle industrie farmaceutiche come precursore del farmaco antivirale chiamato oseltamivir, un inibitore della neuraminidasi, più comunemente noto con il marchio Tamiflu. È stato utilizzato nella cura e nella prevenzione dell’influenza aviaria. [4]

È anche un composto di partenza per la produzione di acido (6S)-6-fluoroshichimico, un agente antibatterico che agisce sulla via biosintetica aromatica, dimostratosi efficace contro Plasmodium falciparum, agente eziologico della malaria. [5]

Per far fronte agli elevati costi di produzione dell’acido shikimico, che se estratto dall’anice giapponese si ha una resa tra il 3 e il 7%, gli scienziati hanno trovato altre fonti da cui ricavarlo, come i semi di storace americano (Liquidambar styraciflua), gli aghi di pino e batteri E. coli modificati. [6]

 

Il farmaco oseltamivir è stato impiegato durante l’epidemia di influenza aviaria da virus H5N1 del 2005, Fonte

Il glifosato come accumulatore di acido shikimico

Nel settore dell’agricoltura, il glifosato, noto principio attivo dell’erbicida Roundup, agisce proprio interferendo con la via metabolica dello shikimato, nello specifico inibisce l’enzima 5-enolpiruvilshikimato 3-fosfato sintasi (EPSP). [7]

Non potendo produrre gli amminoacidi essenziali di cui hanno bisogno, le piante muoiono. Poiché il percorso dello shikimato esiste sia nelle piante coltivate, sia nelle erbacce, questo è un problema.

Ma ad ogni problema c’è una soluzione: i ricercatori agrochimici hanno sviluppato colture geneticamente modificate, dette “Roundup Ready”, che trasportano una versione dell’enzima EPSP che non può essere bloccata dal glifosato. [8] In altre parole, esse sopravvivono nonostante siano trattate con il diserbante.

Questo migliora le rese delle colture, anche se l’uso più diffuso del glifosato sta portando alla diffusione del gene della resistenza tra le erbe infestanti. [9] L’accumulo di acido shikimico nelle piante in risposta all’inibizione  dell’enzima EPSP da parte del glifosato, può essere misurato per determinare l’entità dell’esposizione delle piante a questo erbicida. [10]

Degno di nota è il fatto che l’uso di tassi ridotti di glifosato possa essere una strategia interessante per accumulare questo acido nello piante ed ottenere una resa maggiore in seguito al processo di estrazione per uso industriale. [11]

Il glifosato esplica la sua funzione erbicida interferendo con la via metabolica dello shikimato nelle piante. Fonte

 

Caro vino, l’acido shikimico sa da dove vieni!

La presenza di acido scikimico nel vino potrebbe essere uno di quei fattori che, secondo studi epidemiologici, comporterebbero una ridotta incidenza di problemi cardiovascolari per chi fa uso moderato di vino bianco. Sono infatti note e dimostrate le sue proprietà antinfiammatorie, [12] come inibitore di aggregazione piastrinica indotta da ADP e collagene [13] e come prevenzione per danni al cervello in seguito a trombosi indotta da ischemia focale. [13]

Oltre alla spiccata attività antinfiammatoria, l’acido shikimico è considerato un marker dell’origine varietale tra le Vitis vinifera (ad esempio permette di discriminare i vini Pinot rispetto a quelli Chardonnay). La quantità di acido shikimico presente nei vini va da pochi milligrammi su litro nel caso del Pinot a 50 mg/L nello Chardonnay e nel Trebbiano Toscano, [14] sebbene alcuni vini abbiano mostrato valori superiori ai 100 mg/L . Un livello massimo accettabile di 20 mg/L è spesso inserito nei capitolati commerciali come parametro di riferimento per il Pinot grigio. [15] Nel sud Italia è stato utilizzato per distinguere l’uva Aglianico, che ha un contenuto medio-alto, da uve Negroamaro, Primitivo e Uva di Troia che hanno livelli piuttosto bassi. [16]

Va ricordato che l’acido shikimico diminuisce notevolmente durante la maturazione delle uve e quindi il suo contenuto nei vini dipende dal periodo della vendemmia. [16]

La soddisfacente capacità di discriminazione varietale dell’acido shikimico può essere favorita dalla concomitante analisi di altri parametri dell’uva e vini, come il rapporto tra antociani acilati (malvina e peonina) e le corrispondenti forme di p-cumarato. [17]

 

L’acido shikimico è sfruttato come marker varietale di diversi vini. Fonte

Fonti

[1] The Botanical Relations of Illicium Religiosum, Sieb., Illicium Anisatum, Lour. J. F. Eykman, American Journal of Pharmacy, 1881, volume 53, Number 8

[2] Bochkov, D.V., Sysolyatin, S.V., Kalashnikov, A.I. et al. Shikimic acid: review of its analytical, isolation, and purification techniques from plant and microbial sources. J Chem Biol 5, 5–17 (2012).

[3] Herrmann, K. (1995). The Shikimate Pathway: Early Steps in the Biosynthesis of Aromatic Compounds. The Plant Cell, 7(7), 907-919.

[4] https://it.wikipedia.org/wiki/Oseltamivir

[5] McConkey GA (1999). “Targeting the Shikimate Pathway in the Malaria Parasite Plasmodium falciparum”. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 43 (1): 175–177.

[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Shikimic_acid

[7] Schönbrunn E, Eschenburg S, Shuttleworth WA, et al. Interaction of the herbicide glyphosate with its target enzyme 5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase in atomic detail. Proc Natl Acad Sci U S A. 2001;98(4):1376-1380.

[8] https://it.wikipedia.org/wiki/Roundup_ready

[9] https://cropwatch.unl.edu/multiple-herbicide-resistant-weeds-and-challenges-ahead

[10] W. Brien Henry, et al. “Shikimate Accumulation in Sunflower, Wheat, and Proso Millet after Glyphosate Application.” Weed Science, vol. 55, no. 1, 2007, pp. 1–5. JSTOR, www.jstor.org/stable/4539523. Accessed 7 Apr. 2021.

[11] Matallo, M.B., Almeida, S.D.B., Franco, D.A.S., Cerdeira, A.L., & Gazzeiro, D.L.P.. (2014). Glyphosate as a tool to produce shikimic acid in plants. Planta Daninha32(3), 601-608.

[12] TThallita Kelly Rabelo, Adriana Gibara Guimarães, Marlange Almeida Oliveira, Juciano Gasparotto, Mairim Russo Serafini, Adriano Antunes de Souza Araújo, Lucindo José Quintans-Júnior, José Cláudio Fonseca Moreira, Daniel Pens Gelain, Shikimic acid inhibits LPS-induced cellular pro-inflammatory cytokines and attenuates mechanical hyperalgesia in mice, International Immunopharmacology, Volume 39, 2016, Pages 97-105, ISSN 1567-5769.

[13] Veach, Daniel & Hosking, Holly & Thompson, Kiara & Santhakumar, Abishek Bommannan. (2016). Anti-platelet and anti-thrombogenic effects of shikimic acid in sedentary population. Food & Function. 7. 10.1039/C6FO00927A.

[14] Versini, G. & Mattivi, Fulvio & Moser, Sergio & Pisoni, A. & Volonterio, G.. (2003). Shikimic acid quantification in experimental mono-varietal white wines produced in Italy. Proc. 7th Int. Symp. of Oenology; 2003/06/19-21. 166-169.

[15] https://www.infowine.com/Mappatura triennale dell’acido shikimico nei vini bianchi prodotti in abruzzo

[16] Savino, Michele & Tamborra, Pasquale & Bolettieri, Dina & Latorraca, Michele & Tamborra, Michele & Paradiso, Fiorella. (2014). The shikimic acid: An important metabolite for Aglianico del Vulture wines. Italian Journal of Agronomy. 9. 10.4081/ija.2014.615.

[17] Roman, T.; Nicolini, G.; Barp, L.; Malacarne, M.; Tait, F.; Larcher, R. (2018). Shikimic acid concentration in white wines produced with different processing protocols from fungus-resistant grapes growing in the Alps. VITIS, 57: 41-46.

Angelo Ermelindo

Da bambino volevo fare il paleontologo. Da adolescente il fisioterapista. Oggi mi ritrovo con una laurea magistrale in Scienze Chimiche, ma non chiedetemi come abbia maturato questa scelta. Fatto sta che ora lavoro come analista chimico. E anche se non sono diventato un paleontologo, la curiosità del bambino per indagare sulle origini di tutte le cose non mi ha mai abbandonato. Nel tempo libero pratico arti marziali (e vado dal fisioterapista).

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