Biotecnologie: fattori che influenzano la produzione di princìpi attivi

Esistono determinate vie metaboliche secondarie incentivabili dalla presenza di LUCE o di BUIO; ecco allora che, oltre al terreno e alla modalità di coltura, esistono altri fattori che influenzano la produzione di metaboliti secondari da parte della coltura cellulare.
La luce può influenzare positivamente o in modo negativo una determinata coltura in vitro, analogamente a quanto avviene in natura; questa, pertanto, sarà presente o assente anche in relazione alla tipologia di metabolita secondario che si vuol produrre.

La luce può essere considerata un interruttore che ci consente di accendere o spegnere specifici percorsi metabolici. Essa va valutata non solo in termini di presenza o assenza, ma anche in termini di intensità (quantità di luce), qualità (lunghezze d'onda) e fotoperiodo (ore di luce e di buio nell'arco delle 24 ore).
L'aerazione, ovvero il rapporto tra ossigeno ed anidride carbonica, può stimolare o deprimere la produzione di princìpi attivi; quindi è bene sapere se mantenere le cellule in anossia influisce positivamente o meno sullo scopo ultimo del biotecnologo.
La temperatura ottimale di una coltura in vitro oscilla tra i 25 ed i 30°C; vi sono però le debite eccezioni. In ogni caso, una variazione termica rappresenta uno stress capace di intervenire in qualche modo nella produzione di metaboliti secondari.
In una coltura in vitro il pH è spesso variabile nel tempo, perché le cellule anabolizzano e catabolizzano continuamente; ma una sua variazione drastica può ancora una volta influire sulla produzione di princìpi attivi; pertanto va costantemente monitorato con un chemostato.
L'elicitazione è un termine biotecnologico che indica lo stimolo stressogeno determinato sulla coltura attraverso due modalità: biotiche od abiotiche. L'elicitazione, ovvero l'induzione di uno stress, abiotica corrisponde ad uno stress di tipo fisico, come l'irradiazione UV o l'impiego di metalli pesanti, mentre l'elicitazione biotica corrisponde ad uno stress in vitro, che mima l'aggressione di fitopatogeni alla pianta in natura (stando bene attenti a non far ammalare la cellula). Pertanto, accertata la produzione di metaboliti secondari in risposta all'attacco del patogeno, la coltura viene sottoposta a sanitizzazione in autoclave per distruggere i microrganismi indesiderati.
Tutti questi fattori, assieme alla modalità di coltivazione e alla diversa composizione del terreno di coltura, consentono alla coltura stessa di crescere in modo adeguato e di produrre i suoi metaboliti secondari. Ogni specie vegetale coltivata in vitro pretende l'ottimizzazione personalizzata di tutti questi fattori; tra questi anche la presenza di ormoni nel terreno di coltura. Gli ormoni più impiegati in campo biotecnologico sono le auxine, le giberelline e le citochine; l'etilene viene poco utilizzato; si ricorre all'acido abscissico per indurre la generazione di embrioni somatici. La presenza o assenza di tali classi ormonali, le loro concentrazioni ed i loro rapporti quantitativi, determinano la crescita, piuttosto che la produzione di metaboliti secondari o a volte un certo grado di differenziamento, della coltura in vitro. La presenza delle classi ormonali è quindi essenziale per guidare le cellule verso la meta stabilita.
Prima di intraprendere un progetto biotecnologico è indispensabile conoscere a fondo tutti i percorsi metabolici ai quali la coltura cellulare può andare in contro; anche perché tali percorsi sono unidirezionali e vanno dal metabolismo primario verso il secondario (mai al contrario, motivo per cui i metaboliti primari sono precursori di quelli secondari.)