Combattere la malaria su un nuovo fronte Inspire article
Traduzione di Rossana De Lorenzi. Stéphanie Blandin spiega il suo lavoro sulla malaria a Russ Hodge dell’ European Molecular Biology Laboratory di Heidelberg,in Germania – e racconta come è diventata una biologa molecolare.
Per molti di noi il modo più stretto di entrare in contatto con la malaria è una scatola di pillole prescritte prima di intraprendere un viaggio verso un Paese tropicale, o le storie di antiche spedizioni cancellate da febbri misteriose. Questa malattia, però, sembra lontana solo se osservata dai confortevoli divani del mondo sviluppato. Per la maggior parte del resto del globo, la malaria rappresenta ancora un problema enorme. Ogni anno continua ad uccidere milioni di persone – soprattutto i bambini dell’Africa.
della malaria (Giovanni
Grassi, 1854-1925)
La malaria è causata da un parassita monocellulare chiamato Plasmodium. Gli scienziati credono che la forma più pericolosa di questo organismo sia stata in circolo per circa otto milioni di anni – da quando cioè gli uomini si sono distinti dalle scimmie. Con molta probabilità la malattia ha cominciato a diffondersi quando gli uomini hanno deciso di ripulire le terre per l’agricoltura, lasciando grandi pozze d’acqua stagnante e creando quindi le condizioni ideali per la proliferazione delle zanzare, che trasmettono il parassita all’uomo attraverso la puntura.
Nel nostro organismo il Plasmodium infetta le cellule del sangue e si riproduce, manifestandosi ad ondate periodiche. Le proteine di superficie del parassita cambiano ad ogni generazione, in modo da sfuggire al nostro sistema immunitario. Un’infezione causa febbre e in molti casi anche la morte.
Ci sono due modi principali di combattere la malaria: innanzitutto attaccando le zanzare – distruggendo i luoghi in cui esse si riproducono o distruggendo direttamente gli insetti con dei pesticidi (come ad esempio il famigerato DTT, ormai quasi del tutto bandito). Il secondo approccio consiste nella cura dei pazienti infetti con farmaci quali la chinina, anche se il Plasmodium sta ormai sviluppando resistenza ai farmaci. Il riscaldamento globale, inoltre, potrebbe riportare la malaria in regioni più fredde da cui il parassita era stato completamente debellato.
Alcuni ricercatori, come Stéphanie Blandin, all’ European Molecular Biology Laboratory (EMBL) di Heidelberg, in Germania, hanno deciso di utilizzare nuove tecniche per affrontare questo problema. Nuovi studi sul Plasmodium potrebbero rivelare delle debolezze in questo organismo da sfruttare come target per lo sviluppo di nuovi farmaci. Un altro approccio, a cui Stéphanie è più interessata, consiste nell’osservare il processo di infezione nella zanzara. La malaria si manifesta anche negli insetti, e lo sviluppo di una cura per gli insetti potrebbe avere lo stesso effetto – se non addirittura un effetto migliore – per arrestare la proliferazione dell’organismo nel corpo umano.
Stéphanie ha sempre avuto il desiderio di diventare una scienziata. Suo padre è un agricoltore che alleva bestiame e coltiva grano nella regione francese di Borgogna; i suoi zii producono vino e sua madre è un’infermiera. “In casa c’erano sempre riviste in giro; in particolare me ne ricordo una che parlava della ricerca sul cancro,” dice. “Da piccola mi piaceva molto guardare le immagini. Ero molto attratta dalle bottiglie, dalle beute e dalle attrezzature di laboratorio in generale. Mi piacevano quelle strane tonalità di blu e di rosso – i colori dei gel che usiamo negli esperimenti. Quando poi ho imparato a leggere, mi divertivano gli strani nomi delle sostanze di cui si parlava.”
A scuola Stéphanie era molto portata per la matematica, e lei crede che probabilmente oggi sarebbe una matematica se non fosse diventata una biologa. Le piaceva molto la campagna e così aveva preso in considerazione l’idea di studiare scienze agrarie. Sia le scienze agrarie che la veterinaria erano incluse nel prépa – una scuola che alcuni studenti francesi frequentano dopo la scuola superiore, come preparazione alle grandes écoles, dove studieranno le scienze ed altre materie.
Alla fine scelse la biologia. “Ma innanzitutto volevo rendermi conto di cosa volesse dire lavorare in un laboratorio. Volevo anche imparare meglio l’inglese:” Stéphanie trascorse alcune settimane in un laboratorio all’EMBL. Successivamente si presentò l’opportunità di svologere un periodo di pratica nel laboratorio di Max Copper, presso la University of Alabama, e lei colse al volo l’opportunità di andare negli Stati Uniti. Copper lavorava su un progetto molto affascinante: scoprire in che modo i segnali molecolari inducono cellule generiche a diventare cellule specializzate del sistema immunitario. Dopo sei mesi in Alabama, era ormai completamente rapita dalla scienza.
Stéphanie sembra essere completamente a proprio agio di fronte al microscopio, mentre monta un vetrino ed aggiusta il fuoco con un rapido movimento della mano. Si allontana e mi lascia osservare. Qualche giorno fa un topo è stato punto da una zanzara Anopheles; stiamo osservando un campione del suo sangue. L’immagine che vedo al microscopio è piena di sfere perlate – le cellule rosse del sangue – e quando Stéphanie mi dice cosa guardare, anche io posso immediatamente rendermi conto che il topo ha la malaria. Alcune cellule sono infatti piene di macchie nere, causate dal colorante che identifica la presenza del parassita.
La parte più dura del suo lavoro consiste nell’indurre la malaria nei ‘piccoli topini bianchi’ dice. “Ma è necessario. Se ti è mai capitato di vedere un bambino soffrire per questa orribile malattia… questa immagine non ti lascia più. Il fatto che il parassita stia sviluppando resistenza ai farmaci mette a rischio la vita di altri milioni di persone ed è assolutamente necessario trovare un nuovo modo di combatterla. Questa consapevolezza ti stimola a lavorare duramente e ti aiuta a prendere alcune decisioni difficili.”
Una volta dimostrato che i topi sono infetti, Stéphanie cercherà di infettare un nuovo gruppo di zanzare. Ha diviso gli insetti in tre compartimenti da lei costruiti – “le case di zanzare” – poichè ci sono delle sottili differenze tra questi tre gruppi. Lascerà che le zanzare si nutrano del sangue dei topi infetti – i quali vengono momentaneamente addormentati – sperando di osservare delle differenze nella loro capacità di trasmettere la malattia.
“Quando ho cominciato a lavorare in questo campo, non si conosceva quasi nulla del sistema immunitario delle zanzare – non si era nemmeno sicuri che ne avessero uno,” dice Stéphanie. “C’erano buoni motivi per credere che avessero una sorta di sistema immunitario elementare, poichè in altri insetti, correlati alle zanzare dal punto di vista evoluzionistico, è stato dimostrato. Alcune mosche, per esempio, producono delle proteine che le proteggono da alcuni tipi di batteri. Elena Levashina, il mio supervisore nel laboratorio, ha scoperto due tipi di molecole nella zanzara chiamate thioester-containing proteins [TEPs]. Il mio progetto consisteva nel trovarne altre, e nel capire se queste potessero far parte di un ipotetico sistema immunitario della zanzara.”
Alcune zanzare sembravano in grado di combattere la malaria: i ricercatori avevano scoperto che alcune razze di Anopheles erano incapaci di trasmettere la malattia. “Questa razza poco comune è così vicina alla zanzara normale portatrice di malaria, che probabilmente una quantità minima di mutazioni genetiche – forse anche una sola – fanno in modo che queste zanzare siano protette,” dice Stéphanie. “Una sola proteina potrebbe distruggere il parassita all’interno della zanzara.”
In due anni, Stéphanie ed i suoi colleghi hanno scoperto più di una dozzina di altre potenziali molecole del sistema immunitario. Studi precedenti mostravano che le TEPs aiutavano la zanzara ad uccidere i batteri – potrebbero essere anche coinvolte nella resistenza contro la malaria? “Non è possibile studiare le cellule del parassita e della zanzara in un tubo di laboratorio,” dice Stéphanie, “così abbiamo pensato di studiare direttamente l’organismo della zanzara.” Il gruppo ha discusso a lungo il modo di pianificare gli esperimenti, ma erano tutti consapevoli di voler oltrepassare i limiti della tecnologia genetica.
“Per altri organismi esistono metodi in grado di sopprimere o attivare alcune molecole,” dice Stéphanie. “Questa parte dell’ingegneria genetica è molto utile per affrontare simili quesiti – in questo caso si potrebbe sopprimere una delle proteine del sistema immunitario. Se la zanzara riuscisse a questo punto a trasmettere la malaria, essendone prima incapace, noi sapremmo che quella particolare proteina proteggeva la zanzara dalla malattia.”
Purtroppo questi metodi non si possono ancora applicare alle zanzare. Un nuovo metodo per sopprimere specifiche proteine era però stato usato nei vermi ed in altri organismi. Per produrre le proteine, le cellule generano una molecola utilizzata come stampo chiamata RNA. Gli scienziati hanno scoperto che iniettando in alcuni organismi una versione modificata dell’ RNA correlato ad una particolare proteina, si riesce a bloccare la produzione della proteina stessa. Stéphanie ha deciso di utilizzare lo stesso metodo (chiamato RNA interference, o RNAi) nella zanzara, ed ha scoperto che funziona molto bene. Ha potuto quindi iniettare nelle zanzare degli RNA modificati, sopprimendo specifiche TEPs, sperando di annullare l’effetto protettivo delle zanzare resistenti alla malaria.
“Ho fatto esattamente quello che ti sto mostrando adesso,” dice. Nella prima ‘casa di zanzare’ ci sono i controlli – insetti normali che dovrebbero trasmettere la malaria. La seconda e la terza casa contengono zanzare che sono naturalmente resistenti. Lei però ha iniettato queste zanzare una per una al microscopio, bloccando le proteine essenziali per l’immunità. I due gruppi di zanzare hanno due diverse TEPs soppresse. Quello che lei spera è che almeno uno dei due gruppi di zanzare iniettate riuscirà adesso a trasmettere la malattia.
Una volta terminato il contatto con le zanzare, i topi vengono riposti nelle loro gabbie. “Adesso il parassita deve crescere e svilupparsi nelle zanzare,” dice. “Bisogna aspettare alcuni giorni. La prima volta che abbiamo fatto questo esperimento mi sentivo molto emozionata.”
Ciò che Stéphanie ama di più della scienza è la libertà. Puoi stabilire il tuo ritmo e lavorare nelle ore che preferisci – che in genere sono comunque molte. Lei ad esempio ama lavorare di sera: è il momento più tranquillo, quando tutti sono andati via – è allora che svolge la maggior parte del suo lavoro. Spesso arriva in mattinata e rimane a lavoro fino alle due o le tre del mattino. “E’ molto difficile quando anche il tuo partner è uno scienziato,” dice Stéphanie; anche suo marito lavora all’EMBL. “Bisogna trovare un piano di lavoro comune.”
Qualche giorno dopo la mia visita si reca nella camera fredda accanto al laboratorio di Fotis C. Kafatos, dove ha lavorato negli ultimi anni. Le zanzare che ha infettato alcuni giorni fa sono in ghiaccio. Al di sotto di una certa temperatura, gli insetti entrano in uno stato dormiente in cui possono sopravvivere per alcuni giorni. Adesso li analizzerà in cerca delle tracce del Plasmodium.
Con pochi ma abili movimenti sotto al microscopio rimuove l’intestino della zanzara, un lungo tessuto bianco simile ad una miniatura del nostro intestino. Il sangue succhiato dalla zanzara passa attraverso l’intestino durante la digestione, ed è anche qui che il parassita comincia la sua invasione. I parassiti Plasmodium dal sangue si infiltrano nelle cellule che costituiscono la barriera dell’intestino e viaggiano lungo il corpo della zanzara per raggiungere le ghiandole salivari, da cui possono infettare altri animali o umani durante la puntura successiva.
Il suo esperimento ha avuto successo. Stéphanie ha trovato tracce di parassita vivo nelle zanzare che normalmente riescono a sconfiggere Plasmodium. Sopprimendo un singolo tipo di TEP è riuscita a trasformare Anopheles non infettivi in portatori di malaria.
“Naturalmente il nostro obiettivo è fare il contrario,” dice. “Dal momento che sappiamo che questa particolare proteina, TEP1, è essenziale per uccidere il parassita, possiamo pensare ad un modo per introdurla in zanzare che altrimenti trasmetterebbero la malattia.” Passeranno forse molti anni, dice, prima che questi risultati si trasformino in una cura per la malaria. Questa potrà essere sotto forma di uno ‘spray utile’ che rinforza il sistema immunitario delle zanzare, oppure potrà consistere nella generazione di zanzare geneticamente modificate che potrebbero un giorno essere liberate nell’ambiente. Prima che tutto questo succeda, naturalmente, gli scienziati dovranno avere una conoscenza molto più approfondita delle zanzare Anopheles, e potranno intervenire solo dopo ricerche accurate e con il pieno consenso dei Paesi interessati.
Nessuno sa da dove verrà la prossima conquista in questa lotta contro la malaria. Nel passato, tuttavia, i passi fondamentali sono stati fatti attaccando le zanzare. Finchè la malaria esisterà gli insetti continueranno a trasmetterla, se ne saranno in grado. Questo è un motivo più che sufficiente, secondo Stéphanie ed i suoi colleghi, per affrontare il problema con tutti gli strumenti che la biologia molecolare mette oggi a disposizione.
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Review
Questo articolo parla di una ricercatrice che lavora in un laboratorio di biologia molecolare, cercando di trovare una cura per la malaria. Il risultato finale è una storia che ogni scienziato – o chiunque abbia in mente di diventarlo – dovrebbe leggere. E’ interessante, positivo e manda un messaggio di speranza per un mondo migliore. Allo stesso tempo stimola molte domande importanti.
Man mano che la storia procede, il lettore riesce ad avere un quadro generale della malattia: da cosa è causata, come si diffonde, quali approcci sono stati utilizzati fino ad ora per sconfiggerla, e su cosa si focalizza la ricerca attuale. Anche se la maggior parte di queste informazioni possono essere trovate in molti libri di biolgia, il modo in cui sono presentate in quest’articolo le rende particolarmente interessanti e piacevoli da leggere.
Quello che si legge della ricercatrice in questo articolo dà un’impressione molto positiva di quello che fanno gli scienziati: hanno l’opportunità di lavorare in centri di ricerca in tutto il mondo, portando avanti progetti affascinanti; utilizzano tecniche scientifiche moderne; sono liberi di organizzare tempi e ritmi della propria giornata lavorativa (che confessano essere molto pesante); ma soprattutto il loro contributo personale può portare a scoperte di rilevanza oggettiva, che potrebbero salvare la vita di milioni di persone, specialmente bambini.
Ciò che forse rende questo articolo unico è la naturalezza con cui si affrontano una serie di argomenti fondamentali, che riguardano non solo la comunità scientifica ma anche governi, istituzioni e la società in generale. In un breve resoconto su come la malaria sia comparsa, l’autore allude al fatto che forse è stato l’intervento umano migliaia di anni fa a permettere ad una malattia fino ad allora sconosciuta, di diffondersi in maniera così ampia. Attualmente, le azioni degli uomini hanno provocato un riscaldamento globale che potrebbe riportare la malattia da Paesi tropicali lontani all’uscio del mondo sviluppato. Viene anche brevemente affronata la questione dell’utilizzo di animali per la ricerca. Inoltre viene sottolineato il fatto che le scoperte scientifiche dovrebbero essere sfruttate solo in seguito ad un accurato esame di tutte le loro implicazioni.
Questo articolo potrebbe essere usato in diversi modi come supporto didattico. A parte il suo evidente utilizzo come fonte di informazione scientifica per gli insegnanti, potrebbe anche essere impiegato sotto forma di strumento didattico alternativo. Ad esempio, l’insegnante potrebbe distribuirlo agli studenti e chiedere loro di rispondere a domande che approfondiscano l’informazione scientifica contenuta e l’aspetto più umano di come uno scienziato organizza i propri esperimenti.
Michalis Hadjimarcou, Cyprus