Biotecnologie per gli alimenti funzionali: piante, salute e innovazione

DOI 10.12910/EAI2025-063

di Barbara Benassi, Maria Pierdomenico, Gianfranco Diretto, Sarah Frusciante, Maria Sulli – Dipartimento Sostenibilità, circolarità e adattamento al cambiamento climatico dei Sistemi Produttivi e Territoriali, Divisione BioTecnologie - ENEA

Dai nutrienti ai benefici mirati: l’ascesa degli alimenti funzionali, sempre più al centro dell’attenzione per il loro ruolo nella prevenzione delle malattie croniche e nel migliorare la qualità della vita.

Negli ultimi decenni è cresciuto l’interesse verso gli alimenti funzionali, cioè quei prodotti che, oltre a fornire nutrienti essenziali, apportano benefici specifici alla salute, contribuendo alla prevenzione di malattie cronico-degenerative e al miglioramento della qualità della vita. Questi effetti sono dovuti ai composti bioattivi (probiotici, prebiotici, antiossidanti, acidi grassi polinsaturi, peptidi bioattivi, fitocomposti), presenti naturalmente o aggiunti agli alimenti. Le diete ricche di tali composti, come la dieta mediterranea, sono associate a una minore incidenza di malattie cardiovascolari, metaboliche, neurodegenerative e tumorali. Dal 2020 la ricerca ha compiuto notevoli progressi nell’identificazione dei bioattivi, nella comprensione dei loro effetti e nello sviluppo di tecnologie per integrarli nei cibi [1].  Le biotecnologie svolgono un ruolo centrale, consentendo di produrre e valorizzare molecole con un approccio orientato alla nutrizione personalizzata, che tenga conto di sesso, età e profilo genetico. Tra i settori più dinamici vi sono le biotecnologie vegetali, che permettono di ottimizzare la biosintesi e l’accumulo di composti bioattivi in specie di interesse alimentare, insieme a tecniche di estrazione sostenibile che riducono l’uso di solventi e valorizzano sottoprodotti agroalimentari – bucce, vinacce, semi – in un’ottica di economia circolare e sostenibilità (Fig1).

Green – intervento su specie vegetali

Le biotecnologie Green rappresentano oggi uno degli strumenti più efficaci per migliorare il valore nutrizionale e funzionale degli alimenti, intervenendo direttamente sugli individui vegetali. Tale obiettivo può essere realizzato attraverso l’uso di approcci omici con (i) studio della naturale biodiversità con successiva selezione delle linee a più alto contenuto di molecole di interesse; (ii) il miglioramento genetico tradizionale, con l’identificazione di caratteri genetici associati all’accumulo dei metaboliti benefici per la salute, con successiva introgressione in varietà commerciali; e, infine, (iii) con l’ingegneria metabolica e le nuove tecniche di miglioramento genetico avanzato, come l’editing mirato con CRISPR/Cas, attraverso le quali è possibile potenziare o rimodulare le vie biosintetiche che portano alla formazione di composti bioattivi – come carotenoidi, polifenoli, terpenoidi, fitosteroli – responsabili delle proprietà antiossidanti, antinfiammatorie e protettive di molti alimenti [1-4]. Queste strategie consentono di ottenere varietà vegetali e linee cellulari con un contenuto elevato e più stabile di molecole salutistiche, trasformando le piante in vere e proprie biofabbriche naturali di composti funzionali. Un esempio emblematico è offerto dalla varietà “Tomaffron”, un pomodoro ingegnerizzato per accumulare apocarotenoidi dello zafferano come crocine e picrocrocine, dimostrando come l’ingegneria metabolica possa trasformare una pianta alimentare tradizionale in una vera biofabbrica di molecole salutistiche [5-7].

Parallelamente, lo sviluppo di tecniche di metabolomica avanzata permette di analizzare in modo integrato il profilo chimico delle piante e di correlare la presenza dei diversi metaboliti con le loro funzioni biologiche, fornendo informazioni preziose per orientare interventi mirati e sostenibili (Fig.2) [8-10]. Un ambito di crescente interesse riguarda inoltre la valorizzazione dei sottoprodotti agroalimentari – come vinacce, bucce di agrumi, residui di caffè o sottoprodotti del pomodoro – che, grazie a processi di estrazione verde e tecnologie ecocompatibili, diventano nuove fonti di antiossidanti naturali e ingredienti ad elevato valore aggiunto [11-13].

Le ricerche condotte in ENEA si inseriscono in questo contesto, con l’obiettivo di promuovere modelli produttivi circolari e tracciabili che integrano innovazione biotecnologica, sostenibilità e qualità nutrizionale. In questa prospettiva, la valorizzazione del mondo vegetale non solo contribuisce alla tutela della salute e al benessere delle persone, ma rappresenta anche una leva concreta per la transizione ecologica, in linea con l’approccio One Health che riconosce il legame tra salute umana, ambientale e alimentare.

Red – validazione alimento funzionale

La validazione di un alimento funzionale destinato ad applicazioni nel campo della salute umana, in termini sia di prevenzione di malattie cronico-degenerative che di promozione del concetto di “healthy aging”, richiede un approccio multidisciplinare e articolato in più fasi di ricerca, volte a garantire efficacia biologica e sicurezza. In una prima fase, gli studi in silico (biotecnologie computazionali) offrono una valutazione preliminare delle potenzialità funzionali dell’alimento, grazie ad approcci integrati di docking e dinamica molecolare che simulano l’interazione e la stabilità di legame tra i composti bioattivi (come polifenoli, flavonoidi o acidi grassi) e i possibili bersagli biologici dell’organismo umano. Un esempio è lo studio sullo zafferano (Crocus sativus L.), in cui è stata analizzata l’interazione dei suoi composti con enzimi epigenetici legati a processi antiossidanti e antinfiammatori [2]. Questo tipo di analisi consente di orientare le fasi successive della ricerca, individuando i composti più promettenti e i meccanismi molecolari da approfondire, riducendo sensibilmente i costi e i tempi della sperimentazione. La fase successiva, condotta in modelli biotecnologici avanzati in vitro o ex-vivo, come colture cellulari 2D e 3D, co-culture e cellule biostampate, o tessuti espiantati, consente di studiare l’attività biologica di un alimento funzionale o dei suoi composti bioattivi in condizioni controllate. Ne sono un esempio i modelli sperimentali di cellule intestinali, impiegate per valutare l’assorbimento e la biodisponibilità degli estratti, o di cellule epatiche, che consentono di indagare i processi di biotrasformazione di fase I e II e di comprendere le vie molecolari attraverso cui gli alimenti funzionali possono modulare l’attività enzimatica, lo stato redox cellulare e la risposta infiammatoria. Tali approcci consentono, inoltre, di valutare la sicurezza e l’efficacia di specifici composti a livello epatico, fornendo informazioni cruciali per la definizione del loro potenziale nutrigenomico. In questo contesto, in ENEA è stato dimostrato come un estratto di nocciola (Corylus avellana L) o di bergamotto (Citrus bergamia, C. bergamia) siano in grado di stimolare il metabolismo lipidico epatico contribuendo alla riduzione del colesterolo [3-6]. Altri estratti, come quelli di melograno (Punica granatum L) e fico d’india (Opuntia ficus indica), sono stati oggetto di recenti studi ENEA volti a valutarne il potenziale antiinfiammatorio ed epatoprotettivo, grazie alla capacità di inibire l’espressione genica di citochine infiammatorie e di regolare geni legati a infiammazione e stress ossidativo [7,8]. Infine, la sperimentazione in vivo, condotta sia su modelli animali da laboratorio sia nell’ambito di protocolli clinici, consente di valutare gli effetti sistemici degli alimenti funzionali su parametri fisiologici (profilo lipidico, glucosio, infiammazione, stress ossidativo, capacità cognitive) [9]. Gli studi clinici sull’uomo sono fondamentali per confermare sicurezza, efficacia e impatto a lungo termine sull’equilibrio metabolico e sullo stato di salute.

Conclusioni

L’integrazione tra biotecnologie green e red consente di sviluppare alimenti funzionali più efficaci, sicuri e sostenibili. Le piante diventano non solo fonti di nutrienti e composti benefici, ma anche piattaforme biotecnologiche per produrre molecole con specifiche funzioni salutistiche. Le biotecnologie red, invece, permettono di verificare scientificamente gli effetti di questi composti sull’organismo umano, tramite modelli cellulari, studi computazionali e clinici. La sinergia tra questi due settori favorisce la creazione di nuovi prodotti e strategie per prevenire malattie croniche e promuovere il benessere, in un’ottica di alimentazione personalizzata, etica e sostenibile. In questo contesto, l’ENEA svolge un ruolo chiave nel promuovere la collaborazione tra biotecnologia, nutrizione e salute pubblica, seguendo l’approccio One Health, che riconosce il legame tra la salute di uomo, piante e ambiente.

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3. Diretto, G., Frusciante, S., Fabbri, C., Schauer, N., Busta, L., Wang, Z., Matas, A.J., et al. (2020). Manipulation of β-carotene levels in tomato fruits results in increased ABA content and extended shelf life. Plant Biotechnology Journal, 18(5), 1185–1199.
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22. Fekete, M., Lehoczki, A., Kryczyk-Poprawa, A., Zábó, V., Varga, J.T., Bálint, M., Fazekas-Pongor, V., Csípő, T., Rząsa-Duran, E., Varga, P. (2025). Functional Foods in Modern Nutrition Science: Mechanisms, Evidence, and Public Health Implications. Nutrients, 17(13), 2153.

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