L'invenzione dell'estinzione

La malaria uccide mezzo milione di persone ogni anno, per lo più bambini nell'Africa tropicale. Il prezzo per l'eradicazione della malattia è stimato in oltre 100 miliardi di dollari in 15 anni. Per farlo, avresti bisogno di zanzariere per tutti, decine di migliaia di casse di farmaci antimalarici e milioni di litri di insetticidi. Ma ci vorrebbe più che roba. Avresti bisogno di cose che i paesi più poveri del mondo non hanno, come governi forti, potere d'acquisto e sistemi sanitari pubblici funzionanti. Quindi la malaria continua a uccidere.

Ma se invece ti servisse solo un secchio pieno di zanzare?

Questa storia faceva parte del nostro numero di maggio 2016

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Ho visto una tale invenzione all'Imperial College di Londra. Uno studente mi ha condotto attraverso una porta d'acciaio, sotto una potente folata d'aria, e in una stanza umida riscaldata a 30 gradi. Dietro i vetri, le zanzare si aggrappavano ai lati di piccole gabbie coperte da una rete bianca. Un segnale di avvertimento diceva: QUESTO CUBICOLO OSPITA LE ZANZARE GENE DRIVE GM. Ha continuato avvertendo che il DNA degli insetti contiene un elemento genetico che ha la capacità di diffondersi a una velocità sproporzionatamente alta.

Un gene drive è un gene egoista artificiale in grado di imporsi nel 99 percento della prole di un organismo invece della solita metà. E poiché questo particolare gene fa diventare sterili le zanzare femmine, entro circa 11 generazioni, o in circa un anno, la sua diffusione condannerebbe qualsiasi popolazione di zanzare. Se rilasciata sul campo, la tecnologia potrebbe portare all'estinzione delle zanzare della malaria e, possibilmente, interrompere la trasmissione della malattia.

Anofele Gambia zanzare. La specie diffonde la malaria in Africa.

Le zanzare che ho visto sono state create nell'ambito di Target Malaria, un progetto guidato dall'Imperial College che si è tranquillamente ampliato fino a coinvolgere 16 istituzioni e comprende squadre in Italia e tre paesi africani, Mali, Burkina Faso e Uganda, dove attualmente sono presenti strutture sicure per le zanzare essendo attrezzato. Il suo lavoro è finanziato dalla fondazione sanitaria del miliardario Microsoft Bill Gates, a Seattle. Un funzionario ha affermato che la fondazione ora considera le unità genetiche necessarie per porre fine alla malaria e prevede che la tecnologia sarà pronta anni prima di un vaccino efficace. Secondo un business plan sviluppato per la Gates Foundation, le zanzare autoannientanti potrebbero essere scatenate nel 2029.

Il piano è disperdersi Anofele Gambia zanzare che ospitano geni egoistici nell'Africa subsahariana. Il gene drive potrebbe diffondersi in un'ampia fascia di territorio, causando la scomparsa delle zanzare e bloccando la trasmissione del parassita che causa la malaria. La malaria è un problema di povertà, di instabilità e di mancanza di volontà politica, dice Andrea Crisanti, il parassitologo e ingegnere genetico italiano che ha sviluppato gli insetti all'Imperial College. Chiediamo la spinta a fare ciò che non possiamo fare politicamente o economicamente.

Oltre ad aiutare con la malaria, gli ambientalisti pensano che la tecnologia genetica potrebbe salvare gli uccelli nativi delle Hawaii che stanno scomparendo (dalla malaria aviaria) o forse liberare l'Australia dai rospi invasivi e distruttivi che si sono spostati verso ovest attraverso il continente. Perché non anche eliminare Aedes aegypti , la zanzara che diffonde la febbre dengue e Zika nelle Americhe?

Qualche paese, agenzia o individuo ha il diritto di cambiare natura in modi che potrebbero interessare tutti?

La tecnologia crea rischi che la società non ha mai dovuto considerare prima. Rimuovere le zanzare sconvolgerebbe gli ecosistemi? Stiamo rischiando un'epidemia genetica se il DNA egoista dovesse scavalcare la barriera delle specie per colpire altri insetti? La cosa più sconcertante: quale paese, agenzia o individuo ha il diritto di cambiare la natura in modi che potrebbero influenzare l'intero globo? Questo è il motivo per cui odio il problema della malaria, afferma Kevin Esvelt, un biologo del MIT che ha messo in guardia sui dilemmi senza precedenti che creeranno le spinte genetiche. Rende la tecnologia così allettante da usare.

Queste domande hanno bisogno di risposte presto. Solo 12 mesi fa, la tecnologia gene-drive era ancora una teoria promettente. Non più. Grazie a CRISPR, una nuova tecnica di editing genetico, si stanno verificando rapidi progressi tecnici. Nel laboratorio di Imperial ho sbirciato al microscopio una zanzara immatura, chiamata pupa, una creatura raccapricciante che sembra un prosciutto delle vacanze con una coda di aragosta attaccata. All'interno del suo corpo potevo vedere punti fluorescenti infuocati in cui un gene artificiale egoista era impegnato a copiare se stesso. Le trasformazioni potenzialmente in grado di alterare l'ecosistema erano state eseguite principalmente da uno studente di 27 anni di nome Andrew Hammond durante alcuni mesi di tarda notte in laboratorio. Ci sono tanti modi fantastici per costruirli, esultò Hammond. Ci sono così tante cose facili da fare.

E questo è solo il problema. I funzionari negli Stati Uniti e altrove temono che potrebbe essere un po' troppo facile. L'FBI sta esaminando se le unità genetiche possano essere utilizzate in modo improprio, ad esempio, per creare una piaga dei designer. E questo maggio, la National Academy of Sciences degli Stati Uniti dovrebbe pubblicare raccomandazioni per ridurre i rischi ecologici e di altro tipo prima di qualsiasi test sul campo. Ventisette ricercatori hanno scritto a Scienza con avvertimenti contro il rilascio accidentale di organismi gene-drive, qualcosa che temono possa devastare la fiducia del pubblico. Altri hanno affermato che la ricerca dovrebbe essere classificata, anche se è troppo tardi per questo.

Specie disprezzata

Delle 3.500 specie di zanzare, circa 30 diffondono la malaria, sebbene tre sottotipi quasi indistinguibili di Anofele Gambia fare più danni in Africa. La puntura della zanzara femmina diffonde il parassita plasmodio, che provoca febbre e brividi facendo esplodere i globuli rossi. Queste tre zanzare sono quelle prese di mira da Imperial per l'eliminazione, dice Crisanti, facendo oscillare gli occhiali con una punta e saltando su dalla sedia.

Crisanti riconosce che la tecnologia gene-drive sta generando tensione. Aumenterà la pressione per utilizzare la tecnica, dati i benefici sanitari e sociali che potrebbe portare porre fine alla malaria. D'altra parte, non ci sono ancora regole o procedure concordate per lo sviluppo di una tecnologia in grado di diffondersi tra gli organismi selvatici. Il gene drive è controverso per il potenziale di spazzare via una specie, dice. Quindi dovrebbe esserci un chiaro vantaggio.

All'avamposto italiano di Target Malaria, femmina Anofele le zanzare prendono un pasto di sangue. Tre giorni dopo deporranno le uova.

Un gene drive non condannerebbe necessariamente queste specie di zanzare all'estinzione. Potrebbero rimanere sacche di zanzare, o potrebbero essere mantenute in un laboratorio, se qualcuno volesse riportarle indietro. Ma l'eradicazione è un possibile risultato, dice Crisanti, in particolare se il rilascio del gene drive coincide con condizioni come un periodo di siccità o un'ondata di freddo. Le specie si estingue continuamente, ovviamente, ma mi chiedevo: è etico eliminare di proposito una qualsiasi parte della natura? Lo chiedi in modo darwiniano o teologico? Crisanti ha risposto. Penso che sia una specie di competizione tra noi e la zanzara. E non credo che una specie abbia il diritto di esistere o di non esistere. Dice che ciò che le specie hanno è la forma fisica: si sono adattate per prosperare nella loro nicchia ambientale. Per le specie che speriamo di salvare, potremmo utilizzare i geni drive per aggiungere geni benefici, come quelli per la resistenza alle malattie. Alle specie che disprezziamo, possiamo aggiungere quelle che le rendono inadatte alla sopravvivenza.

Geni egoisti

Target Malaria è guidato da Austin Burt, un teorico dell'evoluzione dell'Imperial College la cui specialità sono gli elementi genetici egoistici. Questi sono geni parassiti, presenti in molte specie, che fanno copie extra di se stessi. (Uno, chiamato elemento P, è persino riuscito a farsi strada in autostop nel genoma di ogni mosca della frutta sulla Terra durante il 20° secolo.) Burt era interessato a un particolare tipo di gene egoista presente nelle muffe melmose, chiamato endonucleasi. Questi tagli aprono il DNA in punti molto precisi che riconoscono e quindi, offrendo se stessi come modello di riparazione, possono indurre una cellula a copiarli. Burt ha concluso che la semplicità di questo processo lo ha lasciato aperto all'artificio umano e in un articolo del 2003 ha descritto come potrebbe essere trasformato in un dispositivo di estinzione.

Il paradosso che Burt doveva risolvere è come anche qualcosa di molto dannoso per le zanzare potesse essere diffuso da loro. Una risposta, vide, era un gene egoista che è innocuo se è presente una copia, ma provoca sterilità se ne sono presenti due. (Come gli esseri umani, le zanzare hanno due serie di cromosomi, uno da ciascun genitore.) A partire da una zanzara maschio con una copia, il gene egoista farà in modo che finisca in ognuno dei suoi spermatozoi, piuttosto che solo nella metà. In questo modo anche qualsiasi prole con una zanzara selvatica sarà portatore, così come tutta la prole della loro prole. Di conseguenza, il gene sfreccerà attraverso la popolazione.

Alla fine, diventa probabile che qualsiasi coppia di zanzare che si accoppiano sarà entrambe portatrice e la loro prole, con due copie, sarà sterile. Rapidamente, la popolazione crollerà, vacillando per il veleno genetico. Sulla mia copia seccata dell'articolo di Burt, ho sottolineato le sue frasi conclusive: Chiaramente, la tecnologia qui descritta non deve essere usata alla leggera. Data la sofferenza causata da alcune specie, non è ovviamente nemmeno da ignorare.

Burt è un canadese in pensione che ho trovato in un ufficio che era in gran parte vuoto, a parte un computer. Ha servito del tè che nessuno ha bevuto e ha risposto a molte delle mie formulazioni più provocatorie sull'enorme potere della biotecnologia dicendo: Uhm, sì. Ha confidato di aver cercato di brevettare la sua idea. Ma è stato rifiutato perché all'epoca aveva poche prove sperimentali per dimostrare che poteva funzionare. Volevo credere di aver inventato qualcosa, dice.

A quel tempo, il laboratorio di Crisanti aveva appena determinato come eseguire l'ingegneria genetica Anofele zanzare: un prerequisito affinché le idee di Burt funzionino. Hanno chiesto finanziamenti alla Gates Foundation e da allora Gates ha speso 44 milioni di dollari per il progetto, senza dubbio la somma più grande spesa fino ad oggi per la ricerca sul gene drive.

Eppure progettare un gene egoista che avrebbe funzionato come previsto dalle equazioni sullo schermo del computer di Burt si è rivelato difficile. Il team di Crisanti ha provato ad adattare geni egoistici da muffe melmose, ma è stato difficile farli tagliare geni di zanzara molto diversi. Entro il 2011, il team aveva un prototipo parziale ma nulla in grado di diffondersi ampiamente in natura.

Poi, nel marzo del 2015, due biologi della mosca in California, Ethan Bier e il suo studente Valentino Gantz, hanno annunciato di aver creato un gene egoista che ha soddisfatto la profezia di Burt. Si è diffuso attraverso una popolazione di mosche da laboratorio, provocando un cambiamento genetico che ha fatto ingiallire gli insetti. Invece di lottare con le muffe di melma, Bier e Gantz avevano usato Cas9, la molecola per affettare il DNA diventata famosa per il suo ruolo nella tecnologia di modifica genetica chiamata CRISPR. La virtù di Cas9 è che è facilmente indirizzabile per aprire qualsiasi sequenza di DNA che ti piace. Quindi avevano aggiunto Cas9 al genoma del moscerino della frutta e gli avevano detto dove tagliare.

È una specie di competizione tra noi e la zanzara.

Ciò significava che con CRISPR, anche un team di due persone potrebbe, in teoria, cambiare un'intera specie. Entro lo scorso dicembre, il gruppo di Crisanti e un altro, guidato da Bier e dall'esperto di zanzare Anthony James, avevano entrambi utilizzato CRISPR per costruire unità genetiche in grado di diffondere tratti attraverso le popolazioni di zanzare in gabbia, e probabilmente anche in natura.

Con più scienziati che lavorano sui geni drive, la possibilità di rilascio accidentale è diventata una preoccupazione. Se uno degli insetti di Bier fosse scappato nei frutteti della California, avrebbe potuto ingiallire tutte le mosche. Ad agosto, Burt, Bier e altri 25 hanno scritto una lettera a Scienza concordando sulla necessità di rigorose strategie di confinamento per evitare una fuoriuscita genetica e invitando gli scienziati a rifiutare le richieste di condividere gli organismi che hanno fatto fino a quando non sarà possibile capire un qualche tipo di regole.

Il laboratorio delle zanzare dell'Imperial a Londra non è sicuramente Fort Knox, con studenti che vanno e vengono. Invece, una misura di sicurezza chiave è la sua posizione lontano dall'attuale gamma di Anofele Gambia . Eventuali zanzare in fuga - gli studenti le chiamano volantini - probabilmente perderebbero i sensi a causa dell'aria secca e del freddo non appena colpissero i corridoi del laboratorio. E anche se in qualche modo uno arrivasse a 200 iarde su Queen's Lawn, non troverebbe nessun'altra zanzara con cui accoppiarsi. Le zanzare che ho visto a Londra, in ogni caso, non sono ancora pronte per il rilascio. Non sono troppo sani: sarebbe difficile per loro competere e riprodursi in natura. E in due delle gabbie il gene drive, che all'inizio si diffuse rapidamente, iniziò a scomparire dopo alcune generazioni di zanzare. Il motivo probabile è la resistenza. Una o più zanzare potrebbero aver sviluppato l'immunità alla pulsione, forse attraverso una mutazione casuale del DNA, e la progenie di queste zanzare si è rapidamente moltiplicata.

Abbiamo dei problemi da risolvere, ma abbiamo un sacco di trucchi nell'armadio, dice Tony Nolan, il luogotenente scientifico del laboratorio di Crisanti. Un'idea è quella di combinare più unità, mirando a tre diversi siti di DNA contemporaneamente. Le zanzare potrebbero eventualmente evolvere la resistenza a tutti e tre, ma forse non prima che siano tutti morti.

Su un monitor una larva di zanzara si illumina con una traccia fluorescente.

Schierare le truppe

La Fondazione Gates ha speso $ 36,7 miliardi sull'istruzione, la salute pubblica e i vaccini sin dal suo inizio nel 2000. La frazione spesa per le unità genetiche si registra a malapena, ma la tecnica ha assunto un fascino speciale nella risoluzione della malaria, a lungo uno degli obiettivi principali di Gates. Se dovessi inventare il modo ideale per affrontare un problema nel mondo in via di sviluppo... sarebbe un gene drive, afferma Fil Randazzo, vicedirettore della fondazione.

Se funzionerà, sarà incredibilmente economico, facile da distribuire ed egualitario, a beneficio di tutti, ricchi o poveri. Continuerà a funzionare anche una volta rilasciato, evitando un problema comune: spesso, la parte più difficile dell'eradicazione di una malattia è la fine del gioco, quando l'attenzione si sposta altrove e la spesa per caso sale alle stelle. In uno scenario che mi ha delineato Randazzo, ogni 50 chilometri circa si sarebbero liberati secchielli di zanzare, innescando una reazione a catena che, nell'arco di due anni, sarebbe fluita attraverso boschi, pascoli e paesi intermedi. Il numero di zanzare sopravvissute crollerebbe, a meno dell'1% dei livelli normali. Con l'aiuto di zanzariere e spray, i morsi sarebbero al minimo, interrompendo il ciclo di trasmissione della malaria. Una campagna di trattamento farmacologico potrebbe quindi ripulire la riserva umana del parassita: in alcuni paesi dell'Africa occidentale il 25% della popolazione è infetto.

La Gates Foundation ha affermato di non credere più che la malaria possa essere spazzata via senza un gene drive. Non puoi andare in giro con una zanzariera addosso tutto il tempo. Questo non eliminerà la malaria, dice Randazzo. Con un gene drive, il cambiamento del comportamento umano non è richiesto.

Il team Imperial ha iniziato a costruire modelli matematici di geografia, clima e altri fattori per capire come potrebbe agire un gene drive nel mondo reale. In Burkina Faso, gli scienziati hanno rilasciato Anofele cosparso di polvere fluorescente per rintracciarli. Burt afferma di ritenere che una corsa potrebbe diffondersi da cinque a 20 chilometri all'anno da qualsiasi punto di rilascio e che meno di 500 zanzare potrebbero innescare la reazione.

Un operatore di laboratorio esegue test del DNA presso il Polo d'Innovazione Genomica, a Perugia, in Italia, parte di una rete di laboratori finanziati da Bill Gates che stanno studiando le spinte geniche.

Alcuni scienziati mi hanno detto che credono che il progetto sulla malaria sia condannato. E se invece diverse zanzare finissero per trasmettere la malattia? Guy Reeves, un biologo evoluzionista presso il Max Planck Institute in Germania, prevede che gli insetti resistenti saranno il problema principale, dicendo che faranno svanire la tecnologia. Non possiamo scegliere ogni volta la nuova brillante cosa, dice Reeves, che pensa che gli insetti basati sulle teorie di Burt non si dimostreranno mai sufficientemente prevedibili da usare con sicurezza.

A marzo, circa 75 esperti politici e scienziati, tra cui Burt, hanno partecipato a un simposio di tre giorni a porte chiuse sul gene drive nella Carolina del Nord. Le persone che erano presenti affermano che era palpabile la preoccupazione per la prospettiva di cambiamenti genetici che possono diffondersi ampiamente, oltre i confini. Esvelt del MIT, che ha partecipato, afferma che il problema con l'idea della malaria è che avrà un effetto su tutti in Africa, ma che portare tutti lì ad accettare la tecnologia sarà impossibile. Penso che Gates abbia tutte le intenzioni di spingerlo avanti, dice. E la domanda è: come puoi farlo eticamente?

Randazzo afferma che l'organizzazione di Gates si impegna a consegnare la tecnologia gene-drive agli africani e lasciare che siano loro a decidere. Gli sforzi in questa direzione sono a buon punto. A partire dal 2012, Target Malaria ha iniziato a sviluppare operazioni a terra in una manciata di paesi africani, addestrando scienziati, ristrutturando laboratori di insetti e inviando squadre per informare le comunità locali.

Il piano ricorda una campagna militare, completa di esercitazioni, manovre e cariche a salve. Include l'introduzione graduale di zanzare geneticamente modificate prive di un gene drive. Sebbene questi non aiutino con la malaria, gli scienziati locali possono formarsi con loro e creare un percorso normativo per la cosa reale. In Burkina Faso è già pendente una domanda per importare le prime zanzare geneticamente modificate dall'Africa.

Piccole gabbie a rete vengono utilizzate per contenere le zanzare per lo studio.

Ma i veri insetti gene-drive rimarranno in Europa fino a quando i paesi africani non avranno accettato la tecnologia e le sue conseguenze. Il motivo è che in una località tropicale, a differenza di Londra, un incidente di laboratorio che fa scappare le zanzare potrebbe avere conseguenze irreversibili. Non li importeremo in Africa finché non saranno accettati, perché non pensiamo di poter garantire che sarà contenuto al 100 percento, afferma Delphine Thizy, la politologa che gestisce i team di coinvolgimento di Target Malaria.

La gente in Africa vorrà questa tecnologia? Ho parlato con un entomologo keniota, Richard Mukabana, che ha lavorato alla campagna di terra nelle comunità intorno al Lago Vittoria. Utilizzando poster e diagrammi, i team hanno visitato le aree rurali per spiegare l'idea, spesso a persone analfabete. Un cartone animato usato per trasmettere quello che sta succedendo mostra uno scienziato biondo che tiene una gabbia per zanzare accanto a una bandiera britannica. L'obiettivo del lavoro di base è stabilire una licenza sociale per operare, un tipo di accordo, dice Mukabana, che non è scritto o attaccato al muro, ma dovrà esistere se un gene drive deve mai essere rilasciato.

Nemmeno la maggior parte degli scienziati sa ancora cos'è un gene drive o come funziona. E descriverlo alle persone nel dialetto Luo (la lingua parlata dal padre del presidente Obama) è impegnativo, dal momento che la lingua manca di una parola per il DNA. Mukabana ha preso in prestito parole dall'inglese e dallo swahili e ha usato il sangue come sinonimo di geni.

Mukabana mi ha detto che quando le persone nelle comunità in cui i bambini muoiono di malaria sentono che la malattia potrebbe essere eliminata, sono favorevoli. E se c'è un difensore delle zanzare intorno al Lago Vittoria, non ne ha incontrato uno. La gente non si preoccuperà dell'estinzione delle zanzare, dice.

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