L'editing genetico ha reso i maiali immuni da un'epidemia mortale

È in corso un grande progetto per suini a prova di malattia che utilizzano CRISPR per cambiare il loro DNA. Le persone sono le prossime?

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• Antonio Regalato pagina di archivio

11 dicembre 2020

Disegno Selman

Quando il covid-19 ha iniziato a correre in tutto il mondo, i paesi hanno chiuso le attività e hanno detto alle persone di rimanere a casa. Molti pensavano che sarebbe bastato per fermare il coronavirus. Se avessimo prestato più attenzione ai maiali, avremmo potuto saperlo meglio. Quando si tratta di controllare i virus nell'aria, dice Bill Christianson, penso che ci prendiamo in giro su quanto possiamo essere efficaci.

Christianson è un epidemiologo e veterinario che dirige la Pig Improvement Company, a Hendersonville, nel Tennessee. L'azienda vende suini da allevamento d'élite all'industria dei suini, che negli ultimi 34 anni ha combattuto una malattia virale chiamata sindrome riproduttiva e respiratoria dei suini PRRS.

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L'agente patogeno provoca una malattia nota come orecchio blu, per uno dei suoi sintomi più visibili; quando è emersa per la prima volta, negli anni '80, era semplicemente chiamata malattia dei maiali misteriosi. Una volta infettata da PRRS (pronunciate fusa), una scrofa è soggetta ad aborto spontaneo o a dare alla luce suinetti morti e raggrinziti.

E dirò di sì, per i maiali è peggio di quanto lo sia il covid per noi, dice Christianson.

Per fermare la PRRS, così come altre malattie, gli allevatori di suini adottano misure familiari a chiunque abbia evitato il covid-19. Prima di entrare in una stalla sicura per i maiali, ti fai misurare la temperatura, fai la doccia e ti cambi i vestiti. I contenitori per il pranzo vengono inondati di luce UV e le scorte vengono appannate con disinfettante. Poi c'è il questionario sul tuo ultimo contatto con il maiale: hai visto dei maiali nel tuo giorno libero? Sei stato a una fiera di campagna? (Rispondere sì significa una quarantena di due settimane lontano dal lavoro.)

Nonostante le precauzioni, il virus può insinuarsi. Una volta dentro, si diffonde rapidamente negli ambienti ravvicinati. Il rapido spopolamento, cioè l'abbattimento, degli animali è il modo più efficace per sbarazzarsene. Negli anni difficili, gli allevatori di suini americani perdono 600 milioni di dollari a favore della PRRS.

Ora l'azienda di Christianson, che è una divisione dell'azienda britannica di genetica animale Genus, sta provando qualcosa di diverso. Invece di cercare di isolare gli animali dall'ambiente, sta cambiando i maiali stessi. In una struttura sperimentale negli Stati Uniti centrali (la posizione è tenuta segreta per motivi di sicurezza), l'azienda ha un centro di fecondazione in vitro e un laboratorio in cui le uova di maiale vengono modificate geneticamente utilizzando CRISPR, le rivoluzionarie forbici genetiche.

Durante un tour virtuale, un lavoratore ha portato uno smartphone attraverso il laboratorio di montaggio nell'area di gestazione, dove le scrofe trascorrono nove mesi fino al parto: parto è il termine dell'agricoltore. Poi ha fatto strada verso una stanza di cemento dove i maialini geneticamente modificati grugnivano e scrutavano la telecamera. Secondo l'azienda, questi giovani maialini sono immuni alla PRRS perché i loro corpi non contengono più il recettore molecolare con cui si aggancia il virus.

Ogni virus attacca le cellule fondendosi con esse e iniettando il suo carico genetico. Con il covid-19, il virus si lega a un recettore chiamato ACE-2, che è comune sulle vie aeree e sulle cellule polmonari, motivo per cui la malattia causa problemi di respirazione. Con PRRS, lo è CD163 , un recettore sui globuli bianchi. Questi maiali sperimentali non hanno un completo CD163 gene perché parte di esso è stato tagliato via con l'editing genetico. Nessun recettore, nessuna infezione.

Non avrei mai pensato che fosse un interruttore della luce… ma sembra funzionare su tutti i tipi di suini e contro tutti i ceppi del virus.

Bill Christianson

Secondo la ricerca non pubblicata dell'azienda, i tentativi di infettare i maiali geneticamente modificati con PRRS non hanno avuto successo. Non avrei mai pensato che sarebbe stato un interruttore della luce, dice Christianson. Ma sembra funzionare su tutti i tipi di suini e contro tutti i ceppi del virus.

Notoriamente, un metodo simile è stato provato negli esseri umani. In un'uscita disastrosamente sconsiderata del 2018, gli scienziati cinesi hanno modificato embrioni umani nella speranza di conferire resistenza all'HIV, la causa dell'AIDS. Anche quei ricercatori sognavano di fermare una malattia rimuovendo un recettore. Il problema era che la tecnologia non era pronta per svolgere un lavoro così ambizioso in sicurezza. Sebbene lo strumento CRISPR sia immensamente versatile, manca di precisione e la chirurgia del DNA ha creato qualcosa di simile alle cicatrici genetiche nei gemelli nati dall'esperimento.

A settembre un panel internazionale di alto livello ha affermato che nessuno dovrebbe provare a modificare di nuovo i bambini fino a quando non sarà stato chiaramente stabilito che è possibile apportare modifiche genomiche precise in modo efficiente e affidabile senza modifiche indesiderate negli embrioni umani.

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Ma con i maiali, l'era della modificazione genetica è ora e i suoi benefici potrebbero essere presto visibili. Genus spera di ottenere l'approvazione per vendere i suoi maiali negli Stati Uniti e in Cina già nel 2025. Le sue stazioni sperimentali ospitano già centinaia di maiali geneticamente modificati e migliaia dei loro discendenti, probabilmente il numero più grande al mondo. ( Leggi la barra laterale sull'approvazione regolamentare degli animali alimentari geneticamente modificati.)

Per Raymond Rowland, un ricercatore dell'Università dell'Illinois che è stato coinvolto nella creazione dei primi animali a prova di PRRS, l'editing genetico è nel suo senso più ampio, un modo per creare una vita più perfetta per i maiali e i loro allevatori. Il maiale non prende mai il virus. Non hai bisogno di vaccini; non hai bisogno di un test diagnostico. Toglie tutto dal tavolo, dice.

Maiali d'élite

Il romanzo di Aldous Huxley Nuovo mondo inizia con un tour del Central London Hatchery, dove i bambini in una società futura vengono prodotti attraverso un processo in provetta sotto un cartello che recita COMMUNITY, IDENTITY, STABILITY. I segnali nelle strutture di Genus riguardano principalmente il controllo della temperatura e il lavaggio delle mani, ma il concetto non è così diverso. Ogni maiale è numerato, monitorato e testato sul DNA per le sue qualità genetiche.

L'azienda gestisce animali selezionati per essere i più sani e in più rapida crescita e per avere le cucciolate più grandi. Questi animali - ciò che Genus chiama germoplasma d'élite - vengono quindi propagati tramite l'allevamento in fattorie moltiplicatrici e acquistati da produttori di tutto il mondo, dall'Iowa a Pechino, che li allevano ancora di più.

L'azienda utilizza il sequenziamento del DNA da diversi anni per identificare i suini con tratti preferiti e per guidare i suoi programmi di allevamento. Nel 2015 ha firmato una licenza esclusiva per l'editing genetico di maiali e bovini utilizzando la tecnologia di Caribou Biosciences, una società fondata da Jennifer Doudna dell'Università della California, Berkeley, che lo scorso ottobre ha condiviso un premio Nobel per lo sviluppo di CRISPR.

DISEGNO SELMAN

Poiché l'azienda suinicola non aveva esperienza nell'ingegneria genetica, iniziò ad assumere biologi vegetali. Uno di loro è il suo direttore scientifico, Elena Rice, una genetista di origine russa che ha trascorso 18 anni alla Monsanto, sviluppando principalmente piante di mais geneticamente modificate per crescere e resistere alla siccità. Le piante non sono mai state emotive per me, dice Rice. Il porcellino o la vacca: è molto emozionante. Vuoi abbracciarli; vuoi che siano sani. È come avere un bambino. Non vuoi che siano malati.

La stazione di ricerca Genus è predisposta per eseguire rapidamente il processo di editing, su molti suini. Le scrofe vengono anestetizzate e quindi arrotolate in una sala operatoria, dove i veterinari rimuovono le uova dalle ovaie. Le uova vengono spostate in laboratorio, dove vengono fecondate e vengono introdotte le molecole CRISPR. Due giorni dopo l'editing, gli embrioni, ormai grandi poche cellule, vengono impiantati in scrofe surrogate.

CRISPR è rinomato per la sua capacità di tagliare il DNA in posizioni predeterminate, ma in pratica la tecnologia ha un elemento casuale. Puntalo in un punto del genoma e lo cambierai in uno dei diversi modi possibili. Anche i cambiamenti non pianificati, o fuori bersaglio, possono apparire molto lontani nel genoma.

Nelle piante, questa casualità non è un tale problema. Un cambiamento genetico riuscito a un singolo seme (un evento, come lo chiamano gli ingegneri delle piante) può essere moltiplicato in un milione in più abbastanza rapidamente. Nei maiali, è necessario creare modifiche identiche in molti animali per stabilire una popolazione di maiali fondatori per l'allevamento.

Negli esperimenti sulle cellule di maiale, i ricercatori di Genus hanno provato molte possibili modifiche al CD163 gene, cercando quelli che si verificano in modo più prevedibile. Anche con tali sforzi, i maiali che nascono hanno la giusta modifica solo dal 20 al 30% circa delle volte. Quei maialini i cui genomi hanno errori finiscono in un cumulo di compost. Voglio far capire che questa tecnologia non è semplice. Puoi essere bravo in questa tecnologia o pessimo, dice Mark Cigan, un biologo molecolare con un ruolo di primo piano nel programma. Dobbiamo essere rigorosi, perché vogliamo un cambiamento prevedibile in tutti i maiali. Deve essere lo stesso cambiamento ogni volta.

Debellare l'influenza

Mentre la PRRS è il grosso problema negli Stati Uniti, Genus e altre aziende pensano di poter rendere i maiali immuni anche ad altri virus. Stanno valutando se l'editing genetico possa creare suini che non contraggono la peste suina africana, una malattia dilagante in Cina e che dal 2018 ha portato alla perdita della metà dei maiali di quel paese. Ricercatori come Rowland affermano che i maiali modificati potrebbero anche avere il vantaggio indiretto di ridurre la possibilità che alcuni virus si riversino dai maiali all'uomo.

Le origini del covid-19 sono ancora indeterminate, ma la teoria prevalente è che la malattia sia zoonotica, il che significa che è passata dagli animali alle persone. Dal momento che i maiali non prendono il nuovo coronavirus, probabilmente non hanno avuto alcun ruolo nell'emergenza del covid-19. Ma gli allevamenti di suini sono noti per aver dato inizio a pandemie influenzali. I maiali possono contrarre sia l'influenza aviaria che umana, oltre all'influenza suina. Ciò li rende un pericoloso recipiente di miscelazione in cui i virus influenzali possono scambiare tratti di DNA tra loro.

Un tale riassortimento di parti genetiche può produrre improvvisamente un nuovo virus influenzale che si diffonde tra le persone, che non avranno l'immunità. L'influenza suina H1N1 del 2009 trasportava elementi virali da uccelli, maiali e esseri umani. Negli Stati Uniti i casi sono stati circa 61 milioni: quasi 300.000 persone sono finite in ospedale e circa 12.500 sono morte. La micidiale pandemia influenzale del 1918 è stata accompagnata negli Stati Uniti da un'influenza suina, sebbene la connessione tra loro rimanga non dimostrata.

A partire dall'anno scorso, Genus ha pagato uno scienziato della Kansas State University, Jürgen Richt, per aiutare a progettare maiali resistenti all'influenza. Richt non è sicuro di poter rendere i maiali completamente immuni ai virus influenzali in rapida evoluzione, ma spera di poter rallentare gli agenti patogeni, forse anche abbastanza da ridurre le probabilità di un'altra pandemia. Se ottieni meno replicazione, ottieni meno mutazione, meno riassortimento, dice. Il risultato finale è una minore evoluzione del virus.

Poiché i recettori a cui si lega l'influenza sono così comuni nel corpo, nessun animale potrebbe sopravvivere alla loro rimozione, dice Richt. Quindi il progetto mira invece a rimuovere altri geni, per proteine ​​chiamate proteasi che l'influenza e il covid-19 richiedono come molecole aiutanti per entrare efficacemente nelle cellule. Poiché ci sono molti tipi di influenza, sarà necessario rimuovere più di una proteasi, portando alla domanda se i maiali con troppi geni eliminati possano prosperare. Se un maiale è una torre Jenga, quanti blocchi possono essere rimossi prima che l'animale cada a pezzi?

Non conosco il limite per eliminare i geni. Ecco perché facciamo tentativi ed errori, afferma Richt. Ma quello che vogliamo è renderli resistenti a tutte le influenze, da tutti i ceti sociali.

Non è ancora chiaro se i suini resistenti alla PRRS, con un solo recettore rimosso, siano sani e per il resto normali. Cigan dice che l'azienda pensa che lo siano; i ricercatori non riescono a vedere altre differenze nei loro test, che misurano cose come quanto mangiano i maiali e aumentano di peso. Ma i cambiamenti non pianificati potrebbero essere sottili.

Richt dice che un decennio fa era coinvolto nella produzione di bovini resistenti al morbo della mucca pazza. Dopo aver rimosso un gene, ha sentito che erano cambiati. Il modo in cui si sono alzati in piedi è stato divertente: è stato difficile rimetterli in piedi, dice. Il custode mi ha detto che sono stupidi, quindi forse l'intelligenza è stata influenzata. Con solo una dozzina di mucche, non ne era mai sicuro, ma sospetta che il bestiame abbia perso una funzione di lusso, una funzione che non era vitale per la sopravvivenza ma la cui rimozione ha portato a un degrado del sistema sensoriale.

Peste nera

Se l'editing genetico è perfezionato nei maiali, una specie anatomicamente così simile all'uomo che i medici sperano di trapiantare un giorno reni di maiale nell'uomo, quali saranno le implicazioni per le persone? Il dibattito sulla modificazione genetica umana si è spesso ridotto a chiedersi se sarebbe morale cambiare il colore degli occhi o l'intelligenza di un bambino, per esempio. Ma l'incubatoio di maiali mostra che CRISPR potrebbe essere in grado di somministrare alle persone vaccini genetici innati contro le peggiori malattie infettive che potrebbero incontrare.

Gli scienziati in Cina che hanno modificato embrioni umani per resistere all'HIV stavano perseguendo proprio uno sviluppo così rivoluzionario. E i problemi in cui si sono imbattuti erano simili a quelle facce di Genus: non potevano controllare le esatte modifiche apportate e non potevano essere sicuri che l'interruzione di un gene (chiamato CCR5 ) non avrebbe conseguenze impreviste. In quell'esperimento, però, non ci sono stati secondi tentativi. Inoltre, molti si sono chiesti se il tentativo rischioso fosse necessario dal punto di vista medico, poiché i farmaci possono tenere sotto controllo l'HIV per decenni.

Se l'editing genetico è perfezionato nei maiali, una specie anatomicamente così simile all'uomo che i medici sperano di trapiantare un giorno reni di maiale nell'uomo, quali saranno le implicazioni per le persone?

Dopo il fiasco cinese, le accademie scientifiche americane e britanniche hanno affermato che l'editing genetico, quando è abbastanza sicuro da usare nella riproduzione umana, dovrebbe evitare miglioramenti di qualsiasi tipo e assumere invece obiettivi più ristretti, come impedire alle persone di passare malattie ereditarie come la falce -malattia cellulare ai propri figli.

Altri ancora pensano che sia importante padroneggiare la tecnologia come possibile protezione contro future pandemie. Rimuovere un recettore dalle prossime generazioni di esseri umani potrebbe essere un ripiego della civiltà se la società viene colpita da una super-malattia che non può essere controllata da vaccini o farmaci e per la quale non sviluppiamo l'immunità.

Come specie, dobbiamo mantenere la flessibilità, di fronte a future minacce, per assumere il controllo della nostra stessa eredità, ha detto George Daley, il decano della Harvard Medical School, a un pubblico a Hong Kong nel 2018. Ha elencato la resistenza alle pandemie globali come una delle ragioni per sviluppare tecniche per modificare gli esseri umani.

Il Covid-19 mostra come un nuovo germe possa esplodere dal nulla e diffondersi a livello globale. Il tasso di mortalità complessivo per infezione con il nuovo coronavirus, forse lo 0,5%, non minaccia l'esistenza dell'umanità. Ma cosa accadrebbe se la prossima pandemia fosse più simile alla peste nera, che nel Medioevo uccise un terzo o più della popolazione europea? È una possibilità remota, come un attacco di un asteroide. Ma essere in grado di progettare gli esseri umani per resistere a germi specifici potrebbe essere una tecnologia tascabile che vale la pena avere.

Da quello che sanno degli animali, gli scienziati di Genus pensano che modificare gli esseri umani sia futuristico ma non impossibile. Vent'anni fa, Rice avrebbe detto che era pura finzione. Ma ora possiamo effettivamente farlo per gli animali, dice. Abbiamo gli strumenti.

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