L'ingegneria genetica per combattere la malaria

Una grande sfida: usare l’ingegneria genetica per combattere la malaria

Le tecniche di ingegneria genetica per combattere la malaria trasmessa dalle zanzare (Fig. 1) hanno iniziato a prendere piede agli inizi degli anni 2000. Questa tecnologia, chiamata CRISPR, è valsa il premio Nobel per la Chimica alle due ricercatrici che hanno contribuito alla sua creazione, Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna. L’ingegneria genetica permette così di modificare intere popolazioni di zanzare e di avere un controllo sulla trasmissione della malaria che sia sostenibile. Vediamo assieme i progressi fatti in questi anni dalla scienza.

Zanzara che fa il pasto di sangue — *Figura 1 – Esemplare di* Anopheles gambiae femmina

Il responsabile della malaria: il protozoo Plasmodium

Bisogna ricordare che la zanzara non è altro che il vettore del temibile parassita che causa la malaria nell’uomo. Il parassita sfrutta una convivenza pacifica all’interno della zanzara (ospite intermedio) per poi trasmettersi fino all’uomo dove può avere effetti letali.

Semplificandone il ciclo complesso, il plasmodio raggiunge le ghiandole salivari della zanzara e, durante il pasto di sangue su un essere umano, può entrare nel circolo sanguigno della persona punta. A questo punto, il parassita invade il fegato dove si riproduce ed entra direttamente nel sangue dell’ospite. Successivamente, si divide ulteriormente, distruggendo i globuli rossi e causando i tipici sintomi di febbre, nausea, cefalea e dolori alle articolazioni.

Questa è solo una semplificazione del ciclo del plasmodio, che come vedete nell’immagine (Fig. 2) è molto complesso. Plasmodium falciparum è il più comune protozoo presente nelle zanzare del genere Anopheles ed è responsabile della maggior parte dei casi di malaria nel mondo.

Il trattamento della malaria

La malaria può sfociare in complicanze molto serie che conducono alla morte. Nel 2019, i casi di Malaria riportati a livello mondiale sono stati 229 milioni dei quali 409.000 hanno portato alla morte. Si stima, sfortunatamente, che la malaria uccida un bambino ogni due minuti. La malaria però può essere curata ed è necessaria una azione rapida ed efficace per evitare complicazioni. Ad oggi, la terapia migliore si basa sulla somministrazione di artemisinina che è particolarmente utile in caso di infezioni da parassiti resistenti alla clorochina o multiresistenti ai farmaci. Il problema, è che il plasmodio può sviluppare una resistenza nel tempo anche per questo tipo di farmaco.

Un’altro strumento per la lotta alla malaria, e forse il più sorprendente degli ultimi anni, è il vaccino RTS,S. Passato già alla storia per essere il primo vaccino contro la malaria approvato dall’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) l’anno scorso, è il frutto di 30 anni di ricerca e sviluppo e ha dimostrato grande efficacia sui bambini (Fig. 3). La campagna vaccinale svolta in Kenya, Malawi e Ghana su bambini ha infatti dato risultati molto promettenti. Sfortunatamente, la somministrazione procede lentamente e la malaria rimane un grosso pericolo per una larga fetta di popolazione.

Vaccino contro la malaria — *Figura 3 – Dati sul primo vaccino approvato contro la malaria [Fonte WHO]*

E se al posto di combattere la malaria combattessimo le zanzare?

Ci sono anche tecniche che si focalizzano sull’eliminazione delle zanzare per ridurre la propagazione della malaria. Ad esempio, nei paesi endemici è comune l’utilizzo di zanzariere cosparse di una soluzione insetticida. Oppure, nei paesi endemici, vengono fatte delle vere e proprie disinfestazioni degli interni delle case che sembra riducano la frequenza di morsi di zanzara. L’uso di insetticidi e pesticidi non è nuovo su insetti vettori di pericolosi patogeni. Purtroppo però, l’impatto ambientale su altre specie è devastante e inoltre, le zanzare sembrano in grado di sviluppare una certa resistenza alle sostanze chimiche. In poche parole, non fanno altro che diventare più forti e temibili.
Dunque, l’ingegneria genetica sembra essere l’arma migliore per combattere la malaria.

Le tecniche di ingegneria genetica per combattere la malaria

Le tecniche di ingegneria genetica per combattere la malaria sono state ampiamente supportate e finanziate dalla Bill & Melinda Gates Foundation.
La prima tecnica che descriviamo, riguarda l’utilizzo di CRISPR che prende di mira il gene doublesex nella zanzara Anopheles gambiae. Il gene mutato sopprime la capacità riproduttiva delle zanzare. In un esperimento condotto in grosse gabbie indoor che permetteva alle zanzare di essere libere di nutrirsi e di riprodursi, si sono ottenuti dei risultati estremamente promettenti. Infatti, l’elemento genetico mutato si diffondeva velocemente nella popolazione, portando alla completa eliminazione di essa in un anno.

La seconda tecnica è stata messa a punto dall’azienda anglossassone Oxitec Ltd. La tecnica utilizza un gene autolimitante per il controllo delle popolazioni di zanzare. Ovvero, i maschi vengono modificati geneticamente in laboratorio e quando si riproducono con le femmine in cattività passano questo gene autolimitante alla prole. Il gene autolimitante arresta la normale funzione cellulare, sovresprimendo una proteina. Interferendo con l’abilità della cellula di produrre proteini essenziali per lo sviluppo, la zanzara non riesce a raggiungere la fase adulta (Fig. 4).
Inoltre, in maniera brillante, i ricercatori di questa azienda hanno anche messo a punto un antidoto (tetraciclina) in grado di “spegnere” il gene autolimitante e permettendo così di allevare zanzare geneticamente modificate su larga scala.
Anche questa tecnica di ingegneria genetica per combattere la malaria pare essere promettente nell’arrestare l’avanzata di popolazioni in aree ad alto rischio di trasmissione.

tecnica di ingegneria genetica — *Figura 4 – Una rappresentazione grafica della tecnologia applicata da Oxitec Ltd [Fonte: Oxitec Ltd]*

Conclusioni

Più volte abbiamo parlato della corsa agli armamenti che caratterizza l’evoluzione. Da una parte ci siamo noi, che cerchiamo soluzioni creative ed innovative per difenderci dalla malaria e dall’altra troviamo la zanzara e il parassita che evolvono ulteriori meccanismi di difesa per far breccia nei nostri rimedi. L’ingegneria genetica sicuramente è un campo promettente, ancora tutto da scoprire, dalle implicazioni etiche molto delicate e dallo straordinario potenziale nella lotta alla malaria. Ma non solo.

Fonti

https://www.oxitec.com/en/home/
Hammond, A., Pollegioni, P., Persampieri, T. et al. Gene-drive suppression of mosquito populations in large cages as a bridge between lab and field. Nat Commun 12, 4589 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-24790-6