Reazioni genetiche a catena. La frontiera dei “gene drive” parla italianoIl vaccino tarda ad arrivare, le zanzariere non bastano, bonificare l’Africa sembra un’impresa impossibile. Ma per sconfiggere la malaria c’è una nuova speranza, che arriva direttamente dalla frontiera più avanzata della tecnologia per la modificazione genetica CRISPR.
Lo stratagemma prevede una specie di reazione genetica a catena, che può essere utilizzata dai ricercatori per ridurre drammaticamente il numero delle zanzare responsabili della trasmissione del plasmodio, il parassita responsabile della malaria. A renderla possibile sono degli elementi che sono detti “drive genetici” o “gene drive” e funzionano come degli acceleratori per la diffusione dei geni di interesse. In questo caso geni dannosi per le zanzare della specie Anopheles gambiae e utili a noi.
Normalmente, in accordo con le leggi di Mendel, un gene ha il 50% di probabilità di essere trasmesso da un genitore a un figlio, ma se viene guidato con un drive le sue chance sfiorano il 100%. È così che nel giro di qualche generazione un gene programmato per danneggiare una specie nociva può propagarsi con un effetto domino in tutta la popolazione, fino a farla collassare.
Questo filone di ricerca avveniristico ha tra i suoi fondatori un medico italiano: Andrea Crisanti, dell’Imperial College London. Lo abbiamo intervistato per farci spiegare tempi e modi, punti di forza e rischi di questo approccio. Grazie al suo impegno il progetto internazionale “Target malaria”, finanziato dalla Fondazione Bill & Melinda Gates, vede in prima linea l’italianissimo Polo di genomica, genetica e biologia, con i laboratori di Perugia e Terni. Quest’ultimo ospita delle speciali camere climatiche che riproducono le condizioni tropicali per valutare in modo realistico l’efficacia, la stabilità e la dinamica di diffusione dei gene drive su popolazioni di zanzare contenute in gabbie ad alto grado di sicurezza e in isolamento ecologico.Cortesia Imperial College UKSappiamo che i brevetti per la tecnologia CRISPR sono contesi, ma a chi appartengono i diritti di proprietà intellettuale sui gene drive?Si può dire che i gene drive li abbiamo inventati noi, con il biologo evoluzionista Austin Burt e l’Università di Washington. Nel 2011 abbiamo firmato insieme il lavoro che dimostra i concetti di base, pubblicato sulla rivista Nature, ma abbiamo deciso di non brevettare l’idea per renderla accessibile a tutti. Lo stesso gruppo ha costituito il nucleo centrale del progetto “Target malaria”, che è cresciuto negli anni e ora è finanziato con 100 milioni di dollari.CRISPR è arrivata nel 2012. Come funzionava il controllo genetico degli insetti nocivi nell’era pre-CRISPR? Gli esperimenti per sterilizzare i maschi di una specie indesiderata tramite la mutagenesi sono iniziati decenni fa e questa strategia funziona bene, ad esempio viene applicata contro la mosca della frutta (Ceratitis capitata) in Israele, Turchia e California. Peccato che ponga grossi problemi di logistica e costi. Per questo abbiamo pensato di sfruttare una nucleasi, ovvero un enzima che taglia il DNA, per diffondere i geni incaricati di far collassare la popolazione. I meccanismi di riparazione della cellula vengono indotti a riparare la lesione generata dalla nucleasi utilizzando come stampo il cromosoma omologo contenente il gene che vogliamo propagare, e il gioco è fatto. Ma le nucleasi usate prima di CRISPR (HEG) erano difficili da programmare. Per riuscire a dirigere la loro attività verso i geni da modificare ci volevano anni di lavoro, ora con CRISPR bastano un paio di mesi. È come se fossimo impegnati ad avvitare viti a mano per costruire un macchinario e poi qualcuno ci avesse detto: “Provate questo avvitatore”. Non solo si è ridotto drammaticamente il tempo necessario per arrivare al risultato, ma è aumentata la flessibilità, e quindi anche il numero dei geni che possono essere attaccati.Dunque in laboratorio l’idea funziona. Ma funzionerà anche all’aperto, in natura? Per prepararci a questo passaggio abbiamo reclutato specialisti di discipline diverse, epidemiologi ed ecologi, scienziati sociali e giuristi, esperti di etica. Negli ultimi 5 anni abbiamo lavorato per identificare i luoghi per le sperimentazioni sul campo, reperire risorse sul posto, coinvolgere le popolazioni locali. Ora ci sono circa 100 persone coinvolte, è un’operazione gigantesca all’insegna della trasparenza e della sicurezza, in linea con la filosofia della Fondazione Gates.Perché l’Italia è così impegnata su questo fronte?Abbiamo un’importante tradizione nella malariologia, io mi considero erede di quella scuola che parte da Coluzzi e passa per Bastianelli e Grassi. Nel nostro paese la lotta alla malaria è durata oltre 80 anni, quando sono nato io la malattia si trasmetteva ancora. Le cicatrici sul territorio sono tuttora visibili: pensate alle differenze tra i paesaggi della Maremma e del Senese, ad esempio. Nella prima non ci sono ville e casali, le uniche costruzioni sono moderne perché in passato nessuno poteva abitare quelle colline. Insomma esiste ancora nella popolazione italiana il ricordo di quelle sofferenze. Ospitare dei laboratori che lavorano per sconfiggere la malaria nel resto del mondo è un bel gesto di solidarietà nei confronti delle popolazioni colpite.Le modificazioni genetiche vengono fatte soprattutto a Londra. Poi le zanzare arrivano in Umbria?Viaggiano come uova su carta impregnata di acqua. Seppure il pacco non arrivasse a destinazione non sopravviverebbero, possono svilupparsi solo se viene aperto nelle condizioni giuste. Le nostre procedure sono state validate da un’ispezione internazionale e sono in linea con le raccomandazioni dell’Oms. Una volta in Italia vengono usate per studi di funzionalità, sicurezza e scalabilità. Dobbiamo vedere se la modificazione genetica viene trasmessa, se va incontro a mutazioni. Lo studiamo su grandi numeri, in ambienti che simulano le condizioni tropicali. Il passaggio successivo, dopo le camere climatizzate di Terni, saranno le biosfere in Burkina Faso, Uganda, Kenya e, forse, Mali.
Science Photo Library / AGFQual è la tabella di marcia?Abbiamo promesso allo sponsor di completare gli studi sulle prime linee di zanzare in due anni per avere tutta la documentazione necessaria ad andare sul campo. Probabilmente servirà più tempo per arrivare lì che per eradicare la malaria, perché non vogliamo scorciatoie. Esiste una società biotech, la Oxitec, che ha già eseguito dei rilasci di zanzare geneticamente modificate, ma le loro sono sterili quindi la modificazione genetica non sopravvive nell’ambiente, le nostre devono diffonderla fino a causare un crollo della popolazione.Che geni modificate?Lavoriamo in due direzioni. La prima consiste nel distruggere il cromosoma X durante la formazione degli spermatozoi, in modo che nascano solo maschi che non pungono e non trasmettono la malaria. Lo sbilanciamento nel rapporto tra i sessi è destinato a causare il collasso della popolazione con un effetto domino. La seconda consiste nel distruggere un gene che è coinvolto nella fertilità delle femmine ma è inutilizzato nei maschi, che quindi lo diffondono, trasmettendolo alle femmine che diventano tutte sterili.Perché invece non rendete le zanzare resistenti al plasmodio? Perché una volta rilasciate, con un sistema genetico che si autoperpetua, non avremmo alcun controllo sulla sua evoluzione. Invece bloccando la fertilità delle femmine o stimolando la produzione di soli individui maschi si possono verificare due scenari: l’approccio o funziona (eliminando le zanzare dannose) o non funziona (e la modificazione viene persa tornando allo stadio iniziale). Se necessario, le zanzare potrebbero addirittura essere reintrodotte una volta che la malaria sarà stata eliminata e non potrà più essere trasmessa.L’obiettivo dunque non è far estinguere le zanzare?C’è un esempio interessante che riguarda la Sardegna nel dopoguerra. L’isola era stata scelta come modello sperimentale dalla Fondazione Rockefeller, e per 4 o 5 anni il DDT è stato sparso a tappeto per eliminare le zanzare. Delle quattro specie malariche presenti, due sono scomparse e altre due si sono ridotte al minimo. In questo modo la malaria è stata eliminata, ma poi le zanzare sono riemerse non appena è diminuito il ricorso al DDT. Il nostro obiettivo non è eliminare del tutto le zanzare ma sopprimerne il numero per un periodo sufficiente a curare tutti i casi di malaria e bloccare la trasmissione. Questo è ciò che probabilmente accadrà: la modificazione genetica si diffonderà a macchia d’olio nel giro di pochi anni, ma alcune zanzare potrebbero trovare riparo in piccoli rifugi ecologici per poi riemergere. Preferiamo questo approccio che viene chiamato “soppressione” all’alternativa del “rimpiazzamento” per ragioni sia etiche che scientifiche.Si tratta di una strategia autosufficiente oppure complementare agli approcci classici? Il nostro obiettivo è sviluppare zanzare che siano sufficienti come strumento contro la malaria ma è un bene che questa strategia possa agire in sinergia con i vaccini in corso di sviluppo, le zanzariere, i trattamenti farmacologici e le bonifiche ambientali.Che pregi hanno i gene drive?I benefici sono trasversali: l’approccio funziona senza distinzioni di cultura, classe sociale o età; è una strategia auto-sostenibile, una volta effettuato il rilascio non c’è bisogno di grandi risorse per tempi prolungati, né di complesse strutture di logistica né di una volontà politica pluridecennale. La tecnologia può portare anche vantaggi inaspettati, mi piace pensare che possa esserci un’analogia con l’uso dei telefonini in Africa. La rete fissa stentava a decollare perché richiede investimenti ingenti, mentre i cellulari hanno abbattuto le barriere per la comunicazione, con ricadute positive non solo per lo sviluppo economico ma anche, inaspettatamente, per l’alfabetizzazione, perché scrivere messaggi costa meno che parlarsi.L’idea di una reazione genetica a catena non deve spaventare?Questa espressione è efficace ma ha il difetto di rimandare alle paure atomiche, pensi che sono stato paragonato a Enrico Fermi. Questo immaginario non trova corrispondenza nella realtà, perché quello genetico è un processo delicato, non è veloce ed efficace come una reazione nucleare. Nemmeno l’obiezione che ci stiamo sostituendo all’evoluzione naturale è convincente: tutto avviene nel quadro dell’evoluzione. L’intelletto umano e la tecnologia che ne deriva sono una caratteristica di Homo sapiens, una parte integrante della dinamica tra noi e le altre specie. Chi si oppone perché pensa che le specie siano inviolabili non cambierà mai idea. Ma oltre a questi valori ci sono gli interessi dei pazienti e della società. Eventuali controversie andranno risolte in modo democratico. A noi spetta il compito di dimostrare che è stato fatto tutto il possibile per identificare i rischi e mitigarli.Che cosa può andare storto?Esistono delle varianti di CRISPR ad alta fedeltà, che riducono il rischio di mutazioni fuori bersaglio. Ma certo se rilasciassimo le zanzare oggi, senza prima fare tutti i test necessari, potrebbero esserci effetti non previsti, per questo stiamo studiando la tecnologia insieme a tanti esperti che ne esaminano gli sviluppi da ogni angolazione possibile e procediamo per fasi. Un potenziale problema è l’insorgere di resistenza al drive, per cui la reazione genetica a catena si fermerebbe, ma stiamo predisponendo delle contromisure per evitarlo. Si pensa di mettere insieme due o tre modifiche, adottando bersagli molteplici; il principio è lo stesso di quando si usano due o tre antibiotici contemporaneamente per evitare che i batteri diventino resistenti o quando si combinano diversi farmaci antitumorali. Stiamo sviluppando anche una tecnologia CRISPR che attacca diversi punti nello stesso gene drive, così da non poter essere risistemata dall’organismo. Stiamo inoltre lavorando allo sviluppo di nuove tecnologie per confinare l’azione del gene drive o neutralizzarlo, nel caso fosse necessario.Esiste il rischio che qualcuno usi i gene drive a scopo terroristico?I timori sul “dual use” (a fin di bene e a fin di male) mi sembrano eccessivi: CRISPR sarà anche facile da usare ma la tecnologia dei gene drive non si sviluppa nel retrobottega, è molto complessa, alla portata solo di pochissimi laboratori, da questo punto di vista possiamo stare tranquilli. In definitiva il rischio maggiore che corriamo, secondo me, è che la tecnologia non venga adottata. Non bisogna dimenticare che la malaria uccide oltre 400.000 persone l’anno, portando con sé sottosviluppo e cattiva gestione del territorio. È come una zavorra generata dalla povertà che ti riporta verso la povertà.Una volta messa a punto, la tecnologia verrà donata ai paesi africani?Non ci piace l’dea di donare, perché la donazione presuppone un rapporto ineguale. Piuttosto vogliamo coinvolgere questi paesi nello sviluppo della tecnologia. Per questo investiamo in capacity building, technology transfer, training dei ricercatori africani e questi sforzi aumenteranno nei prossimi mesi.(L'originale di questo articolo è stato pubblicato nel blog CRISPerMania il 26 giugno 2017. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)
Lo stratagemma prevede una specie di reazione genetica a catena, che può essere utilizzata dai ricercatori per ridurre drammaticamente il numero delle zanzare responsabili della trasmissione del plasmodio, il parassita responsabile della malaria. A renderla possibile sono degli elementi che sono detti “drive genetici” o “gene drive” e funzionano come degli acceleratori per la diffusione dei geni di interesse. In questo caso geni dannosi per le zanzare della specie Anopheles gambiae e utili a noi.
Normalmente, in accordo con le leggi di Mendel, un gene ha il 50% di probabilità di essere trasmesso da un genitore a un figlio, ma se viene guidato con un drive le sue chance sfiorano il 100%. È così che nel giro di qualche generazione un gene programmato per danneggiare una specie nociva può propagarsi con un effetto domino in tutta la popolazione, fino a farla collassare.
Questo filone di ricerca avveniristico ha tra i suoi fondatori un medico italiano: Andrea Crisanti, dell’Imperial College London. Lo abbiamo intervistato per farci spiegare tempi e modi, punti di forza e rischi di questo approccio. Grazie al suo impegno il progetto internazionale “Target malaria”, finanziato dalla Fondazione Bill & Melinda Gates, vede in prima linea l’italianissimo Polo di genomica, genetica e biologia, con i laboratori di Perugia e Terni. Quest’ultimo ospita delle speciali camere climatiche che riproducono le condizioni tropicali per valutare in modo realistico l’efficacia, la stabilità e la dinamica di diffusione dei gene drive su popolazioni di zanzare contenute in gabbie ad alto grado di sicurezza e in isolamento ecologico.Cortesia Imperial College UKSappiamo che i brevetti per la tecnologia CRISPR sono contesi, ma a chi appartengono i diritti di proprietà intellettuale sui gene drive?Si può dire che i gene drive li abbiamo inventati noi, con il biologo evoluzionista Austin Burt e l’Università di Washington. Nel 2011 abbiamo firmato insieme il lavoro che dimostra i concetti di base, pubblicato sulla rivista Nature, ma abbiamo deciso di non brevettare l’idea per renderla accessibile a tutti. Lo stesso gruppo ha costituito il nucleo centrale del progetto “Target malaria”, che è cresciuto negli anni e ora è finanziato con 100 milioni di dollari.CRISPR è arrivata nel 2012. Come funzionava il controllo genetico degli insetti nocivi nell’era pre-CRISPR? Gli esperimenti per sterilizzare i maschi di una specie indesiderata tramite la mutagenesi sono iniziati decenni fa e questa strategia funziona bene, ad esempio viene applicata contro la mosca della frutta (Ceratitis capitata) in Israele, Turchia e California. Peccato che ponga grossi problemi di logistica e costi. Per questo abbiamo pensato di sfruttare una nucleasi, ovvero un enzima che taglia il DNA, per diffondere i geni incaricati di far collassare la popolazione. I meccanismi di riparazione della cellula vengono indotti a riparare la lesione generata dalla nucleasi utilizzando come stampo il cromosoma omologo contenente il gene che vogliamo propagare, e il gioco è fatto. Ma le nucleasi usate prima di CRISPR (HEG) erano difficili da programmare. Per riuscire a dirigere la loro attività verso i geni da modificare ci volevano anni di lavoro, ora con CRISPR bastano un paio di mesi. È come se fossimo impegnati ad avvitare viti a mano per costruire un macchinario e poi qualcuno ci avesse detto: “Provate questo avvitatore”. Non solo si è ridotto drammaticamente il tempo necessario per arrivare al risultato, ma è aumentata la flessibilità, e quindi anche il numero dei geni che possono essere attaccati.Dunque in laboratorio l’idea funziona. Ma funzionerà anche all’aperto, in natura? Per prepararci a questo passaggio abbiamo reclutato specialisti di discipline diverse, epidemiologi ed ecologi, scienziati sociali e giuristi, esperti di etica. Negli ultimi 5 anni abbiamo lavorato per identificare i luoghi per le sperimentazioni sul campo, reperire risorse sul posto, coinvolgere le popolazioni locali. Ora ci sono circa 100 persone coinvolte, è un’operazione gigantesca all’insegna della trasparenza e della sicurezza, in linea con la filosofia della Fondazione Gates.Perché l’Italia è così impegnata su questo fronte?Abbiamo un’importante tradizione nella malariologia, io mi considero erede di quella scuola che parte da Coluzzi e passa per Bastianelli e Grassi. Nel nostro paese la lotta alla malaria è durata oltre 80 anni, quando sono nato io la malattia si trasmetteva ancora. Le cicatrici sul territorio sono tuttora visibili: pensate alle differenze tra i paesaggi della Maremma e del Senese, ad esempio. Nella prima non ci sono ville e casali, le uniche costruzioni sono moderne perché in passato nessuno poteva abitare quelle colline. Insomma esiste ancora nella popolazione italiana il ricordo di quelle sofferenze. Ospitare dei laboratori che lavorano per sconfiggere la malaria nel resto del mondo è un bel gesto di solidarietà nei confronti delle popolazioni colpite.Le modificazioni genetiche vengono fatte soprattutto a Londra. Poi le zanzare arrivano in Umbria?Viaggiano come uova su carta impregnata di acqua. Seppure il pacco non arrivasse a destinazione non sopravviverebbero, possono svilupparsi solo se viene aperto nelle condizioni giuste. Le nostre procedure sono state validate da un’ispezione internazionale e sono in linea con le raccomandazioni dell’Oms. Una volta in Italia vengono usate per studi di funzionalità, sicurezza e scalabilità. Dobbiamo vedere se la modificazione genetica viene trasmessa, se va incontro a mutazioni. Lo studiamo su grandi numeri, in ambienti che simulano le condizioni tropicali. Il passaggio successivo, dopo le camere climatizzate di Terni, saranno le biosfere in Burkina Faso, Uganda, Kenya e, forse, Mali.
