Vol. 2° -  XVIII.4.

Le Biotecnologie
applicazioni del DNA ricombinante

Da più di un decennio si possono produrre su larga scala proteine codificate da geni umani. Attraverso tale miracolo tecnologico è oggi possibile utilizzare batteri comuni, come l’Escherichia coli, per produrre insulina umana, l’ormone umano della crescita, gli interferoni a, b e g, altri tipi di linfochine, fattori di crescita per i cheratinociti della cute, anticorpi mono-specifici ingegnerizzati in vario modo e persino molecole ibride non presenti in natura ma, apparentemente, più efficaci delle molecole naturali. Questa tecnologia per la quale è stato ideato il nome di ingegneria genetica, si è fortemente consolidata nell’arco di un periodo assai breve, così da fornire prodotti affidabili per omogeneità, e pertanto proponibili come farmaci per uso umano.

Il procedimento del DNA ricombinante ha aperto la strada a nuove ed eccitanti possibilità di ricerca, e afferma la plausibilità dell’ingegneria genetica, cioè dell’alterazione della costituzione genetica di cellule o di individui per modificazione diretta e selettiva, inserzione o delezione di uno o più geni. In alcuni casi, nuove combinazioni di geni sono create congiungendo frammenti di DNA di organismi diversi. La tecnologia del DNA ricombinante sta facendo progredire le nostre conoscenze della struttura e funzione dei genomi eucariotici e procariotici.

Le tecniche che hanno consentito tutto ciò vengono indicate col termine onnicomprensivo di biotecnologie. Alla base di esse sta la possibilità d’ibridizzare sequenze di DNA corrispondenti a geni provenienti dalle specie vegetali o animali più disparate, inclusa quella umana, con vettori di espressione plasmidici o virali, e quindi inserire tali geni ibridi in batteri, lieviti o cellule di mammifero. In tal modo è possibile sfruttare la macchina biochimica della cellula ospite per fabbricare RNA messaggero (mRNA) corrispondente al gene ingegnerizzato. Se tale gene era umano, diviene così possibile esprimere mRNA umano in cellule di specie lontane dalla nostra. Tale mRNA viene poi tradotto in una proteina del tutto simile o addirittura identica a quella umana. Proteine così prodotte sono dette ricombinanti. Esse vengono accumulate nel sovranatante, cioè nel brodo di coltura, o nel liquido intracellulare delle cellule ospiti coltivate in appositi reattori biologici. La produzione di tali sostanze è rapidamente divenuta tale in qualità e quantità da soddisfare la domanda del mercato farmaceutico.

Più recentemente la produzione commerciale di proteine umane utilizzate come farmaci si è avvalsa di tecniche d’ingegneria genetica su animali produttori di latte (ovini, bovini). Almeno tre gruppi di ricercatori hanno dimostrato che pecore e vacche transgeniche possono produrre col proprio latte proteine umane, quali il fattore IX della coagulazione del sangue e l’a-1-antitripsina, in quantità di grammi per litro e cioè tale da soddisfare la richiesta farmaceutica.

La tecnologia degli animali transgenici da latte è in fase preindustriale e nessun prodotto così ottenuto è giunto all’impiego clinico. Essa tuttavia deve essere tenuta presente come passo successivo e, forse, vincente, soprattutto per le probabili maggiori economie nel sistema produttivo. L’animale, infatti, sostituirebbe in tal caso i complicati sistemi termostatati dei reattori biologici, garantendo una naturale sterilità in fase di produzione.

L’interesse per i peptidi di sintesi e per le proteine ricombinanti o estrattive come potenziali farmaci è drammaticamente cresciuto sin dagli inizi degli anni ‘60 quando cominciò ad essere possibile la sintesi di grandi quantità di peptidi in fase solida e quando agli inizi degli anni ‘70 fu possibile ingegnerizzare batteri con la tecnologia del DNA ricombinante, obbligandoli a produrre proteine simili o addirittura identiche a quelle umane. Trasformare tali sostanze in farmaci è stato un cammino lungo ed estremamente complesso. Nonostante ciò, il numero dei nuovi farmaci è andato rapidamente crescendo tanto da renderne oggi difficile una seppur provvisoria classificazione.

L’impiego dei batteri come cellule ospitanti nel corso degli esperimenti sul DNA ricombinante ha fornito importanti informazioni sulla regolazione genica. Con frammenti di DNA del donatore, dotati di diverse dimensioni, è stato possibile identificare la localizzazione e l’azione delle unità di controllo (sequenze promoter) che governano l’espressione di particolari geni. Le procedure di DNA ricombinante, basate sui batteri e su frammenti di DNA tradotti in molecole proteiche, hanno portato alla crescente disponibilità di sostanze utili in campo medico come l’insulina per il diabete, l’interferone per le infezioni virali e alcune forme tumorali, l’ormone della crescita o GH, acronimo di growth hormone, per il nanismo ipofisario. Queste sostanze in passato erano estratte dalle sorgenti naturali per cui erano disponibili in quantità limitata, salvo l’insulina che è sempre stata preferibilmente di origine suina, purtroppo dotata di rischi allergici connessi a questa fonte.

Altra conquista della medicina dovuta al DNA ricombinante è stata la produzione di vaccini. Un vaccino può essere composto dalla sostanza tossica prodotta da un germe, come nel caso del vaccino antitetanico, sostanza che però viene opportunamente neutralizzata, oppure può consistere in agenti vivi e attenuati, oppure in agenti uccisi senza che per questo abbiano perso la capacità di stimolare l’organismo a produrre le armi adeguate, rappresentate dagli anticorpi.

Il virus del vaiolo umano pare scomparso dalla faccia della terra. Se ne è conservato un ceppo in un laboratorio statunitense e diremo tra poco il perché. Ma anche questo ceppo è stato recentemente distrutto. Quel malefico virus, che tanti lutti ha procurato, è stato asservito alla salute umana impiegando il suddetto ceppo per produrre un vaccino contro il virus  di tipo 1 dell’herpes  simplex, responsabile delle lesioni orali e labiali (il tipo 2 è responsabile delle manifestazioni genitali); sempre l’ingegneria genetica ha sfruttato il vecchio killer per produrre un vaccino contro virus influenzali e, terzo ed ultimo, il vaccino contro l’epatite B che attualmente viene prodotto con il lievito. Le speranze del futuro sono rivolte verso uno stupro totale dell’ospite: oberarlo di molteplici genomi, ognuno di origine diversa, con lo scopo di produrre un vaccino polivalente.

Esistono molti oggetti vaganti, tra i quali il primato spetta alle notizie. L’informazione è spesso un insieme di bazzecole raccolte con finalità ben precise: intimorire, guidare il voto politico, determinare una scelta commerciale. È il gioco di questa giungla che è la vita umana imbellettata di sociale. Una giungla molto più infida di tutte quelle abitualmente citate. Arriveremo al dunque, ma le chiose sono il mio forte, per cui vorrei far notare che, da buon agnostico politico, avevo già da tempo inteso ciò che anche l’uomo più sprovveduto sa leggere negli avvenimenti. Televisione & Company ci hanno subissati di notizie sui macabri avvenimenti della ex Iugoslavia, cercando di colpevolizzarci per questo disastro morale e umano spuntato quasi come un fungo alle soglie del 2000. Nauseanti, semplicemente nauseanti i telegiornali.

Nessuno che citasse la vera causa di tutto. È certo che nella vendita di armi ai belligeranti tutte le nazioni fornitrici ne guadagnano, quindi anche il singolo, anche l’obiettore di coscienza. Bisogna aggiungere che i proventi decuplicano quando la devastazione deve nuovamente trasformarsi in apparato vivibile. Sarà un accaparrarsi di privilegi commerciali per fornire ai derelitti cemento, ferro, mattoni, preservativi, sì, anche preservativi, perché, se i panifici non esistono più, figuriamoci le industrie della gomma!

Orbene, qualcuno doveva essere implicato nel favorire questa danza macabra iugoslava, e alcuni di noi si sono lasciati trascinare da giusti sentimenti, non lesinando fatiche e vita. Ma chi è che dirige questa partita a scacchi? È di ieri, 5 aprile 1996, Venerdì Santo, l’edificante e scontata notizia di una possibile implicazione del Presidente degli USA, Bill Clinton, nel traffico di armi. Notizia da verificare, è ovvio, corredata da un corri corri con le mani sul culo, ma scontata per quanto ne riguarda il contenuto. Che sia Clinton o un suo pari, poco conta.

Il disastro consiste nel fatto che oggi, come sempre, siamo nelle mani degli inconsapevoli e degli arrivisti. Mi ricordo che un carissimo amico, insignito non so più di quale onorificenza vaticana, un giorno mi disse: “Sono stato a Roma, e sapessi quanta gente ammalata di mitrite ho visto!” Mitrite o cadreghite fa lo stesso, si tratta di delirio del primo attore, della nevrosi del successo per dirla con termine scientifico. È ovvio che per raggiungerlo non bisogna guardare in faccia a nessuno.

Già Machiavelli aveva dettato le sue regole di come si fa a diventare e a mantenersi Principe:

Debbe, adunque, avere uno principe gran cura che non li esca mai di bocca una cosa
che non sia piena delle soprascritte cinque qualità [1] ,
e paia, a vederlo et udirlo, tutto pietà, tutto fede, tutto integrità, tutto religione.
E non è cosa più necessaria a parere di avere che questa ultima qualità.

Niccolò Machiavelli - De Principatibus - 1513
XVIII - Quomodo fides a principibus sit servanda

Eccoci al dunque. Mentre dormiamo sonni beati o inquieti, si trama alle nostre spalle. Ho appena affermato che il virus del vaiolo è stato definitivamente eliminato. Arnold Levine di Princeton - New Jersey, USA - mi ha poi aperto gli occhi sulla situazione dei ceppi di virus del vaiolo, ma nonostante la chiarezza dei dati riferiti, qualcosa deve essere stato tenuto nascosto anche a lui. Vediamo in sintesi cosa ne sa questo scienziato americano in proposito.

La ragione per ritenere che il vaiolo sia stato davvero eradicato sta nel fatto che gli esseri umani sono gli unici ospiti di questo virus. Per quanto finora ne sappiamo, non esistono serbatoi animali. Il carattere endemico del vaiolo può quindi essere mantenuto solo con il passaggio del virus da persona a persona, ed è proprio questa catena ad essere stata spezzata.

Sulla base di questa logica dovremmo pensare che ulteriori vaccinazioni siano inutili. La vaccinazione non è scevra da complicazioni, sebbene poco frequenti. E siccome la vaccinazione comporta qualche rischio, mentre sembra che non ci sia più alcun pericolo di ammalarsi di vaiolo, molte autorità sanitarie hanno raccomandato di interrompere la vaccinazione antivaiolosa. Così le nuove generazioni cresceranno suscettibili e indifese nei confronti del vaiolo, proprio come lo erano le popolazioni amerinde nel XVI secolo. In queste decisioni si insinuano curiose differenze d’opinione. Negli Stati Uniti la popolazione non viene più immunizzata contro il vaiolo, tuttavia, all'atto dell’arruolamento, le reclute vengono regolarmente vaccinate, in quanto un virus potrebbe diventare un'arma biologica presumibilmente micidiale.

Ma è proprio vero che non ci sono più esempi di virus del vaiolo in nessun luogo del mondo? Non è esattamente così: nell'agosto 1978, cioè un anno dopo l’eradicazione del virus, furono registrati due casi di vaiolo a Birmingham, in Inghilterra, in seguito a un incidente verificatosi in un laboratorio nel quale si conducevano esperimenti con il virus del vaiolo. Questo evento dimostrò chiaramente che tutti i ceppi di tale virus dovevano essere distrutti oppure conservati in condizioni di massima sicurezza.

La maggior parte degli scienziati concorda sulla necessità di salvare almeno un ceppo di riferimento del virus del vaiolo, e uno è attualmente conservato sotto stretto controllo presso gli U.S. Centers for Disease Control (CDC) ad Atlanta, in Georgia. È troppo presto per affermare con sicurezza che il virus si sia effettivamente estinto, e se ne esistesse un focolaio persistente e non riconosciuto l’attuale frequenza e rapidità dei viaggi potrebbero riportare alla ribalta un vecchio nemico, che si troverebbe di fronte un’umanità non più immune.

Ma, ne Il Medico d’Italia (anno XXXIII, 11 marzo 1996, pagina 2, articolo L’OMS ridimensionata dalla crisi finanziaria?) si legge una notizia lievemente differente, se può essere di poco conto il fatto che due blocchi amici - amici in quanto non belligeranti - posseggano ambedue il virus. “[...] Da ricordare la raccomandazione alla ex-URSS e agli USA di distruggere entro il 30 giugno 1999 gli ultimi esemplari del virus del vaiolo.”

Dovrei finire qui, senza aggiungere altro. L’unica speranza è che non si tratti di ceppi virulenti, ma dall’articolo non è dato sapere. Basterebbe una passata di spray in cielo e saremmo fottuti! Chi vuole saperne di più si metta in contatto con l’OMS. Io preferisco abbandonarmi al destino manovrato dai potenti.

Batteri caratterizzati da genomi alterati o da genomi in cui siano state inscritte particolari informazioni, possono venir impiegati per la degradazione di vari rifiuti, compresa la scissione delle molecole lipidiche. Il Saccharomyces cerevisiae, usato per la preparazione della birra (in portoghese cerveja, in spagnolo cerveza) nonché nella panificazione, è da tempo preda dell’ingegneria genetica che l’ha indotto a sintetizzare alcol a partire dal lattosio, con la prospettiva di utilizzare l’enorme quantità dei prodotti di scarto dell’industria casearia. Inoltre, lo zucchero può venir sintetizzato a partire da scarti del grano grazie alla collaborazione dell’Escherichia coli, che in laboratorio ha ricevuto l’enzima cellulasi, capace di scindere le molecole di cellulosa.

Anche le cellule delle piante possono trasformarsi in ospiti con importanti ripercussioni nella produzione degli alimenti. Se il gene di certi batteri che codifica per il sistema di fissazione dell’azoto sarà trasferito nelle cellule del grano, osserveremo un drammatico incremento delle disponibilità alimentari mondiali e un altrettanto drammatico abbattimento delle industrie produttrici di concimi. Chi vincerà questo braccio di ferro? La necessità di sfamare o la conservazione dei posti di lavoro?

Le cellule delle piante non servono solo da ricettacolo per geni d’origine batterica, in quanto possono accogliere anche geni di origine animale. Un interessante esempio è fornito da un esperimento sulla scissione del DNA della lucciola: il gene che codifica per l’enzima necessario alla bioluminescenza è stato trasferito alla pianta del tabacco e, immergendone le radici in un liquido contenente gli ingredienti necessari, la pianta cominciò ad emettere luce.

L’uso della PCR ha reso possibile lo studio di organismi deceduti da parecchio tempo, i cui corpi siano stati almeno parzialmente conservati sia dal ghiaccio che sul fondo di acque stagnanti. Il confronto tra la sequenza del DNA in una foglia di magnolia di 20 milioni d’anni con lo stesso gene di una magnolia attuale, ha messo in luce che solo 17 su 840 paia di basi sono diverse. Questo dato sta ad indicare che durante il lungo arco di tempo si sono verificate scarsissime mutazioni evoluzionistiche a carico del gene. La PCR trova impiego anche nello studio del DNA del sangue e dei capelli di Abraham Lincoln, in quanto gli scienziati vorrebbero risolvere il dilemma se il grande Presidente degli USA fosse o no affetto da sindrome di Marfan [2] .

Prima di procedere è mio desiderio rendere omaggio al Dottor Edward Jenner.

Fig. XVIII. 3 - Abraham Lincoln (1809-1865)
in una foto di M. Brady, 1860.