Acque di frantoio, i polifenoli mostrano un’azione protettiva sul DNA

Uno studio dell’Università di Perugia evidenzia l’attività antigenotossica degli estratti polifenolici delle acque di frantoio, aprendo nuove prospettive nutraceutiche.

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16 ore fa

Alessandro Vujovic

Per lungo tempo le acque reflue dei frantoi oleari, formate dalle acque di lavaggio delle olive, dalle acque di processo (di diluizione delle paste) e dalle acque di vegetazione, quest’ultime provenienti dai succhi delle drupe (acronimo OMWW– da Olive Mill Wastewater), sono state considerate uno “scarto della lavorazione”, a seguito dell’estrazione dell’olio e soprattutto un grosso problema per lo smaltimento come residui speciali.

Inoltre le acque di vegetazione per molto tempo sono state considerate un refluo fra i più inquinanti a causa dell’elevato carico organico, infatti sono caratterizzate da valori di COD (domanda chimica di ossigeno, con valori da 60.000 a 180.000 mg/L) e BOD5 (domanda biologica di ossigeno a 5 giorni, valori compresi da 35.000 a 140.000 mg/L), assolutamente molto elevati. Per avere un confronto, ricordo che l’impatto ambientale di 1 m³ di acqua di vegetazione ha un carico inquinante equivalente a circa 100-200 m³ di acque reflue urbane, corrispondenti al prodotto equivalente di circa 100.000 abitanti.

Inoltre, sono caratterizzate da una bassa biodegradabilità (lo dice il rapporto BOD5/COD di circa 0,25-0,30) a causa di una elevata concentrazione di composti fenolici, di cui è nota l’azione antimicrobica in grado di rallentare i processi di biodegradazione dei reflui.

Inoltre la dispersione sul terreno ha dei limiti per l’attività fitotossica / antimicrobica dei biofenoli. Questa attività si evidenzia attraverso l’inibizione della germinazione dei semi, il blocco della crescita delle radici e l’alterazione della flora microbica del suolo nonché modifiche dell’acidità del suolo, della salinità, dell’immobilizzazione dell’azoto, della perdita di nutrienti e sulle concentrazioni di acidi organici e lipidi (1).

In seguito lo spargimento delle OMWW sul suolo agricolo, oltre che rappresentare un esempio di economia circolare, con il ritorno sul terreno di una parte di quanto il terreno stesso ha prodotto, apporta il vantaggio economico di una riduzione dei fertilizzanti chimici, e di una agricoltura sostenibile in quanto il terreno trattato con i reflui acquisisce caratteristiche chimiche e microbiologiche di gran lunga migliori rispetto a quelle del suolo che ha ricevuto solo fertilizzanti chimici di sintesi. Inoltre, i composti fenolici, dispersi nel terreno, migliorerebbero il suolo in quanto sono i precursori degli acidi umici, utili per migliorarne la fertilità (i frammenti fenolici si legherebbero ai peptidi e agli amminoacidi tramite reazioni di condensazione, formando complesse molecole di acidi umici e fulvici).

Questi reflui di frantoio, poi nel corso degli anni, soprattutto a seguito del diffondersi del principio della sostenibilità ambientale – si è assistito ad un’evoluzione anche normativa – non sono stati più visti come residui di produzione, bensì come sottoprodotti da cui trarne qualche beneficio (D 264 13/10/2016).

Oggi, grazie ai risultati di apposite ricerche sperimentali e, nell’ottica di una economia circolare, sostenibile, potrebbero essere considerate una risorsa e persino una materia prima.

Si stima che i volumi di OMWW siano abbastanza consistenti e che, solo i paesi del Mediterraneo, accumulino ogni anno più di 30 milioni di m³ di acque reflue dalla lavorazione delle olive (2).

Per minimizzare il loro impatto ambientale sono stati sperimentati vari approcci basati sulla chimica verde per trattare e valorizzare questo sottoprodotto. Queste tecniche si concentrano sul recupero e sulla valorizzazione dei biofenoli che possono essere utilizzati come ingredienti per l’industria alimentare, cosmetica e farmaceutica (3).

I composti bioattivi presenti nelle OMWW sono promettenti per lo sviluppo di nuovi farmaci e trattamenti, grazie alle loro proprietà antiossidanti, antimicrobiche ed antinfiammatorie.

I ricercatori dell’Università di Perugia, (4) per approfondire la conoscenza degli effetti biologici delle OMWW, e con l’obiettivo di sviluppare un integratore alimentare, hanno effettuato una caratterizzazione chimica dell’estratto ed una valutazione in vitro della sua genotossicità / antigenotossicità su cellule HepaRG.

Gli estratti di polifenoli analizzati sono stati ottenuti dalle acque reflue del frantoio, fornite da Stymon Natural Products PC, Patrasso, Grecia in particolare da olivi della cultivar Koroneiki. Inoltre i composti fenolici presenti nelle OMWW, sono risultati almeno una trentina di molecole diverse e presentano una elevata concentrazione da 0,5 a 25 g/L.

Le colture cellulari utilizzate nei test, sono le HepaRG (RG dalle iniziali dei Dott. Philippe Gripon e Sylvie Rumin), una linea cellulare epatica umana bipotente, derivata da un epatocarcinoma, impiegate come modello in vitro per studiare il metabolismo dei farmaci e la tossicità epatica. In origine sono derivate da un tumore epatico di una paziente con epatite C cronica ed hanno la capacità di differenziarsi in due tipi cellulari, cioè cellule simili agli epatociti e cellule simili ai dotti biliari. Quindi il modello HepaRG è considerato un surrogato degli epatociti umanii, che rappresentano il modello più appropriato per riprodurre la funzionalità del fegato umano, in quanto esprimono il 99% degli stessi geni e inoltre sono molto utili per valutare i farmaci e condurre studi sul loro metabolismo, in quanto esprimono e svolgono la funzione di numerosi enzimi detossificanti prodotti dal fegato (5).

Gli studi di genotossicità riguardano la capacità di agenti chimici, fisici o biologici (in questo caso il refluo OMWW) di danneggiare il materiale genetico, alterando il DNA (come rotture o modifiche chimiche della struttura) oppure i cromosomi (come causa di aberrazioni, perdita, rottura o aumento anomalo del loro numero), tutti fattori che possono causare mutazioni o tumori.

Invece lo studio della antigenotossicità (anti genotossicità) è la proprietà di una sostanza, in questo caso OMWW, di prevenire, ridurre o bloccare il danno al DNA causato da agenti genotossici (in questa ricerca è stato utilizzato il 4-Nitrochinolina 1-ossido, che è un potente agente chimico mutageno ossidativo e cancerogeno, che può legarsi al DNA, inducendone la rottura del filamento).

I test biologici eseguiti dal gruppo di Tommaso Rondini e Collaboratori, dell’Università di Perugia, hanno dimostrato che l’estratto non era citotossico alle concentrazioni più basse testate (da 0,25 a 2,5 mg/mL).

Secondo le linee guida dell’OCSE, la più alta concentrazione non citotossica del OMWW è stata di 2,5 mg/mL con un chiaro effetto citotossico dell’estratto a partire dalla concentrazione di 7,5 mg/mL.

Gli effetti genotossici dell’estratto di OMWW, su cellule HepaRG, ha mostrato una tendenza crescente dipendente dalla concentrazione, con livelli più elevati di danno al DNA alle concentrazioni più elevate.

Effetti antigenotossici dell’estratto di OMWW sul danno al DNA indotto da 4NQO, nelle cellule HepaRG: l’estratto OMWW ha mostrato un chiaro effetto antigenotossico ad alcune concentrazioni. Questo effetto diminuiva all’aumentare delle concentrazioni dell’estratto, raggiungendo il massimo livello di danno al DNA a 2,5 mg/mL.

Quindi le concentrazioni più basse di OMWW hanno mostrato attività antigenotossica contro una sostanza mutagena nota, riducendo l’entità del danno al DNA nel trattamento di co-esposizione.

Sono stati fatti studi di pre esposizione con OMWW, poi il trattamento con il composto mutageno 4NQO e studi di post esposizione: prima il contatto delle cellule con il mutageno 4NQO, quindi con il refluo OMWW.

Nella post esposizione l’attività antigenotossica era presente solo alle concentrazioni più basse testate. L’esposizione simultanea delle cellule HepaRG all’estratto OMWW e al 4NQO ha rivelato una tendenza antigenotossica “ormetica” cioè dipendente dalla concentrazione (migliore è l’azione a concentrazione bassa, peggiore a concentrazione alta).

L’estratto di polifenoli da OMWW ha anche una attività antimicrobiche sulla crescita di Pseudomonas fluorescens ed Enterobacteriaceae, isolati da alcuni latticini, migliorandone così la loro shelf life.

Utilizzando le OMWW come integratore alimentare, nelle pecore da latte, è risultato un miglioramento della qualità del formaggio rispetto allo stato antiossidante e alla stabilità ossidativa, chiaramente senza alterarne la qualità e i parametri chimici.

Altri ricercatori avevano già studiato, in vitro, su altre cellule epatiche, gli effetti citotossici dell’estratto di foglie d’olivo (6).

Però la maggior parte degli studi precedentemente pubblicati si è concentrata sull’attività antitumorale in vitro dell’OMWW, su diverse linee cellulari, tra cui il cancro al seno (protezione da parte del OMWW della cardiotossicità da chemioterapici); il cancro alla vescica (inibizione della crescita tumorale da da parte del OMWW delle cellule resistenti ai chemioterapici); il cancro ai polmoni (gli OMWW testati hanno ridotto la produzione della chemiochina CXCL12 e del recettore CXCR4, inoltre hanno interferito con la produzione di VEGF, CXCL8 e CCL2, cioè molecole proangiogeniche e proinfiammatorie) e il cancro alla prostata (gli OMWW testati hanno inibito le citochine coinvolte nell’angiogenesi, riducendo il rilascio di fattori pro-angiogenici VEGF, CXCL8 e CXCL12. e bloccato le vie pro-infiammatorie NF-κB e IL-6/STAT3) (4).

La ricerca di Rondini è il primo lavoro che mostra l’assenza di citotossicità diretta alle concentrazioni più basse testate (da 2,5 a 0,25 mg/mL), dell’intero fitocomplesso (OMWW), mentre c’è una significativa riduzione della vitalità cellulare osservata solo alle concentrazioni più elevate di estratto (da 5 a 20 mg/mL).

Il test di genotossicità non ha mostrato alcun effetto significativo.

Questi test di genotossicità e antigenotossicità in vitro sono un passaggio importante prima di studi in vivo per aprire, ad un uso di questi reflui di frantoio, lo spazio come estratti nutraceutici.