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6 settembre 2017

Malaria, e la genetica creò le zanzare sterili

Le nuove ricerche contro la malaria agiscono sul Dna degli insetti per impedirne la riproduzione. Ma sui rischi per l’ecosistema gli esperti si dividono

Giulio Formenti

Dal numero di pagina99 in edicola dal 1° settembre e in edizione digitale

Ricordate le ambizioni di John Hammond, il multimiliardario creatore del Jurassic Park, che con il Dna conservato dalle zanzare intrappolate nell’ambra e l’ingegneria genetica riusciva a dar vita a una generazione di dinosauri? Per scongiurare la fuga e la proliferazione dei “simpatici” rettili, si impediva loro di riprodursi (erano tutti dinosauri femmina). L’idea che si possa tenere sotto controllo o addirittura eradicare una popolazione controllandone la riproduzione è fondamentalmente corretta. Su questa base una collaborazione tra prestigiose università europee, inclusa l’Università di Perugia, sostiene di aver sviluppato un meccanismo che combina la teoria del “gene egoista” a Crispr/Cas9, il nuovo non plus ultra in fatto di ingegneria genetica, per debellare la zanzara Anopheles gambiae, principale veicolo della malaria nel mondo.

 

L’eredità di Mendel

Gregor Mendel, il naturalista padre della genetica moderna sarebbe sorpreso di vedere i progressi fatti da quando scoprì i meccanismi dell’ereditarietà cent’anni prima della scoperta del Dna. L’abate di Brno sarebbe forse ancor più sorpreso di scoprire che dall’esattezza delle sue teorie è derivato un metodo innovativo per combattere uno degli insetti più fastidiosi (nel periodo estivo) e nocivi (di sempre). Le zanzare uccidono oltre un milione di persone l’anno, più di tutte le altre specie animali messe insieme. Oltre la metà semplicemente trasmettendo loro la malaria.

In onore del padre della genetica, il meccanismo alla base del nuovo approccio è stato definito «eredità super-mendeliana». Mendel con i suoi incroci aveva scoperto che i rapporti tra le diverse tipologie di “caratteri” seguono leggi precise nel susseguirsi delle generazioni. Nel suo caso si trattava del colore e della forma dei piselli ma la sua deduzione può adattarsi a qualsiasi cosa, per esempio il colore degli occhi o della pelle negli esseri umani. Oggi sappiamo che questo è dovuto alle caratteristiche intrinseche dei geni che veicolano i caratteri stessi.

Negli animali ogni gene è presente in duplicato, e ciascuna copia funziona da backup dell’altra. È un meccanismo (da non confondere con le eliche complementari del Dna, che svolgono una funzione simile) che si è evoluto agli albori della storia della vita, probabilmente per garantire la stabilità del carattere in caso di alterazione per mutazione. Infatti, se una delle due copie viene danneggiata l’altra funziona da “stampo” per riparare il danno subito.

Perché questa “regola del doppio” sia mantenuta nel corso delle generazioni, la prole eredita esclusivamente una singola copia paterna e una materna. L’altra copia, di norma, viene scartata in maniera casuale durante la formazione dei gameti e quindi la probabilità che una particolare copia del gene si trasmetta alla discendenza è del 50%. Tuttavia esistono dei geni «egoisti» che hanno evoluto dei meccanismi per assicurarsi una trasmissione più alta, fin quasi al 100%.

 

Il gene egoista killer

Il gene egoista differisce dalla sua controparte normale per un solo, cruciale elemento aggiuntivo: contiene una “forbice molecolare” in grado di tagliare il Dna recando un danno alla controparte normale. La riparazione utilizza il gene egoista come stampo e ne garantisce così la trasmissione a tutta la linea di discendenza (perché così nel genitore portatore entrambe le copie del gene sono “egoiste”).

È dunque facile immaginare come il gene egoista sia in grado di diffondersi capillarmente trasmettendosi rapidamente nella popolazione a scapito degli altri, che si affidano al caso. Oggi si vuole sfruttare questo meccanismo naturale, ribattezzato «reazione genetica a catena» o gene drive, per diffondere la sterilità nelle popolazioni di zanzare. La forbice molecolare è la versatile Cas9, un enzima di recente scoperta in grado di tagliare il Dna con una precisione mai raggiunta prima.

Il target: le zanzare femmina. Colpendo geni che sono essenziali per la fertilità femminile, il gene egoista si diffonderà rendendo inevitabilmente sterili tutte le femmine figlie del diabolico incrocio. Nell’ambito della stessa strategia, l’alternativa è colpire il cromosoma X (che determina il sesso femminile): una sproporzione di maschi (che comunque non pungono) causerà il collasso della popolazione.

Per ora l’approccio si è dimostrato efficace, almeno in laboratorio. Colpendo tre geni che determinano sterilità femminile, l’efficienza di drive è stata del 95%. Ovvero in media solo il 5% della prole nasce senza l’allele che causa l’infertilità. Per distinguere le zanzare sterili, i ricercatori le dotano di occhi speciali che, se illuminati con un laser, s’iniettano di rosso.

 

La tecnica dell’insetto sterile

Se fino a oggi l’idea di liberare Ogm in grado di diffondersi rapidamente nell’ambiente è stata avversata sia dagli scienziati che dall’opinione pubblica, adesso i ricercatori hanno proposto proprio questo metodo alla Fondazione Bill e Melinda Gates nell’ambito del progetto TargetMalaria. Benché controintuitivo, l’approccio di rilasciare zanzare per combatterle è rodato da anni e va sotto il nome di “tecnica dell’insetto sterile”. Normalmente si procede a una disinfestazione classica con un pesticida (specie se le popolazioni sono molto grandi) e solo successivamente si liberano i maschi sterili per eliminare definitivamente una popolazione di insetti già ai minimi termini.

Per rendere sterili gli insetti si usano le radiazioni, che ne danneggiano irreparabilmente le fragili cellule germinali. Una tecnica considerata abbastanza sicura perché non introduce nuove specie che possano direttamente alterare l’ecosistema né fa uso di organismi geneticamente modificati. Per questo fu lodata già da Rachel Carson in Primavera silenziosa, il famoso manifesto ambientalista degli anni ’60.

L’idea di rendere sterili le zanzare, come altri insetti nocivi per l’uomo o per gli allevamenti e le coltivazioni, è solitamente attribuita agli studiosi americani Raymond Bushland e Edward Knipling che negli anni ’30 volevano eliminare un insetto che costava agli allevatori di bestiame americani decine di milioni di dollari l’anno. Era la Cochliomyia hominivorax, un parente della comune mosca, sviluppa le sue larve all’interno delle ferite del bestiame. Le larve si nutrono direttamente della carne dell’ospite, uccidendolo entro una decina di giorni dall’infezione; le femmine continuano a cibarsi di carne fresca anche una volta adulte.

La miasi (dal greco myia, mosca) può infettare anche gli esseri umani. L’idea agire sulla fertilità nacque dall’osservazione che questo tipo di mosca si riproduce una volta sola nella vita. Per questo il suo ciclo vitale è particolarmente vulnerabile. Il lavoro di Bushland e Knipling, interrotto dalla seconda guerra mondiale, riprese su un’isola a largo della Florida con i raggi X negli anni ’50. Nel 1954 la mosca fu poi debellata dall’isola venezuelana di Curaçao e successivamente dagli Stati Uniti del sud. Negli anni ’80 fu eliminata interamente anche dal Belize e dal Messico, sfruttando poi lo stretto di Panama come barriera naturale contro nuove invasioni nel Nord America. Nel 1991 la tecnica risultò poi efficace per arginare un’epidemia in Africa.

Lo stesso approccio è stato usato per eradicare la mosca del melone (Bactrocera cucurbitae) da Okinawa e combattere in Africa le tse-tse (Glossina), che trasmette microrganismi molto pericolosi quali i tripanosomi che causano la malattia del sonno nell’uomo e diversi problemi negli allevamenti. Altri programmi di successo includono la lotta alla mosca mediterranea della frutta (Ceratitis capitata) e alla sua controparte messicana, nonché al parassita del cotone Pectinophora gossypiella e a quello del melo Cydia pomonella.

 

Wolbachia, un satiro unicellulare

Poco prima dell’eredità super-mendeliana, lo studio della natura aveva suggerito un altro approccio scientifico per la sterilizzazione intelligente, la cui sperimentazione è tuttora in corso in diverse parti del mondo. Nel 2013 Oxitec, un’azienda di Oxford, decise di testare a Key West in Florida l’efficacia di zanzare “modificate” con un gene che determina la morte della prole a tre giorni dalla schiusa delle uova. Il programma Ogm MosquitoMate prevedeva di liberarne 75 mila a settimana, in un rapporto 7:1 con la popolazione autoctona, e ottenne risultati incoraggianti, ma fu mal tollerato dall’opinione pubblica.

Successivamente però, alcuni ricercatori si sono accorti che le zanzare sperimentalmente infettate con piccolo batterio chiamato Wolbachia in laboratorio erano resistenti al virus della Zika e non erano in grado di trasmetterlo tramite puntura. Wolbachia, il cosiddetto signore delle zanzare, per garantirsi il massimo della riproduzione è in grado di causare la morte larvale di tutti i maschi infetti, “femminizzare” tutte le larve di una popolazione di insetti determinando la nascita di femmine in grado di riprodursi senza l’ausilio di maschi e, essenziale per l’uso contro le zanzare, causa l’infertilità dei maschi già adulti.

Così lo scorso luglio Verily, azienda legata a Google tramite la sua holding Alphabet, ha lanciato anche il progetto Debug Fresno per debellare la zanzara della febbre gialla (Aedes aegypti) arrivata in California nel 2013. Per venti settimane, ogni settimana, Verily libererà un milione di zanzare maschio adulte sterilizzate tramite Wolbachia. Le incognite sono molte, ma decenni di sperimentazione sull’infertilità indotta per radiazioni fanno ben sperare perché la tecnica non sembra causare evidenti danni collaterali. Anche per questo valse agli scopritori il World Food Prize nel 1992. Ma i danni potrebbero essere indiretti, a livello dell’ecosistema.

 

La vita prevale sempre

Le zanzare, per quanto fastidiose, sono animali nobili apparsi sulla terra 40 milioni di anni fa. Originariamente si nutrivano di nettare e solo con la scomparsa dei dinosauri e l’evoluzione degli animali a sangue caldo, i mammiferi, si sono adattate a pungere. Hanno il loro posto nella catena alimentare come cibo per pesci, tartarughe, libellule, uccelli e pipistrelli. In un epoca in cui il numero di esemplari sul pianeta si è dimezzato e si parla già di «sesta estinzione di massa», i detrattori consigliano cautela.

Tuttavia si tratterebbe di eradicare popolazioni di zanzare che hanno invaso l’ambiente solo di recente, come la zanzara della febbre gialla in California o di quella tigre (Aedes albopictus) in Italia. La sterilità inoltre ci garantirebbe rispetto all’introduzione di scherzi della natura che possano diffondersi senza controllo. La possibilità che le zanzare sviluppino forme di resistenza esiste, ma i ricercatori garantiscono di essere già al lavoro per scongiurarla.

Riusciremo a piegare l’evoluzione biologica al nostro benessere senza effetti collaterali? Gli ottimisti si rispecchieranno nella fiducia dei ricercatori. I pessimisti nelle parole del matematico di Jurassic Park Ian Malcom: «La storia dell’evoluzione ci mostra che la vita sfugge a qualsiasi barriera. La vita finisce sempre col prevalere».

 

[Foto in apertura di Dennis Kinkel Microscopy / Science Photo Library / Contrasto]

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