Prevenire la diffusione della malaria e la dengue utilizzo Zanzare geneticamente modificate

Mi chiamo Anthony James. Ho un incarico congiunto nei dipartimenti di microbiologia e biologia molecolare e poi di biologia molecolare e biochimica qui all'Università della California, Irvine. Il mio laboratorio si occupa di sviluppare risposte alla semplice domanda se la genetica possa o meno contribuire al controllo delle malattie trasmesse da vettori.

Nel nostro caso particolare, siamo interessati alle malattie trasmesse dalle zanzare, come la malaria e la febbre dengue. La malaria è la malattia trasmessa da vettori più diffusa in termini di mortalità umana, con un decesso ogni 20-30 secondi circa, in media su base annua. Il virus della dengue non è altrettanto significativo in termini di mortalità umana, ma rappresenta un importante problema di sanità pubblica, che interessa potenzialmente quasi metà della popolazione mondiale con circa 50.000-100.000 casi all'anno.

Inoltre, nelle aree tropicali, gli approcci attuali per il controllo delle malattie trasmesse da vettori, in particolare malaria e virus della dengue, si concentrano sul controllo del vettore attraverso l'uso di insetticidi o la riduzione degli habitat larvali e riproduttivi. Nel caso della malaria, vengono impiegati farmaci terapeutici e profilattici, nonché misure di controllo volte a impedire il contatto tra persone e zanzare. Tali misure includono l'uso di zanzariere e altre forme di protezione personale, che evitano alle zanzare di raggiungere le persone.

Quindi ci poniamo la domanda, come ho indicato, se la genetica possa offrire qualcosa, e ci sono due ambiti in cui stiamo considerando la genetica. Il primo consiste nello sviluppare tecniche genetiche che riducano le popolazioni di zanzare. Questo è stato definito riduzione della popolazione.

E la seconda area è il rimpiazzo della popolazione. In questo caso, l'idea consiste nel prendere geni che conferirebbero resistenza a specifici patogeni e far sì che questi si diffondano nelle popolazioni con frequenze elevate. Definiamo questo processo rimpiazzo della popolazione.

Quindi ci sono state due osservazioni interessanti che ci hanno portato a pensare che la genetica avesse un ruolo nel controllo delle malattie trasmesse da vettori. La prima è che, osservando tutti gli insetti o artropodi, inclusi i ricci che si nutrono di sangue, si scopre che non ogni artropodo ematofago trasmette ogni malattia. Questo suggerisce l'esistenza di alcune restrizioni dell'ospite nei confronti di questi patogeni, e si è rivelato essere vero.

E quando si pensa alle restrizioni dell'ospite, si inizia a considerare la genetica. La seconda osservazione è che, osservando una popolazione di insetti in grado di trasmettere tramite tecniche molto semplici, è possibile selezionare all'interno di tale gruppo una popolazione altamente suscettibile e una altamente refrattaria. Una volta fatto ciò, è possibile effettuare incroci genetici semplici e rispondere a domande riguardo al numero di geni coinvolti, e se esistono relazioni di dominanza o recessività semplici.

E da queste osservazioni, avevamo un'indicazione molto chiara che la genetica fosse importante affinché una particolare specie di zanzara potesse sostenere lo sviluppo di un patogeno specifico. E l'idea era: non sarebbe fantastico se potessimo far sì che quei geni che conferiscono resistenza si diffondessero in tutte le popolazioni? I vantaggi di questo approccio sarebbero che potremmo mirare in modo specifico al patogeno in questione ed evitare l'uso di sostanze come gli insetticidi, che hanno un forte impatto sugli organismi non bersaglio, o la gestione ambientale per ridurre i siti di riproduzione, che può avere un effetto profondo sull'ambiente.

E a differenza dell'uso di insetticidi e farmaci profilattici, non ci aspettiamo che questi zanzare sviluppino mai una resistenza, né che i parassiti allevati nelle zanzare sviluppino mai alcun tipo di resistenza nei loro confronti. L'idea è quindi quella di sviluppare una strategia in cui si ottenga una zanzara completamente resistente alle malattie, senza doversi preoccupare di effetti collaterali su organismi non bersaglio. Pertanto, quando abbiamo esaminato la ricorrenza naturale di tale caratteristica, l'approccio più promettente è apparso quello di verificare se fosse possibile ottenere alcuni di questi geni naturali e aumentarne la frequenza nelle popolazioni, in modo da ottenere una popolazione resistente alle malattie.

Mais si è scoperto che, almeno nei primi tempi, ottenere fisicamente queste sequenze geniche era molto difficile. Pertanto, il nostro gruppo e diversi altri hanno adottato un approccio completamente sintetico, basato sull'idea di costruire essenzialmente un gene in grado di conferire resistenza. In queste condizioni, abbiamo suddiviso il gene in due componenti semplici: una parte di controllo che indica quando, dove e in quale quantità produrre una sostanza specifica.

E poi una porzione effettrice infettiva, che è il prodotto effettivo generato da quel gene e che potrebbe conferire resistenza. Pertanto, nel nostro esame su come costruire questi geni, abbiamo deciso che sarebbe stato importante e opportuno che le porzioni di controllo posizionassero effettivamente la molecola effettrice nella parte della zanzara in cui si trovano i parassiti. Stavamo quindi cercando geni regolati durante lo sviluppo che ci avrebbero permesso di inserire qualcosa nel posto giusto.

E quel qualcosa, ancora una volta, è la molecola effettore, ovvero la porzione effettiva della molecola prodotta dal gene che interferisce direttamente con i parassiti della malaria o con i virus. Per quanto riguarda la malaria, abbiamo sviluppato quelli che vengono chiamati anticorpi a catena singola, in grado di interferire con il legame ai parassiti e con la loro capacità di invadere i tessuti della zanzara. Per i virus della dengue, invece, abbiamo sviluppato quella che viene definita una strategia di RNA interferente (RNAi), che sfrutta le proprietà cellulari della zanzara per degradare i virus mentre tentano di replicarsi all'interno dell'insetto.

Quindi, quando abbiamo iniziato a considerare la creazione di questi geni sintetici, abbiamo suddiviso il problema in parti componenti. La prima parte consisteva nel dimostrare in laboratorio che potevamo effettivamente ottenere una zanzara che normalmente trasmetterebbe un patogeno, rendendola invece incapace di farlo. E, come accennavo prima, per raggiungere questo obiettivo avevamo bisogno di sequenze di controllo in grado di esprimere la molecola effettore necessaria, nonché di una qualche tecnologia, una tecnologia di trasgenesi, che ci permettesse di inserire questo gene artificiale nella zanzara.

E così, per circa un decennio, su questo abbiamo lavorato ed è un argomento che mi ha interessato molto, così come i nostri colleghi, che hanno compiuto diversi progressi in questo settore. Tuttavia, dopo aver sviluppato queste zanzare in laboratorio, avevamo bisogno di un meccanismo per trasferire quel gene dal laboratorio al campo. E avevamo bisogno di un processo che permettesse a questo gene di aumentare di frequenza nella popolazione a un livello superiore rispetto agli aumenti che si osservano con la selezione naturale.

E così questi tipi di meccanismi sono chiamati sistemi di gene drive, e ciò che fanno è selezionare insetti che portano il gene di interesse, e presentano diverse proprietà, ma le due proprietà principali sono che sono coinvolti in qualcosa che si verifica come risultato dell'accoppiamento, ma aumentano la frequenza di un gene a un ritmo molto più elevato di quanto ci si aspetterebbe attraverso la selezione naturale per un certo vantaggio selettivo su quel gene. Quindi, quando abbiamo pensato allo sviluppo di questi sistemi di gene drive, abbiamo immediatamente riconosciuto che stiamo parlando dell'introduzione di organismi geneticamente modificati nell'ambiente aperto. E non sorprende che fossero associate preoccupazioni e ansie significative alla riduzione, al rilascio di materiali geneticamente modificati in natura.

Ed era importante per noi identificare quali preoccupazioni significative sarebbero state associate all'uso di organismi geneticamente modificati, per poi associarle alla scienza di cui disponiamo, al fine di ridurre i problemi connessi al loro utilizzo. Così abbiamo sviluppato ciò che chiamiamo criteri di progettazione, che tengono conto non solo della natura biologica degli organismi che stiamo sviluppando in laboratorio, ma anche di criteri legati a preoccupazioni sociologiche, culturali e ad altre questioni che le persone potrebbero avere. Questi aspetti diventano quindi i criteri di progettazione.

Quindi tre di questi argomenti che tratterò brevemente qui presentano sovrapposizioni in queste aree. Il primo è che qualunque sistema di gene drive sviluppiamo deve funzionare entro un arco temporale umano, non evolutivo. Ciò significa che il sistema deve diffondere un gene abbastanza rapidamente da permetterci di osservare concretamente gli effetti derivanti da tale diffusione.

E stiamo pensando in un ordine di grandezza di circa cinque-dieci anni. Questa era un'idea inizialmente sviluppata da Nora Pki, che aveva riconosciuto come, dato un periodo di 10.000 anni, si potesse realizzare qualcosa; tuttavia, il sistema di gene drive di cui parliamo doveva funzionare entro un arco temporale molto più umano. La seconda preoccupazione, e probabilmente la più rilevante, nonché un criterio fondamentale per noi, è che qualunque cosa sviluppiamo agisca esclusivamente sull'organismo bersaglio, ovvero non abbia la capacità di funzionare, oppure sia disattivata qualora dovesse effettivamente uscire dal nostro insetto bersaglio.

E questo è importante perché la preoccupazione della maggior parte delle persone è che tu crei qualcosa in laboratorio e pensino che vada bene, ma che poi possa fuoriuscire in natura e diffondersi in qualche modo a specie non bersaglio. Pertanto, una delle nostre principali considerazioni progettuali è quella di realizzare un sistema che funzioni esclusivamente nella specie bersaglio e che risulti disattivato qualora, in qualche modo, finisse al di fuori della specie bersaglio. La terza cosa, ovviamente rilevante, è che deve funzionare.

Lavorare significa qualcosa di più rispetto alla sola scienza e alla limitazione a determinate specie, per esempio. Deve essere economicamente sostenibile. Deve essere qualcosa che funziona effettivamente in un contesto ragionevole, in modo da essere qualcosa di accessibile da realizzare.

Questi sono alcuni dei criteri di progettazione che abbiamo esaminato. Non sono certo tutti. E immagino che alcuni di questi criteri potranno cambiare man mano che acquisiremo esperienza, ma ritengo che quei tre rimarranno invariati.

Quindi, prima che questa intera idea, in realtà, e le relative pratiche possano essere attuate, devono verificarsi diverse cose. Tornando a questa idea, cioè, prima di tutto, deve funzionare. Dobbiamo essere in grado di dimostrare in laboratorio che gli insetti che sviluppiamo sono effettivamente resistenti ai patogeni che stiamo mirando.

E poi dobbiamo essere in grado di dimostrare che il meccanismo del gene drive funziona nel modo previsto. Nel secondo caso, prevediamo di condurre prove in gabbia, ovvero prove controllate in gabbia, in modo da non rilasciare nulla nell'ambiente che possa introdurre il gene in una zanzara endogena o derivata da zanzare endogene nel sito bersaglio, e poi verificare se questo gene ha la capacità di diffondersi. Pertanto, questa verifica sarà fondamentale per il nostro lavoro.

Tuttavia, ritengo fondamentale comprendere che non sarà uno scienziato come me a raccomandare l'implementazione di una sperimentazione sul campo. In realtà, tale decisione sarà il risultato del lavoro di modellisti matematici, i quali, utilizzando i parametri che sviluppano e quelli che forniamo noi, potranno dare a un'istituzione sanitaria un'indicazione solida su se ciò che abbiamo sviluppato funzionerà effettivamente in modo economicamente vantaggioso oppure no. Pertanto, le raccomandazioni verranno effettivamente da professionisti della sanità pubblica esperti in modellistica, ed è a loro che spetterà stabilire se un intervento sia da escludere, da approvare o da abbandonare.

Non prevediamo che i ricercatori del laboratorio come me avranno un grande contributo al di là della fornitura dei dati grezzi ai modellisti, affinché questi ultimi possano utilizzarli. Quando abbiamo iniziato questo lavoro, abbiamo cercato strutture preesistenti che ci permettessero di valutare ciò che sarebbe stato necessario fare per affrontare la situazione etica legata all'uso di organismi geneticamente modificati. Quando diciamo "noi", intendiamo me e i miei colleghi, che lavoriamo insieme come squadra. Tuttavia, mentre esistono molte informazioni disponibili riguardo agli usi agricoli e all'impiego di piante, ecc., nella letteratura pubblicata vi era ben poco riguardo all'uso di insetti geneticamente modificati.

E quindi, come parte del nostro progetto principale, abbiamo dovuto includere un componente che affrontasse gli aspetti etici, sociali e legali dell'uso di zanzare geneticamente modificate. E come conseguenza di ciò, è stata un'esperienza di apprendimento straordinaria per portare ogni membro del gruppo al livello necessario per realizzare concretamente questo obiettivo. Lasciate che vi faccia alcuni esempi.

La maggior parte dei paesi del mondo in cui sono presenti queste malattie importanti non dispone di strutture normative in grado di formulare giudizi critici sull'uso di organismi geneticamente modificati. Per questo motivo, è diventato estremamente importante per noi identificare i paesi dotati di un'adeguata infrastruttura regolatoria con i quali poter consultare e interagire. La storia di situazioni di questo tipo mostra che spesso i paesi si sono trovati di fronte all'introduzione di un organismo geneticamente modificato, ancora una volta soprattutto in prodotti di origine agricola, come ad esempio mais, papaya o riso geneticamente modificati.

E il paese che manca della struttura normativa necessaria per affrontarla approverebbe rapidamente una legge che impedirebbe del tutto l'introduzione di organismi geneticamente modificati. Se ci si riflette da un punto di vista politico, si tratta di un'azione intelligente. Cioè, se non si è pronti ad affrontare la questione, è meglio bloccarla e darsi la possibilità di sviluppare la struttura adeguata per analizzarla e decidere se effettivamente ci sia o meno un problema.

E una volta che ciò accade, i paesi attuano la corretta struttura normativa, quindi abrogano le leggi e iniziano a consentire che l'organismo geneticamente modificato, qualunque esso sia, almeno venga sottoposto a revisione e forse, alla fine, venga utilizzato. Pertanto, riflettendo sul nostro lavoro, non potevamo scegliere un paese in cui saremmo stati l'evento scatenante per lo sviluppo della loro infrastruttura regolatoria. Dovevamo trovare paesi che avessero già completato questo processo e che avessero già un sistema regolatorio solido e ben consolidato.

Il motivo per cui abbiamo voluto farlo è che non avremmo avuto il tempo di essere, ancora una volta, l'evento scatenante. Detto questo, volevamo anche trovarci in un paese dotato di un sistema sanitario pubblico molto ben integrato verticalmente, il che significava che avremmo affrontato le problematiche sia a livello locale, sia a livelli superiori, fino al comune, alla contea, allo stato o all'equivalente federale all'interno della struttura regolatoria. E volevamo assicurarci che le decisioni prese, ad esempio per andare avanti, fossero validate a ogni livello.

Non era qualcosa che il governo centrale o il governo federale avrebbe imposto a un governo locale. Volevamo che fosse qualcosa su cui tutti concordassero. Pertanto, dovevamo effettivamente giungere a una situazione in cui esistesse un sistema sanitario pubblico verticale realmente ben integrato.

E poi affrontiamo questioni, ad esempio, relative al significato del consenso della comunità. Come si definisce una comunità? In questo momento definiamo la comunità come tutte le persone che sono o potenzialmente potrebbero essere interessate in senso immediato dal lavoro che stiamo conducendo.

Mais quel cambio, cambio si rivela non banale da definire, specialmente in circostanze in cui si cerca il consenso della comunità: cosa significa effettivamente disporre del consenso della comunità? È sufficiente un solo voto negativo per bloccare il progetto? Sono questioni che devono essere chiarite.

Questi sono alcuni dei problemi etici che stiamo affrontando. Uno dei nostri principali obiettivi in questo lavoro è garantire fin dall'inizio la piena partecipazione delle persone presenti nel sito di studio, nelle nostre deliberazioni e nei nostri sforzi per realizzare questo obiettivo. Ad esempio, disponiamo di un sito web accessibile a tutti e prevediamo la piena partecipazione dei nostri laboratori collaboratori, inclusi quelli con laboratori locali sul campo, in modo che siano coinvolti nel processo di pianificazione e in quello di attuazione.