È difficile immaginare come si possa sentire una persona che fino a ieri era affetta da anemia, una malattia “incurabile” ed ereditaria, la cui vita era appesa a un filo e che oggi invece è, finalmente e a sorpresa, libera da questo rischio incombente. Le sue cellule del sangue hanno iniziato “magicamente” o “miracolosamente” a produrre di nuovo la proteina necessaria al trasporto dell’ossigeno (dai polmoni al resto del corpo) e dell’anidride carbonica (dai vari distretti corporei ai polmoni) e quindi niente più trasfusioni di sangue e dipendenza per tutta la vita dalle medesime.
Ma, ovviamente, non è stata una “magia”, né un “miracolo”, ma ciò è avvenuto grazie alla CRISPR/Cas9 e a un brevetto, a un premio Nobel, a imprenditori biotech, a investimenti privati, a un farmaco molecolare, a ospedali d’avanguardia pubblici, al cantone di Zug e alla “Boston area”.
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Il primo caso di anemia curato in Italia
Qualche mese fa, presso l’ospedale pediatrico Bambino Gesù di Roma, è stato curato il primo paziente italiano affetto da anemia mediterranea dal gruppo clinico-medico diretto dal Professor Franco Locatelli. Il gruppo ha utilizzato un protocollo di gene editing e dei reagenti molecolari (CTX001) sviluppati dalle aziende Vertex Pharmaceuticals e Crispr Therapeutics, entrambe con sedi negli Stati Uniti (e la seconda anche a Zug, in Svizzera). Queste conoscenze sono state rese disponibili per i primi studi clinici (trial) di sperimentazione anche a medici di varie altre nazioni, incluso il Professor Locatelli, grazie ad accordi di collaborazione per una prima sperimentazione su pochi pazienti (45 individui tra i 12 e 35 anni) e in pochi paesi (USA, Canada, Regno Unito, Germania e Italia).
Parte dell’idea alla base della cura non è nuova e nasce da osservazioni cliniche condotte in passato su alcuni pazienti affetti da anemia che però erano quasi asintomatici. In questi individui “fortunati”, una mutazione genetica ereditata da entrambi i genitori causa un malfunzionamento dell’emoglobina beta, la proteina per il trasporto dell’ossigeno (e dell’anidride carbonica in uscita) nei globuli rossi, ma una seconda mutazione in un secondo gene, utile solo durante lo sviluppo fetale, ne causava il funzionamento anche allo stadio adulto. La forma mutata di questo secondo gene (detta allele mutato) produceva la proteina emoglobina fetale anche allo stadio adulto, bilanciando così il malfunzionamento della emoglobina beta mutante.
L’anemia e le sue conseguenze
Le conseguenze delle varie forme ereditarie di anemia possono essere: fiato corto, malumore, modificazioni dello scheletro, osteoporosi, problemi di sviluppo, accumulo di ferro nell’organismo, cirrosi epatica, aritmie, ipertensione polmonare, scompenso cardiaco, sviluppo di infezioni (a causa della milza affaticata) e sindrome polmonare acuta e ictus, che può portare anche alla morte (a causa dell’occlusione dei capillari che alimentano il cervello).
Mai come oggi comprendiamo l’importanza della respirazione per la nostra vita quotidiana, un automatismo che non riuscivamo più a notare. Ora sentiamo il rischio incombente di una polmonite virale, che comporta una crisi respiratoria, e la conseguente necessità di bombole di ossigeno o di ventilatori meccanici, che iniziano a scarseggiare a causa dei picchi pandemici. Ma i malati affetti da anemia ereditaria conoscono bene la fame d’aria e la dipendenza da periodiche trasfusioni di sangue. E purtroppo sanno anche bene che, durante questa pandemia, le sacche di sangue destinate alla trasfusione hanno iniziato a scarseggiare, con una riduzione della disponibilità che in Italia ha raggiunto il 5% (139mila unità in meno).
Nella prima metà dello scorso secolo, il biochimico statunitense Linus Pauling descrisse il cambiamento della struttura della molecola di emoglobina quando questa acquisisce o perde una molecola di ossigeno e, nel 1949, ne descrisse il cattivo funzionamento quando una mutazione genetica cambia uno solo dei suoi mattoncini, cioè sostituisce un aminoacido con un altro. Pauling e i suoi colleghi descrissero questa forma di anemia come una “malattia molecolare” ereditaria. Dal 2020 questa malattia non è più incurabile, grazie allo sviluppo della tecnica molecolare CRISPR/Cas9 e ad un paio di company private statunitensi, di cui una co-fondata dalla scienziata francese, da pochi mesi premio Nobel, Emmanuelle Charpentier.
L’importanza degli investimenti privati
Grazie alla CRISPR/Cas9 è stato possibile mutagenizzare il gene della globina fetale ed attivarlo in modo stabile in buona parte delle cellule del sangue prelevate da 7 pazienti. Queste cellule modificate geneticamente sono state reintrodotte per trasfusione nelle persone da curare e hanno iniziato a produrre nuove cellule del sangue contenenti l’emoglobina fetale funzionante e quindi in grado di mitigare i sintomi dell’anemia di questi pazienti causata dalla forma mutata della emoglobina di adulto.
Rodger Novak, ex professore di microbiologia a Vienna, fondatore e CEO della CRISPR Therapeutics (CRISPR Thx) nel 2015, spiegava nel 2016 di non aspettarsi la nascita di altre company dedicate alla terapeutica molecolare mediante CRISPR a causa dei problemi di proprietà intellettuale da lui risolti con la partecipazione di Emmanuelle Charpentier come co-fondatrice e titolare a suo nome di un brevetto sul metodo di gene editing (insieme alla Università di Vienna e della California). Rodger Novak spiegava che nel 2013, insieme ad altri colleghi, ha deciso di fondare a Basilea (Svizzera) la CRISPR Thx.
Avevano considerato solo altre due sedi alternative in Europa: Regno Unito (Oxford) oppure Germania (Monaco). Dopo aver ricevuto 25 milioni di euro di investimenti, nel 2014-2015 ha deciso di estendere la base di investitori e di spostare le operazioni di CRISPR Thx a Cambridge, Massachusetts (USA), sapendo che la multinazionale finanziaria (statunitense) JP Morgan era molto interessata a investire in questo campo emergente. La CRISPR Thx ha ricevuto ben presto 90 milioni di dollari di investimenti. Nel 2017 è passata da 7 a 80 dipendenti, quando ha ricevuto altri 335 milioni di euro di finanziamenti anche da Bayer. Rodger Novak, da europeo, lamenta che in USA (specialmente a Boston) è molto più facile metter su un’azienda a causa del più facile accesso ai capital markets, venture capitals, di più facili interazioni con banche e analisti per trovare investimenti, e del fatto che New York è a portata di mano.
I ricercatori e gli accademici statunitensi hanno già una mentalità e un linguaggio business-oriented (la cosiddetta financial literacy) cosa ben diversa, invece, per l’ambiente europeo che è ancora conservatore rispetto a questi aspetti, in cui ancora non si sa cosa è un “cap table”, cioè un capitalization table, uno strumento impiegato quando si fonda e sviluppa una startup e del suo percorso di finanziamenti per descrivere i vari cambiamenti di proprietà nella società nel tempo (è interessante notare che la voce su wikipedia non è tradotta in italiano).
La seconda azienda che ha sviluppato la cura CTX001 per le anemie è la Vertex, fondata a Boston nel 1989. Si noti che tra i membri direttivi è presente anche il biotecnologo italiano Bastiano Sanna che ha conseguito il dottorato di ricerca a Sassari e che si occupa di ricerca, sviluppo e produzione, a cui varrebbe la pena chiedere maggiori informazioni sui recenti risultati positivi della cura molecolare, sui possibili sviluppi futuri di trattamenti molecolari per altre malattie, sui costi, sulla sua specifica esperienza di vita e lavoro e su cosa manca all’Italia e all’Europa per riuscire ad essere più competitive nell’innovazione biotecnologica.
Breve approfondimento della tecnica di CRISPR/Cas9
Il sistema di gene editing CRISPR/Cas9 si basa su una combinazione di due tipi di biomolecole polimeriche, cioè costituite da mattoncini (monomeri) ripetuti e combinati in vario modo: 1) una proteina costituita da circa 1400 aminoacidi e codificata da un gene batterico; 2) un piccolo RNA detto “guida” (o single guide RNA, sgRNA) costituito da 99 ribonucleotidi e che non codifica una proteina, come gli RNA messaggeri, ma è definito come RNA strutturale.
Ricordiamo che alla base della vita esistono 1) le proteine, i cui mattoncini sono venti tipi di aminoacidi che possono essere combinati in vario modo a formare un polimero di lunghezza molto variabile da proteina a proteina, e 2) RNA costituiti da 4 tipi di ribonucleotidi che possono essere combinati in vario modo a formare un polimero anch’esso di lunghezza molto variabile e con diverse funzioni (regolatorie o codificanti).
La proteina batterica Cas9 (che viene prodotta in batteri ricombinanti OGM) riconosce la struttura tridimensionale del sgRNA (che viene prodotto artificialmente) e lo abbraccia strettamente, lasciando libero ed esposto un breve tratto di 20 ribonucleotidi che, invece, usa come sequenza complementare al DNA (ciascuno dei ribonucleotidi si “incastra” temporaneamente con uno dei nucleotidi del DNA), funzionando come una “sonda” per cercare il sito genico bersaglio.
Questa proteina batterica+sgRNA viene traslocata o direttamente sintetizzata all’interno di cellule viventi di qualsiasi organismo da modificare geneticamente, scorre lungo la molecola di DNA a doppia elica (genoma) per cercare la regione complementare e, una volta trovata, può tagliare i due filamenti di DNA se immediatamente a valle della regione complementare è presente una sequenza di 3 specifici nucleotidi che deve essere GGG, CGG, AGG, oppure TGG, una sorta di codice di sicurezza che aumenta e garantisce la specificità del taglio. Dopo il taglio, il gene subisce una mutazione che ne riduce la funzionalità oppure la restaura, se il gene di partenza era mutato, se viene fornito alle cellule anche un segmento genico normale di riferimento.
Conclusioni
È curioso che nessun giornalista blogger o youtuber abbia parlato con toni allarmisti della notizia del paziente italiano guarito da anemia mediterranea descrivendolo come un organismo geneticamente modificato (OGM) oppure portatore di sangue OGM. Eppure, secondo una sentenza del 25 luglio 2018 della Corte Europea di Giustizia, anche gli organismi ottenuti con le nuove tecniche di editing genomico sono da considerarsi geneticamente modificati, quindi OGM. Ma come diceva Eraclito, panta rei, “tutto scorre”, a volte anche in modo rapido ed è probabile (e ci si auspica) che la regolamentazione europea riguardante il gene editing e gli OGM possa avere presto un cambio di registro.
L’acquisizione della Monsanto (marchio ormai scomparso e famoso per le contestazioni anti-OGM, per i processi in atto per danni da glifosato, etc.) da parte della multinazionale Bayer fondata e con sede in Germania (bene prezioso anche per l’economia europea) lascia presagire che il settore privato non prevede preoccupanti difficoltà nello sviluppo e nelle applicazioni di OGM nel settore agricolo. Inoltre, la deroga favorevolmente votata dalla Commissione Europea lo scorso luglio 2020 ad alcune disposizioni della Direttiva OGM per le sperimentazioni cliniche a causa della necessità di più rapidi sviluppi di vaccini anti-SARS-Cov2 nei laboratori biotecnologici europei, pubblici e privati, forse costringerà il mondo politico e amministrativo europeo ad una più pacata e realistica riflessione sull’argomento.
Genetica, è l’era di CRISPR-Cas9: come funziona e le sue applicazioni
Ringrazio per utili suggerimenti ed editing la mia amica e collega Prof.ssa Serena Aceto , i miei studenti biologi Pasquale Primo, Maryanna Martina Perrotta, Rosa Sabbatino (Università Federico II di Napoli) e Antonino Saccone (Liceo Classico Genovesi, Napoli).
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