Pac-Man

su da scienziatimattiin Ingegneria Genetica

Come mai abbiamo dei farmaci piuttosto efficaci contro i batteri, mentre contro i virus si riesce a fare poco o nulla?

I batteri sono organismi viventi a tutti gli effetti: mangiano, crescono, si riproducono, e muoiono. Un farmaco diretto contro un batterio, un antibiotico, può colpire una qualsiasi di queste fasi vitali del batterio. 

I virus invece non sono proprio esseri viventi; sono scatole con del materiale genetico (DNA o RNA) al loro interno. Queste scatole iniettano il loro contenuto nelle cellule viventi e le fanno diventare zombie che producono nuovi virus. 

Si può uccidere una scatola? I (pochi) farmaci antivirali che conosciamo cercano di bloccare l’ingresso del virus nelle cellule o impediscono alle cellule di costruire nuovi virus. In altre parole, si colpisce la cellula infettata e, solo indirettamente, il virus.

Per fortuna non siamo gli unici a confrontarci col problema delle infezioni virali: anche i batteri possono essere infettati dai virus! 

I batteri sono evolutivamente molto più avanzati di noi. Infatti sono arrivati sulla Terra miliardi di anni prima degli ominidi, e dopo aver studiato approfonditamente i loro nemici virus, hanno inventato un antivirus super-efficace: il sistema CRISPR/Cas!

Si tratta di un paio di micro-forbici che tagliuzzano il materiale genetico (DNA o RNA) del virus appena entra nel batterio. Per evitare di tagliare anche il materiale genetico dei batteri, CRISPR/Cas taglia solo in corrispondenza di sequenze tipiche dei virus. 

Purtroppo non esiste una sequenza di DNA/RNA comune a tutti i virus che conosciamo, ma bisogna riadattare CRISPR/Cas per ogni invasore. Se i batteri hanno molti CRISPR/Cas diversi al loro interno, gli scienziati hanno ormai imparato a riadattare il sistema per tagliare delle sequenze di DNA/RNA a scelta! 

CRISPR/Cas è così facile da modificare che ormai è usato moltissimo nell’ingegneria genetica per tagliare e sostituire pezzi di DNA!

Gli Scienziatimatti di oggi hanno provato ad installare questo antivirus in cellule umane. Si sono concentrati sul virus dell’influenza, uno dei più diffusi sul pianeta, ed hanno preso in prestito i CRISPR/Cas di Ruminococcus flavefaciens, batterio che vive nell’apparato digerente dei cavalli, esperto nella lotta contro i virus a RNA (tra cui, appunto, Influenza virus). 

Le micro-forbici modificate sono state date a delle cellule umane in provetta e… le cellule diventavano capaci di sconfiggere il virus Influenza A – H1N1!

Gli Scienziatimatti hanno testato in laboratorio 8 sequenze bersaglio predette al computer. Hanno dato le microforbici dirette contro queste sequenze a cellule polmonari in provetta, poi hanno aggiunto Influenza virus (H1N1 IAV) ed hanno contato quante cellule venivano infettate. La sequenza nr. 6, una di quelle che ha funzionato meglio, è stata analizzata più approfonditamente contando quante cellule in percentuale erano state infettate dal virus in 6 esperimenti, rappresentati dai puntini colorati sul grafico a destra. Immagine riadattata da Abbott et al. 2020.

Se i virus influenzali sono tra i più probabili candidati per scatenare una pandemia, ormai sappiamo bene che i Coronavirus non sono da meno. 

Ad oggi conosciamo più di 3000 Coronavirus diversi. Gli Scienziatimatti hanno calcolato che basterebbero 6 CRISPR/Cas diversi per proteggerci dal 91% dei coronavirus. 

Gli Scienziatimatti hanno preso i genomi di tutti i coronavirus conosciuti. Si tratta delle sequenze di RNA contenute all’interno del virus, che vediamo rappresentate nell’immagine a cerchio, chiamata albero filogenetico. I computer hanno trovato delle sequenze di RNA presenti in quasi tutti i Coronavirus che potrebbero servire come bersagli per CRISPR/Cas. Non resta che testare queste sequenze in lab! (immagine riadattata da Abbott et al. 2020).

Certo, stiamo ancora parlando di un sogno che prima di poter diventare attuabile deve affrontare vari problemi: come fare per portare CRISPR/Cas nelle cellule del nostro corpo? CRISPR/Cas funzionerebbe se ci fosse un’infezione già in corso?

In ogni caso, un sogno è sempre il primo passo per realizzare un progetto!

P.S. sì, gli Scienziatimatti hanno testato il loro sistema in provetta anche contro Sars-CoV-2, ottenendo risultati preliminari incoraggianti!

Cellule polmonari in provetta hanno ricevuto diverse sequenze bersaglio CRISPR/Cas dirette contro il SARS-CoV-2 (G1, G4, G5 e G8). Non avendo a disposizione il SARS-CoV-2 nel loro laboratorio, gli Scienziatimatti hanno costruito un reporter, cioè una sequenza simile al virus del COVID-19, lo hanno messo dentro un altro virus (lentivirus), ed hanno infettato le cellule con questo virus “approssimato”. La quantità di reporter è stata poi contata nelle cellule con o senza sistema CRISPR/Cas. Immagine riadattata da Abbott et al. 2020.

Qui il link alla ricerca originale: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.13.991307v1.full

25 pensieri su “Pac-Man”

  2. In realtà i virus sono molto meno mortali oggi di quanto non lo fossero anche solo 50 anni fa. Qui ci sono i tassi di mortalità delle più importanti epidemie virali che ci sono state dal 1967 ad oggi: https://www.statista.com/statistics/1095129/worldwide-fatality-rate-of-major-virus-outbreaks-in-the-last-50-years/

    Durante la pandemia di COVID-19 (che speriamo sia ormai agli sgoccioli) siamo stati sommersi da una marea di informazioni che ci hanno resi poco obbiettivi, e quando un problema ci si presenta molto da vicino, ci sembra sempre enorme. Cerchiamo di ritrovare una visione d’insieme: negli ultimi decenni le malattie infettive (tra cui anche quelle dovute ai virus) sono diventate molto meno pericolose grazie al miglioramento dei sistemi sanitari e, soprattutto per quanto riguarda i virus, per grande merito dei vaccini.
    Due esempi per farci riflettere:
    1- il virus del vaiolo = mortalità oltre il 30% e danni permanenti come cecità in tantissimi sopravvissuti. Grazie al vaccino, questo virus non esiste più dal 1977!
    2 – Il virus influenza H1N1 che ha causato la Spagnola nel 1918, molto simile al virus del COVID-19 per quanto riguarda trasmissibilità e tassi di mortalità, ha fatto più di 50 milioni di morti. I morti per COVID-19 per ora sono 469 mila, cioè 100 volte meno!

    Di certo, per quanto riguarda virus e pandemie, siamo più fortunati di chi è vissuto 100 anni fa.

    Ultima cosa: i virus sono parte integrante della nostra evoluzione. Possiamo tranquillamente dire che senza i virus non ci sarebbe l’uomo, visto che è grazie ad un gene di origine virale che si forma la placenta. Qui c’è un bellissimo articolo che spiega meglio la nostra coevoluzione coi virus: https://www.iltascabile.com/scienze/virus/

    Invece del libro “Spillover”, ne ho sentito parlare, ma non l’ho ancora letto! Tu l’hai letto? Merita?

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    1. Ti confermi la lettrice più attenta! 🙂
      Quando sono andato a leggere nel dettaglio la figura dell’articolo per scrivere questo post sono rimasto sorpreso anch’io che non avessero scelto le sequenza 4 che è più efficace. Alla fine mi sono appellato alla formula politically correct “una delle sequenze più efficaci”, ma chiaramente ho girato attorno al problema!
      I motivi per cui i ricercatori hanno scelto di continuare con la sequenza 6 potrebbero essere due, secondo me:
      1 – A volte, per dimostrare che l’idea è davvero buona, non si sceglie la strategia migliore, ma una strategia che da un risultato più nella media. Questo però avrebbe avuto senso se una sequenza fosse stata un outlier, per esempio un’eccezione al 2% contro altre sette sequenze sopra il 50%.
      2 – Gli istogrammi non ci dicono proprio tutta la verità e ormai nella ricerca non si usano quasi più. Forse la sequenza 4 ha il 45%, ma se si facesse un grafico con una nuvola di punti (come quello fatto per la sequenza 6 a destra) si vedrebbe una nuvola molto dispersa in verticale. Per esempio, già guardando la nuvola di punti della sequenza 6 vediamo che i due punti più in alto sono allo stesso livello dei due punti più in basso nel gruppo di controllo. I due gruppi non sono totalmente indistinguibili e magari la sequenza 4 avrebbe dato una nuvola più dispersa in verticale e quindi meno distinguibile dal controllo.

      Se prendo una cellula a caso, sono in grado di dire se viene dal gruppo controllo o dal gruppo trattato con la sequenza semplicemente misurando i livelli di virus al suo interno? Se cioè disegno un punto a caso sul grafico a destra, posso dire con certezza a che gruppo appartiene?
      Il p value mi dice che probabilità ci sono di sbagliarsi nell’assegnare un punto preso a caso ad un gruppo.

      Per il gruppo 6, il p value è 0.039, cioè ho il 3.9% di possibilità di sbagliarmi nell’assegnare un punto al gruppo 6 o al controllo.
      Con una nuvola più dispersa in verticale sarebbe più facile sbagliarsi e quindi il p value sarebbe più alto di 0.039.
      Forse la sequenza 4 è stata testata, ma dava un p value più alto di 0.05, che è una soglia arbitraria scelta in biologia al di sopra della quale si considera che non si possono distinguere due gruppi.

      Una cosa che mi colpisce è che non tutte le sequenze predette al computer funzionino. Ed è sempre così! In laboratorio, quando costruiamo dei siRNA (sequenze di RNA usate per bloccare la produzione di una proteina, stesso principio di CRISPR/Cas), dobbiamo sempre costruirne 3 o 4 diversi per averne uno che funziona. Nella mia esperienza di laboratorio, una sequenza su 3 non funzionerà. Non sappiamo ancora come mai, ma in pratica i computer non bastano e bisogna fare l’esperimento per scoprire la reale efficacia di una sequenza.

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    1. Ti mancavano notizie sul Sars-CoV-2? 😉 Noi che in lab non studiamo i virus, ma solo i banali tumori, non ne possiamo più di leggere solo ricerche su di lui!
      Comunque, per fortuna, esiste ancora della ricerca non incentrata su covid-19 e presto potremmo avere un nuovo articolo in uscita dove la parola virus non compare neanche una volta!

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      1. No no, quello no! Anzi, in questi mesi ho seguito di tutto e di più, e su quello sono più che al completo.
        Tra l’altro, grazie anche a un mio lettore neurologo, che in quanto tale non solo non era fra quelli in prima linea, ma in tutti questi mesi è rimasto semi-disoccupato, e quindi con molto tempo per navigare e informarsi, so che in questo periodo sono triplicate le morti per infarto, sia perché sono peggiorate le condizioni di quelle persone a rischio che si mantenevano in buone condizioni con lunghe camminate all’aria aperta eccetera, che non hanno più potuto farlo (e mettiamoci anche le relazioni sociali, che hanno anch’esse il loro peso), sia perché a forza di raccomandare di non andare all’ospedale perché quelli erano fabbriche di infezione (non che non lo fossero), la gente non ci andava anche se aveva qualche sospetto che potesse magari essere il caso. E che c’è stato un calo del 52% nelle diagnosi di tumore, vale a dire che ci sono migliaia di persone che lo hanno ma non si stanno curando perché non sanno di averlo. E quelli stanno aspettando di arrivare al fantomatico “rischio zero” per ripartire!

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    1. Sono passati cento anni: fidati, un bel po’ di cose sono cambiate. Per esempio non c’era il cortisone per le infiammazioni, non c’erano gli antibiotici per le infezioni opportunistiche, non c’erano miliardi di altre cose, e soprattutto adesso non stiamo uscendo da quattro anni di guerra coi corpi debilitati dalla fame. Se arriva un’altra ondata, di sicuro non sarà perché tu oggi hai preso l’aperitivo al bar e io sono andata a comprarmi due vestiti e due camicette e la signora Adalgisa si affaccia regolarmente al balcone senza mascherina. E ricordando sempre che se chiudi tutto per paura del covid si creperà alla grande di infarto, di tumore, di tutte quelle patologie che richiedono controlli regolari, che da mesi non vengono più fatti. Oltre che di fame, se l’economia non riparte.

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      1. Io resto in campana lo stesso. La signora Adalgisa può affacciarsi al balcone senza mascherina, ovvio. Io la indosso comunque ogni volta che esco, anche se è la cosiddetta “mascherina altruista” e non sono contagiosa. Non sono protetta da chi, se pure la indossa, magari lo è.

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      2. La cosa probabilmente più utile che possiamo fare oggi per ridurre l’impatto di questa pandemia e di quelle future è appoggiare la scienza.

        Possiamo fare donazioni, soprattutto a enti che fanno ricerca di base, e poi possiamo scegliere di ascoltare (e magari diffondere) notizie scientifiche equilibrate.

        Ma se non siamo scienziati, come fare a capire di quali articoli fidarsi?
        Due mosse per cominciare:
        1 – Scrematura = articoli che parlano di certezze e sicurezze al 100% (la questione è chiusa, la scienza ha deciso, …), così come articoli che non fanno riferimento alle ricerche di cui parlano, non sono validi. Non importa chi li scrive o quale giornale li pubblica.
        2 – Riflessione = se dopo aver letto l’articolo resto perplesso, non commento né condivido d’impulso, ma aspetto almeno 24 ore. A volte basta svuotare la testa e pensare ad altro per chiarirsi le idee.

        Dopo queste due fasi è anche possibile che arriviamo alla conclusione che non siamo in grado di esprimere un giudizio. Come dice Zerocalcare, se non abbiamo niente da dire, esiste il silenzio e (io aggiungo) il silenzio è segno di grande maturità.

        Poi divaghiamo un po’, ma qui c’è un articolo simpatico sulla possibilità che esistano dei complotti organizzati su larga scala: https://trustinscience.com/2020/05/15/grandi-complotti/

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      4. Oggi per covid19 sono morte 18 persone: per incidenti domestici ne muoiono di più, e pochi di meno ne muoiono ogni giorno per incidenti stradali: questo ti impedisce di andare in auto, in bicicletta, a piedi per la strada? L’unica cosa a rischio zero nella vita è tirarsi una pallottola in testa, dopodiché hai la certezza matematica che non ti capiterà più niente; per tutto il resto – compreso il maneggiare tutte quelle robe strane in laboratorio come fa il nostro ospite – devi scegliere: o accetti il rischio, o rinunci a vivere. E rinunciare ad abbracciare un amico a faccia scoperta, per me, rientra nel rinunciare a vivere. Per fortuna la pensa esattamente allo stesso modo il mio amico rianimatore, che ha fatto due mesi con turni di 12 ore di lavoro alternati a turni di 6 ore di riposo, cioè uno che ha visto in faccia tutto quello che c’era da vedere, che non mi ha fatto mancare il suo caldo e stretto abbraccio quando ci siamo incontrati per strada.

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      5. @scienziatimatti: Ho un cugino che fa di mestiere il guaritore (vabbè, ognuno ha la sua croce), per la precisione guarisce mediante le “energie sottili”. Naturalmente esiste da oltre trent’anni un’erba che guarisce oltre il 90% dei tumori ma le case farmaceutiche non vogliono eccetera eccetera, e in famiglia la cosa ha avuto parecchio credito. Parlando con una cugina, tanto boccalona ma un po’ meno tonta degli altri, ho detto senti un po’: fra biologi, microbiologi, tecnici di laboratorio, personale tutto delle case farmaceutiche, oncologi, radiologi, infermieri eccetera eccetera, quante potrebbero essere nel mondo le persone coinvolte, direttamente o indirettamente, nella ricerca sul cancro? Centomila? Un milione? Dieci milioni? tutti sanno e nessuno parla? C’è chi pagherebbe miliardi di euro a chi fosse disposto a parlare e nessuno parla? Si ammala tua madre, si ammala tuo figlio, sai che la cura c’è e lo guardi morire senza muovere un dito? Ti ammali tu, sai che la cura c’è ma ti lasci crepare in silenzio? Ma quanto scemi bisogna essere per potersi bere una puttanata simile? Sembra che il ragionamento l’abbia convinta, solo che l’altro sta a pochi chilometri da lei e io a centinaia, per cui poi sulla lunga distanza non so. Quello che voglio dire comunque è che sono scenari talmente idioti che ti chiedi come sia possibile che qualcuno se la beva (fanno le scie chimiche per avvelenarci e condizionare la nostra mente senza che ce ne accorgiamo, e le fanno in modo tale che le veda anche un cieco?!), e invece non solo ci credono, ma ti danno anche del cretino perché “ti bevi” la verità ufficiale.

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      6. Alla fine non è neanche questione di scemenza. A volte c’è la disperazione della malattia che ti porta a volerci credere. Più spesso c’è una mancanza di fiducia nei confronti della scienza dovuta sicuramente anche al fatto che noi scienziati non facciamo molto sforzi per comunicare la scienza in maniera semplice.

        Se vado da un medico che non mi ispira fiducia, anche se non sono medico e non ho le competenze necessarie a decidere, tenderò a dubitare dei suoi consigli. Questa è semplicemente la natura umana.

        Quindi bisogna riaprire il dialogo con tutti e riacquistare piano piano la fiducia, ricordando che la verità non è mai al 100% da una parte (le certezze al 100% devono farci dubitare di chi le proclama!).

        Hai letto l’ultimo giro di giostra di Tiziano Terzani? Ho trovato molto bello il suo viaggio fisico ed introspettivo allo stesso tempo alla scoperta dei vari metodi di cura (e comunque, come lui dice da subito per togliere ogni dubbio, il suo tumore l’ha curato con la chemio!). Penso che sia uno di quei libri che ogni medico (e non solo medici) dovrebbe leggere per mettersi nelle scarpe dell’altro.

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      7. Sì però anche no. Se hai un figlio che continua a peggiorare e i medici non ti danno speranze e ti arriva qualcuno che ti dice che c’è una roba che si chiama stamina o di bella o ambarabàcicìcocò che fa miracoli, non ho il minimo dubbio che tu sia pronto a passare sul cadavere di tutti i medici e di tutti i giudici per ottenere di farla provare a tuo figlio, ma qui abbiamo a che fare con persone che non sono malate, che non hanno parenti malati, che stanno facendo discorsi unicamente teorici e ti spiegano che Bigpharma ha come unico obiettivo farti ammalare, che la chemio ti uccide e che il bicarbonato ti salva. Ed è sicuramente vero che medici e ricercatori non sempre sono i migliori comunicatori, ed è anche vero che non di rado i terapeuti “tradizionali” di ogni sorta sono frettolosi mentre l’omeopata, l’iridologo, il pendolinologo, il naturopata ti ascoltano, ti parlano, ti spiegano, ti mostrano empatia, ma nel rifiuto di ascoltare qualunque argomentazioni scientifica, nel bersi le più assurde e astruse ciarlatanerie, nell’opporre obiezioni quali “E non mi tratti da ignorante! Io ho un dottorato di ricerca!” “In che cosa?” “In filologia romanza” (capitato al mio anestesista-algologo) io ci vedo una sorta di delirio analogo a quello dell’onnipotenza, ossia il delirio di onniscienza: non mi puoi dare a bere le balle della medicina ufficiale perché io so tutto per scienza infusa e quindi capisco tutto meglio di te, e non mi freghi.

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  8. Cari scienziatimatti, grazie di esistere 😉 I vostri interventi sono ormai un punto di riferimento, e mi autoconpiaccio di trovarmi in linea. Ho letto Spillover e mi ha affascinata moltissimo, ma io sono una povera ignorante. Probabilmente per voi sarebbe come leggere Topolino 🙂

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    1. In realtà ad ottobre scorso (quindi in tempi non sospetti!) avevo preso un libro su come le epidemie abbiano influenzato il corso della storia (Epidemics and society, from the black death to the present – Snowden), ma è ancora sul comodino in attesa 😅

      Comunque per buona parte della pandemia ho fatto colazione con le tue ricette! Grazie!

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