La ricerca sulle colture cellulari vegetali, note nel mondo scientifico come plant cell culture, rappresenta una delle soluzioni più innovative e futuristiche alternative all’agricoltura convenzionale, nel segno della sostenibilità. L’idea di fondo è semplice quanto rivoluzionaria: per ottenere un nutriente specifico non è necessaria un’intera pianta. La tecnica sulla quale si basano prevede la coltivazione di cellule vegetali in condizioni sterili e controllate, per ottenere una varietà di prodotti di pregio, per l’agro-alimentare e non solo. Ma cosa si può realizzare e quali sono le potenzialità di questa metodologia? Dopo aver approfondito le caratteristiche del vertical farming, cercheremo di saperne di più considerando le ricerche e le applicazioni in questo campo.
Plant cell culture: un approccio rivoluzionario nel panorama agri-tech
La coltura cellulare vegetale permette di far crescere cellule, tessuti o organi vegetali in condizioni di laboratorio controllate, senza dover piantare semi nel suolo. Questa tecnica si basa sulla capacità delle cellule vegetali di crescere e differenziarsi in nuove piante, anche a partire da piccole sezioni, ed è sfruttata da decenni in settori come la farmaceutica e la cosmetica. La sua applicazione in ambito alimentare, però, è più recente e sta emergendo come una nuova frontiera sostenibile nella ricerca di materie prime importanti per la produzione. A differenza dell’agricoltura tradizionale, la plant cell culture si concentra sulla riproduzione di singole cellule o tessuti vegetali, pertanto non necessita di sole, terreno, acqua e fertilizzante, ma si utilizzano bioreattori e materie prime, come lo zucchero, per replicare le condizioni di crescita ideali per composti mirati.
Pur avendo fatto registrare un notevole progresso negli ultimi anni, la coltura cellulare risale all’Ottocento, quando il medico e fisiologo tedesco Theodor Schwann per primo applicò l’idea di far crescere le cellule al di fuori del loro corpo ospite. Dopo anni di sperimentazioni, questa tecnica si sviluppò e nel 1898 il botanico tedesco Gottlieb Haberlandt iniziò a impiegare metodi in vitro per sviluppare tessuti vegetali.
Cosa si può fare con la coltura cellulare vegetale
Con la plant cell culture si possono ottenere diverse sostanze naturali di alto valore alla base di molti prodotti, dai farmaci agli aromi alimentari. Concentrandoci sul food, ecco cosa si può ricavare.
- Resveratrolo, antiossidante che si trova nell’uva e nel vino rosso, usato in integratori e cosmetici per i suoi benefici anti-invecchiamento.
- Quercetina e kaempferolo, flavonoidi con proprietà antinfiammatorie e antiossidanti, presenti in cipolle, mele e tè verde.
- Antociani, pigmenti naturali che danno colore a molte piante, usati come coloranti alimentari naturali e integratori.
- Steviosidi, dolcificanti naturali estratti da Stevia rebaudiana, utili come sostituti dello zucchero senza calorie.
- Mentolo, utilizzato per le sue proprietà rinfrescanti in prodotti farmaceutici e cosmetici.
- Carotenoidi (beta-carotene, licopene), pigmenti con proprietà antiossidanti, utili come integratori alimentari e coloranti naturali.
- Fitosteroli, composti che riducono il colesterolo, aggiunti a molti alimenti funzionali e integratori.
- Ginsenosidi, composti attivi del ginseng, usati per le loro proprietà tonificanti e anti-fatica.
- Olio di lavanda e olio di rosmarino, usati in aromaterapia e cosmetica per le loro proprietà calmanti e antibatteriche.
- Estragolo e eugenolo, presenti in basilico e chiodi di garofano, che hanno proprietà antimicrobiche e si usano in profumi e aromi alimentari.
- Proteine e composti bioattivi, come papaina (dalla papaya) e bromelina (dall’ananas), usate in cosmetica, alimentazione e medicina per le loro proprietà digestive e antinfiammatorie.
Coltura cellulare vegetale: caratteristiche e specificità
La plant cell culture si distingue da altre tecnologie assimilabili, almeno sul piano linguistico.
L’agricoltura molecolare, ad esempio, utilizza piante geneticamente modificate per produrre composti specifici. Gli ingredienti target vengono coltivati all’interno di piante vettore, come la soia. Questo metodo richiede comunque che le piante vengano coltivate e raccolte, con metodi convenzionali o di tipo idroponico.
L’agricoltura cellulare, pur essendo simile alla coltura cellulare, si distingue per utilizzare microbi, come il lievito, che vengono alterati per produrre proteine diverse come la caseina o il siero del latte, entrambi presenti nei latticini. Questa tecnica può anche sfruttare input vivi, come i campioni di cellule da un animale vivo, utilizzando un tampone non invasivo che viene poi replicato in un bioreattore tramite un mezzo di coltura.
La coltura di cellule vegetali, invece, sfrutta le capacità biosintetiche innate delle cellule vegetali, promuovendone la crescita in un ambiente contenuto, con questi vantaggi.
- Genera composti bioattivi di alto valore, come vitamine, antiossidanti o prodotti farmaceutici, senza la necessità di terreni o complesse infrastrutture agricole.
- Sfrutta meglio le risorse, con un’efficienza notevole che può aumentare sulla larga scala e ha un impatto ecologico inferiore rispetto all’agricoltura convenzionale, riducendo il consumo di acqua ed energia. Inoltre, è possibile coltivare qualsiasi ingrediente vicino al mercato di interesse, riducendo ulteriormente costi e impatto ecologico. Come abbiamo visto nei nostri approfondimenti, l’agricoltura ha un grande peso in termini di emissioni e contributo alla crisi climatica, anche per questo l’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura (Fao) guarda con interesse a questo metodo.
- Offre qualità e forniture costanti, aspetto chiave soprattutto in un contesto ambientale sempre più vulnerabile agli eventi meteorologici estremi, come siccità, incendi e inondazioni, ma anche al rischio di esposizione a patogeni e pesticidi.
Nei prossimi anni un boom delle rese?
Oltre a questa breve panoramica sui vantaggi, ciò che fa prevedere un futuro di primo piano per la plant cell culture è la sua rapida evoluzione in termini di rese più elevate. Gli esperti del settore, come conferma la review delle ricerche scientifiche su ScienceDirect, affermano di poter creare ingredienti vegetali bioattivi molto più rapidamente rispetto all’agricoltura convenzionale. Le colture di tessuti vegetali, infatti, per essere completate richiedono alcune settimane, a fronte dei mesi necessari se si seguono le fasi produttive dell’agricoltura convenzionale.
Plant cell culture: applicazioni, investimenti e mercato
Oltre alla dedizione e agli investimenti di aziende e startup specializzate in questo settore, la coltura vegetale in vitro sta richiamando anche l’attenzione anche dei grandi capitali. Secondo Nate Crosser, direttore della società di venture capital Blue Horizon, che ha investito nella startup California Cultured, questo settore “potrebbe superare quello della carne coltivata nel giro di cinque anni. Per la maggior parte dei prodotti di riferimento i volumi da produrre sono molto più bassi e il valore è molto superiore, ecco perché si tratta di un’enorme opportunità, anche sul piano economico”.
Del resto, la plant cell culture negli ultimi anni ha registrato una rapida crescita e il caso di Chi Botanic dà un’idea sui risultati che si possono raggiungere. Questa azienda ha iniziato a lavorare con la coltura cellulare vegetale come mezzo per sostituire i metodi di coltivazione agricola convenzionali, in particolare per ottenere vaniglia, un ingrediente pregiato alla base di tanti prodotti. In natura, questa pianta è minacciata dai cambiamenti del suolo e delle temperature, causati dal riscaldamento globale, un motivo in più che rende vantaggioso questo metodo innovativo. Nel 2023 l’azienda ha beneficiato anche di un finanziamento di 175.000 dollari dal Dipartimento dell’agricoltura degli Stati Uniti d’America (USDA) per sviluppare il suo progetto di ricerca e commercializzazione della vaniglia coltivata in vitro.
Sono molti gli esempi di questo tipo, e la plant cell culture sembra promettere molto anche nel settore dell’integrazione alimentare, che richiede grandi quantità di bioattivi tracciabili e sostenibili.
Nonostante il potenziale che abbiamo cercato di presentare, questa tecnologia deve affrontare diverse sfide, a partire dalla produzione su larga scala, i costi ancora elevati e la necessità di personale altamente qualificato. In ogni caso, la possibilità di produrre composti di alto valore in modo relativamente economico e sostenibile potrebbe trasformare significativamente settori come quello farmaceutico, cosmetico e della produzione alimentare. Stanno emergendo anche partnership tra diverse realtà, che operano in questi differenti ambiti di applicazione.
Come abbiamo visto, di fronte alle sfide ambientali la plant cell culture offre un’opportunità in più nel panorama agri-tech. Sebbene la produzione su larga scala ponga delle sfide, le innovazioni in corso, le partnership avviate, il crescente interesse e gli investimenti in questo campo lasciano prevedere ulteriori significativi sviluppi.
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