Rna, m-rna, anticorpi monoclonali. La pandemia ha fatto entrare nel linguaggio comune sigle e termini che, prima del 2020, erano conosciuti solo da pochi esperti del settore. Il settore è quello delle biotecnologie. Un campo di studi e applicazioni amplissimo, molto più ampio di quello sui vaccini anti Covid o sulle possibili cure per l’infezione. Sullo sviluppo delle biotecnologie, non a caso – con un’impennata con pochi precedenti nel momento della diffusione del Covid-19 – si sta investendo tantissimo. È opinione diffusa infatti che queste rappresentino presente e futuro della medicina. Paolo Beuzer, valligiano di San Pietro al Natisone, lavora in questo campo a San Diego in California già dal 2013, dopo aver conseguito la laurea in Nano-Biotecnologie all’Università di Trieste, il dottorato in Biologia Cellulare e Molecolare all’Institut Curie a Parigi e un ‘postdoc’ al Salk Institute, fondato da Jonas Salk, famoso per aver sviluppato, tra le altre cose, il vaccino contro la poliomielite. A lui abbiamo affidato un compito, difficilissimo, di dissipare dubbi e ostilità nei confronti di questo ambito di ricerca.

Grazie mille per l’opportunità di condividere con i lettori del Novi Matajur alcune informazioni che spero aiutino a comprendere alcuni degli eventi che stanno accadendo nel mondo della scienza e della medicina e che hanno conseguenze tangibili nella vita di tutti. Non credo riuscirò a dissipare tutti i dubbi dei lettori, ma spero di fornire degli strumenti per comprendere meglio ciò che sta accadendo. Nella ricerca ogni singola scoperta porta alla formulazione di molteplici nuove domande e spero che la comprensione dei recenti eventi possa contribuire ad accendere specialmente nei più giovani quella scintilla di curiosità ed entusiasmo nei confronti della scienza e delle nuove tecnologie che ha stimolato e sta tuttora stimolando la mia carriera di ricercatore.

Cosa si intende comunemente con il termine ‘biotecnologia’?
Biotecnologia è letteralmente tecnologia basata sulla biologia. In altre parole, è lo sfruttamento di processi cellulari, biochimici e biomolecolari per lo sviluppo di prodotti. Nonostante possa sembrare un concetto abbastanza astratto, ci è molto più vicino di quanto sembri. Per migliaia di anni l’uomo ha utilizzato ed ottimizzato specie di lieviti per lievitare il pane oppure per fermentare la birra. L’agricoltura ha selezionato e sviluppato diverse varietà di piante per ottimizzarne la produzione o la resistenza ai parassiti. Questi esempi di biotecnologia si basano sulla selezione di specie avvenuta nel corso di secoli o millenni. Oggi siamo in grado di eseguire questi stessi procedimenti, ma possediamo conoscenze e strumenti per accelerarne significativamente l’esecuzione. Più in generale, possediamo strumenti per modificare e regolare l’espressione genica per applicazioni che vanno ben oltre l’ottimizzazione di piante o organismi a scopo alimentare.

Quali sono questi strumenti per modificare ‘l’espressione genica’?
Per spiegare gli strumenti vorrei fare una breve introduzione su come i geni vengono espressi e cioè come le cellule ‘leggono’ le istruzioni codificate nel DNA (genoma) presente in ognuna delle nostre cellule. Il genoma umano contiene oltre 20000 geni. Alcuni di questi geni sono sempre espressi, mentre altri vengono espressi solamente in condizioni molto specifiche, e cioè quando i fattori epigenetici (l’insieme di proteine, enzimi e gruppi funzionali che regolano positivamente o negativamente l’espressione genica) lo permettono. Quando i geni vengono espressi, le cellule generano delle molecole di RNA, fedeli copie delle loro sequenze che presentano alcune differenze nella composizione chimica rispetto al DNA. Queste copie di RNA possono essere (o no) infine tradotte in proteine. Possiamo quindi agire sull’espressione genica e quindi sulla sintesi di RNA e proteine a diversi livelli: 1) modificando la sequenza genetica di DNA, 2) modificando la regolazione epigenetica del DNA, 3) modificando la presenza o l’attività dell’RNA nelle cellule, 4) modificando la presenza o l’attività delle proteine nelle cellule o negli organismi. Recenti progressi tecnologici ci permettono di agire in cellule coltivate in vitro (in laboratorio) ad ognuno di questi livelli. L’obiettivo di molte delle attuali ricerche è di trasferire queste tecnologie dal contesto di laboratorio e ricerca di base ad applicazioni in pazienti per essere in grado per esempio di trattare o curare malattie genetiche e non, come cancro o malattie neurodegenerative.

Quali i campi di applicazione in cui, prima della pandemia, venivano utilizzate queste tecniche?
Sono molteplici ed includono tra gli altri il medico-farmaceutico, energetico, industriale, agricolo… Al Salk Institute, dove ho lavorato per diversi anni, alcuni dei progetti di ricerca erano volti allo sviluppo di piante che fossero in grado di sopportare meglio i cambiamenti climatici. Un valido esempio è stato lo sviluppo di piante con aumentata resistenza alla siccità che permettono di coltivare in zone dove il cambiamento climatico ha avuto conseguenze negative come prolungate siccità e desertificazione. Un esempio nell’ambito energetico/ambientale è l’ottimizzazione o sfruttamento di alghe, batteri e altri organismi per il trattamento di laghi/terreni contaminati. Nel mio ambito, e cioè quello delle biotecnologie mediche, ci sono stati numerosi ed entusiasmanti esempi di applicazioni, come ad esempio alcune terapie di nuova generazione tra cui terapia genica e terapia a RNA. L’impatto positivo più tangibile è stato probabilmente osservato nel trattamento di alcune malattie genetiche, molte delle quali sono disabilitanti, conducono a morte prematura e ad un grave deterioramento della qualità di vita. Queste nuove terapie consistono nell’esprimere la forma corretta dei geni per compensare o correggere le mutazioni genetiche presenti nei pazienti. Il primo esempio di terapia genica è stato un farmaco approvato nel 2017 per il trattamento di una rara malattia genetica (retinite pigmentosa) che causa progressiva ed irreversibile cecità. I pazienti possiedono una mutazione in un gene che esprime una proteina necessaria per la corretta attività dei fotorecettori nell’occhio. A causa dell’assenza della proteina nella sua forma corretta, queste mutazioni causano progressivamente ed inesorabilmente cecità. Il farmaco è composto dalla sequenza corretta di DNA del gene mutato che viene inserita (trasdotta) nelle cellule della retina grazie ad un vettore virale che funge da “cavallo di troia” per il DNA. Questo vettore virale è ottenuto depotenziando un virus (in questo caso un virus adeno-associato che nella sua forma intera può causare sintomi come il raffreddore) e cioè eliminando i geni del virus che causano sintomi indesiderati e mantenendo solamente pochi geni necessari alla penetrazione nelle cellule, tra cui i geni dell’involucro del virus (o capside). Recentemente sono stati avviati diversi studi clinici per terapie che hanno l’obiettivo di non solo di trattare i pazienti affetti da malattie genetiche ma addirittura curarli modificando le mutazioni genetiche direttamente nelle cellule del paziente.

Perché proprio le biotecnologie hanno offerto gli strumenti più appropriati per il contrasto al Covid-19?
Recenti progressi nell’ambito delle biotecnologie hanno permesso di ottimizzare e sviluppare strumenti efficaci nel contrasto al Covid-19. Molti di questi sono l’evoluzione o l’ottimizzazione di metodi e tecnologie comunemente usati nei laboratori di biologia. Il primo esempio sono gli anticorpi monoclonali. Possono essere prodotti in laboratorio su larga scala e hanno la capacità di legare una molecola (antigene) con alta specificità ed affinità. Nel caso degli anticorpi anti Covid-19 il target è la proteina Spike. Questo legame può avere due effetti: interferire con l’attività della proteina a cui si lega bloccandone l’attività biologica (un esempio sono gli anticorpi contro TNF-alfa che vengono utilizzati per limitare l’infiammazione in malattie come l’artrite reumatoide), oppure velocizzare e potenziare l’attivazione del sistema immunitario dei pazienti contro la molecola, nel caso del Covid la proteina Spike e quindi il Covid-19 virus.
Il secondo e più noto strumento contro il virus sono i vaccini, di cui esistono diversi tipi che si basano su meccanismi molto diversi. Alcuni come il Sinovac sono più ‘tradizionali’ e si basano su virus inattivati, cioè virus Covid-19 ottenuti in laboratorio e trattati con calore o sostanze chimiche per ‘ucciderli’ o prevenirne l’attività patogenica. Il sistema immunitario del paziente avrà il tempo di riconoscere il virus e generare una risposta immunitaria senza che il virus abbia la possibilità di provocare alcun sintomo perché inattivato. Uno storico esempio fu il vaccino contro la Polio sviluppato oltre mezzo secolo fa da Jonas Salk. Gli altri vaccini sfruttano tecnologie o biotecnologie sviluppate molto più recentemente. Ci sono i vaccini basati su vettori virali (Astra Zeneca, Johnson & Johnson). Come ho descritto prima, possiamo utilizzare dei virus relativamente inermi (Adenovirus o virus Adeno-Associati) e depotenziarli ulteriormente utilizzandoli come ‘cavalli di troia’ per veicolare dei geni di interesse ed esprimerli nelle cellule dei pazienti. In questi virus sono stati eliminati tutti i geni non indispensabili alla penetrazione cellulare e sostituiti con sequenze di DNA che codificano proteine di Covid19 (proteina Spike o altre). Una volta all’interno delle cellule dei pazienti, questi geni vengono espressi, la proteina Spike è prodotta e riconosciuta come un intruso (non-self) dal sistema immunitario del paziente che attiva una risposta immunitaria e conserva la memoria dell’esposizione. Nel caso di infezioni successive da parte dell’intero virus di Covid-19, il sistema immunitario sarà già preparato a riconoscere velocemente ed efficacemente il virus, eliminandolo prima che presenti gli effetti indesiderati. Nei vaccini basati su nanoparticelle lipidiche (Pfizer e Moderna) il principio è molto simile a quello dei vaccini basati su vettori virali. Cambiano il vettore, cioè il contenitore che anziché essere il guscio (capside) di un virus, è una nanoparticella sferica composta principalmente da lipidi con una composizione chimica simile a quella delle membrane delle nostre cellule, ed il contenuto, che è RNA anziché DNA. Come nel caso dei vettori virali, il gene della proteina Spike (stavolta RNA) verrà espresso dalle cellule del paziente ed innescherà una risposta immunitaria contro il Covid-19. Infine ci sono i vaccini basati sulle proteine del virus (Novavax). In questo caso le proteine del virus (ancora una volta la proteina Spike) vengono prodotte in laboratorio, purificate ed integrate nella superficie di nanoparticelle composte principalmente da sostanze simili al sapone (surfattanti non-ionici).

Cosa risponderesti a quanti sollevano ostilità e dubbi sui, presunti, effetti collaterali dei vaccini di nuova generazione?
Effetti collaterali indesiderati rappresentano un rischio per ogni molecola, sostanza o principio attivo che introduciamo nel nostro corpo. I test preclinici e clinici hanno lo scopo di identificare e ridurre al minimo le possibilità che si verifichino effetti indesiderati, specialmente gravi, nei pazienti. Effetti collaterali frequenti sono facilmente individuabili nelle prime fasi di test clinici nonostante il numero di pazienti sia molto limitato. Se gli effetti collaterali avvengono in percentuali molto piccole di pazienti, c’è la possibilità che non vengano identificati durante i primi test clinici perché il numero di pazienti è troppo piccolo e le probabilità che si verifichino e siano statisticamente quantificabili sono molto basse. Quando un farmaco passa i controlli e le verifiche di efficacia e sicurezza durante le prime fasi dei test clinici ne viene approvato l’utilizzo su larga scala e l’entrata in commercio. Questi controlli sono estremamente rigorosi, coinvolgono un alto numero di esperti e tecnici del settore e le conclusioni sono basate su una grande quantità di dati collezionati sia in fase clinica che preclinica. In passato, ho sperimentato personalmente quanto severi siano questi controlli e il livello di rigorosità preteso dalle agenzie di controllo come l’FDA americana. È a questo punto che inizia la quarta ed ultima fase dei test clinici, che prevede un monitoraggio su eventuali effetti collaterali che si verificano nelle migliaia o milioni di pazienti a cui il farmaco viene inizialmente somministrato. È solo a questo punto che abbiamo dei numeri statisticamente sufficienti per valutare se vi siano degli effetti collaterali rari. Monitorare questi effetti collaterali è molto importante perché può aiutare a capire da cosa siano causati e se vi siano fasce della popolazione più o meno soggette a sviluppare questi effetti indesiderati per conseguentemente modificare od ottimizzare le indicazioni del farmaco nelle diverse fasce. Se la probabilità di sviluppare effetti collaterali gravi causati dai vaccini è molto inferiore alla probabilità di sviluppare sintomi gravi causati dall’infezione di Covid19 conviene chiaramente somministrare i vaccini perché il bilancio di effetti indesiderati gravi e di vite salvate sarà molto positivo. In base ai dati sui vaccini anti Covid-19 che possediamo oggi l’efficacia è molto alta, tra il 70% e il 95%, e gli effetti collaterali gravi si verificano in una percentuale estremamente bassa della popolazione, molti ordini di grandezza inferiore alle percentuali di pazienti Covid19 che sviluppano sintomi gravi. Ulteriori dati verranno raccolti e queste percentuali potrebbero cambiare in futuro ma per quanto ne sappiamo in questo momento i vaccini ad oggi sul mercato hanno il potenziale di ridurre molto significativamente il numero di pazienti con sintomi gravi e salvare milioni di vite, anche tenendo conto dei molto rari effetti collaterali gravi. Le agenzie di controllo stanno comunque seguendo l’andamento della vaccinazione molto da vicino e sono pronte a cambiare direttive nel caso lo ritenessero più opportuno sulla base dei dati raccolti.

Oltre all’immunità da Covid -19 quali pensi possano essere i prossimi campi di applicazione per le biotecnologie?
Rimanendo in ambito medico le applicazioni future sono numerose ed entusiasmanti. La terapia genica ha il potenziale di curare la maggior parte delle malattie genetiche in cui sia possibile identificare la mutazione (o mutazioni) responsabile per la malattia. Corea di Huntington, fibrosi cistica, alcune distrofie muscolari, possono essere potenzialmente curate riparando le mutazioni del DNA nelle cellule dei pazienti. La scoperta di nuovi strumenti molecolari che ci permettono di tagliare e modificare il DNA in modo rapido, preciso ed efficace come Talens, Zinc Fingers e specialmente CRISPR/Cas9 stanno aprendo le porte a terapie impensabili fino a pochi anni fa e stanno dando nuove speranze ai pazienti affetti da queste malattie. Altre applicazioni di terapia genica sono le terapie cellulari personalizzate CAR-T contro il cancro. In questo caso linfociti T sono prelevati dai pazienti, modificati in laboratorio in modo che possano riconoscere con maggiore efficacia le cellule tumorali ed infine re-impiantate nei pazienti stessi. Ad ora solamente poche terapie di questo tipo per specifici tipi di tumori sono state approvate dall’FDA (l’ente americano di controllo ed approvazione dei farmaci), ma vi sono numerosi test clinici e ricerche precliniche volte ad ampliarne l’utilizzo in una più ampia gamma di tumori. Altre potenziali applicazioni di terapie cellulari sono nell’ambito della medicina rigenerativa. Possediamo già la tecnologia per riportare cellule differenziate (per esempio della pelle) a livelli di differenziazione simili a quelli delle cellule staminali. Una volta ottenute cellule staminali, queste possono essere re-differenziate in diversi tipi cellulari per ottenere tessuti e potenzialmente organi di interesse. Numerose ricerche sono volte alla creazione di tessuti e organi in laboratorio a partire da cellule staminali di pazienti per trapianto e le sostituzioni di organi assenti o non più funzionanti.

Ad oggi in questo settore che sembra diventare rapidamente il settore chiave anche per i futuri equilibri mondiali, hanno investito solamente Stati o privati comunque dei paesi più ricchi. Pensi che il vantaggio accumulato possa produrre un ulteriore aggravamento delle diseguaglianze fra ricchi e poveri del pianeta?
Per rispondere a questa domanda credo occorra fare una riflessione di carattere più ampio che riguarda non solamente il settore delle biotecnologie, ma il contesto generale di ricerca e sviluppo. Lo sviluppo di ogni nuova tecnologia comporta un vantaggio rispetto ai concorrenti o, nel contesto globale, alle altre nazioni. Questa pandemia ha evidenziato quanto lo sviluppo medico-scientifico possa avere delle ricadute immediate sia sulla qualità della vita di tutti che sulla funzionalità dell’intero sistema economico. In questo momento storico abbiamo alcuni paesi che hanno avuto in passato le risorse e la lungimiranza di investire in ricerca e sviluppo e quindi, nel caso della pandemia, hanno avuto accesso privilegiato a terapie e diagnostica sviluppate internamente e risolveranno più rapidamente la paralisi economica causata dal virus. Altri Paesi hanno avuto le risorse, ma hanno scelto di limitare molto gli investimenti nella ricerca e sviluppo, mentre altri non hanno mai avuto accesso alle risorse per contribuire al progresso tecnologico. Questa situazione è il risultato di secoli di storia e geopolitica mondiale e sarà molto difficile correggerla nel breve termine. Se non ci dovesse essere un cambio di passo nel progresso dei paesi più tecnologicamente arretrati credo che queste differenze aumenteranno anziché diminuire. Penso sia però nell’interesse di tutti ridurre le diseguaglianze accelerando il progresso dei paesi tecnologicamente sottosviluppati, facendo sì che tutto il capitale umano e la ‘brain power’, che ad ora non si può esprimere a causa di un limitato accesso ad istruzione ed infrastrutture, possano entrare a far parte di un circolo produttivo e contribuire con le loro capacità e risorse al progresso dell’umanità.

Come vedi il presente ed il futuro della ricerca e sviluppo medico-scientifico in Italia?
L’Italia non ha certo brillato nello sviluppo di terapie, vaccini o metodi diagnostici e questo purtroppo è il risultato dei limiti di un ambiente scientifico, industriale e di ricerca e sviluppo biotecnologico/medico che, sebbene presenti delle nicchie di eccellenza, è ordini di grandezza inferiore rispetto a quello statunitense o di altri paesi che investono maggiormente in ricerca e sviluppo.
La nostra percentuale di PIL in investimenti in ricerca e sviluppo è da molti anni inferiore alla media europea e di quasi tutti i paesi avanzati. Senza un cambio di passo significativo è molto probabile che il divario tecnologico con i paesi più tecnologicamente avanzati e che investono di più in ricerca aumenterà e, nel lungo termine, anche il benessere economico e la qualità della vita. L’assenza di un sistema scientifico industriale significativo e la mancanza di risorse consistenti nella ricerca pubblica riducono l’entità e l’importanza della comunità scientifica. Un ambiente di questo tipo limita significativamente la capacità della comunità scientifica stessa di comunicare con la società ed ha un impatto negativo sulla cultura scientifica della popolazione.

Tornando alla situazione attuale di pandemia, che suggerimento ti senti di dare rispetto ai vaccini a disposizione? Cosa pensi del fiorire delle teorie cospirazioniste ostili alla diffusione di questi farmaci?
Vorrei sottolineare che i vaccini andrebbero fatti da ogni persona che risponde ai requisiti non appena ne venga offerta la possibilità, sia per protezione individuale, sia per proteggere quei soggetti che per motivi di salute sono più fragili e non possono ricevere la dose di vaccino. Posso constatare a malincuore la popolarità dei movimenti antiscientifici, negazionisti e complottisti in Italia come anche in altri paesi. Avrò sempre ammirazione e parole di incoraggiamento per chi cerca di approfondire e capire argomenti nuovi e poco chiari ed esegue delle ricerche per conto proprio cercando di educarsi con i canali di informazione che ha a disposizione ma vorrei sottolineare la cruciale importanza delle fonti da cui si attingono le informazioni. Specialmente quando la comunità scientifica non comunica abbastanza con la società si crea un vuoto che spesso è colmato da soggetti opportunisti frequentemente non competenti che a volte trasmettono messaggi incorretti o fuorvianti per interesse personale. Il mio messaggio è nuovamente di dare grande importanza alle fonti e quando si sente un messaggio ‘controcorrente’ accertarsi che sia proveniente da fonti affidabili. Non tutti i messaggi controcorrente sono necessariamente sbagliati o privi di fondamento, ma quando influenzano scelte che hanno un impatto sulla salute propria e degli altri, è opportuno fare affidamento agli esperti del settore che hanno dedicato vite intere allo studio e comprensione di specifici argomenti. L’alternativa è investire un grande quantitativo del proprio tempo per educarsi in materie non familiari, ma ovviamente non tutti hanno tempo e dedizione per diventare esperti in settori al di fuori delle proprie competenze e poter trarre sufficientemente informate conclusioni personali.
Vorrei comunque concludere con un messaggio positivo diretto ai giovani, in particolare a quelli che sceglieranno nei prossimi anni il loro percorso universitario: se credete di avere abbastanza curiosità, motivazione e spirito di dedizione per sviluppare una carriera nella ricerca e nell’esplorazione di territori sconosciuti del sapere vi trovate in un momento storico positivo. Le biotecnologie sono destinate ad acquisire crescente importanza in futuro e rappresentano una delle frontiere più promettenti ed entusiasmanti della medicina sia nel breve che nel lungo termine.