A Terni si allevano zanzare Ogm per sconfiggere la malaria in Africa

Ma i test in corso in Umbria preoccupano diverse associazioni ambientaliste

[25 Febbraio 2019]

Gli scienziati del Polo GGB, un centro di alta specializzazione nel campo delle Scienze della Vita che e ospita il laboratorio di genomica e bioinformatica di Siena presso il bioincubatore della Fondazione Toscana life sciences e i laboratori di ecologia e genetica e di immunologia a Terni,  hanno avviato una nuova importante fase di test su un controverso  organismo geneticamente modificato: il rilascio per la prima volta su larga scala, in un laboratorio ad alta sicurezza a Terni, di una zanzara progettata per diffondere rapidamente una mutazione genetica letale per la propria specie.

Al Polo GGB, spiegano che il Laboratorio di Ecologia & Genetica di Terni «E’ coinvolto in progetti di ricerca di avanguardia che hanno l’obiettivo di sviluppare misure genetiche per il controllo dei vettori portatori di malattie (malaria). In particolare, i laboratori del Polo GGB sono impegnati nello sviluppo di zanzare geneticamente modificate per il controllo della malaria in collaborazione con l’Imperial College di Londra e il Massachussets General Hospital».
Queste attività sono finanziate dalla Fondazione Bill e Melinda Gates e dalla Defence advanced research projects agency (Darpa), l’agenzia del Dipartimento della difesa Usa che sviluppa nuove tecnologie per uso militare. Il Polo GGB è anche partner del progetto INFRAVEC2 che ha l’obiettivo di «fornire servizi e condividere le infrastrutture con laboratori europei impegnati nello studio di malattie trasmesse da vettori».

L’esperimento è un passo fondamentale nel progetto Target Malaria, il cui principale finanziatore è la  Bill & Melinda Gates Foundation , che sostiene anche della NPR, la radio pubblica statunitense, che  incuriosita anche dalla partecipazione della Derfa, ha dedicato un lungo servizio alle zanzare OGM ternane, intervistando anche  Ruth Mueller, l’entomologa che gestisce il  Laboratorio di Ecologia & Genetica, che non ha certo nascosto il suo entusiasmo «Questo sarà davvero un esperimento rivoluzionario. E’ un momento storico. L’obiettivo è vedere se le zanzare potrebbero alla fine fornire una nuova e potente arma per aiutare a sradicare la malaria in Africa, dove si verificano la maggior parte dei casi. E’ molto eccitante».

I rilasci delle zanzare OGM in ambienti controllati sono iniziati a febbraio e le preoccupazioni non mancano. Secondo dice Dana Perls di Friends of the Earth, che fa parte di una coalizione internazionale che combatte questa nuova generazione di OGM, «Questa è una tecnologia sperimentale che potrebbe avere impatti devastanti. Per prevenire effetti imprevisti sull’ambiente, gli scienziati hanno sempre cercato di impedire agli organismi geneticamente modificati di diffondere le loro mutazioni. Ma in questo caso, i ricercatori vogliono che la modifica si diffonda. Così hanno ingegnerizzato le zanzare con un gene drive.

La Mueller  spiega che «Un gene drive è come un “gene egoista”, perché non segue le normali regole della genetica. Normalmente, i tratti passano a metà di tutta la prole. Con il gene drive, quasi tutta la progenie eredita la modifica. Tutta la progenie. Tutti i discendenti – le baby zanzare – hanno questa modifica».

I ricercatori hanno creato le zanzare usando la CRISPR, la potente nuova tecnica di modifica dei geni, che Mueller paragona a «Una forbice molecolare che può tagliare in un sito specifico nel DNA. Il taglio ha alterato un gene noto come “doublesex”, che è coinvolto nello sviluppo sessuale delle zanzare. Le femmine diventano un po’ più maschili. Una specie di ermafroditi». Anche se geneticamente sono femmine, le zanzare OGM hanno un apparato boccale che somiglia a quello dei maschi, questo significa che non possono pungere e che quindi non possono diffondere il parassita della malaria. Inoltre,  anche gli organi riproduttivi degli insetti sono deformati, il che significa che non possono deporre le uova. Man mano che sempre più femmine di zanzare ereditano due copie della modifica, sempre più zanzare diventano sterili.

«L’idea – sottolinea il blog della NPR  “Goats and Soda – Stories of life in a changing World” – è che, se alla fine queste zanzare modificate si dimostrassero sicure ed efficaci, potrebbero un giorno essere rilasciate nei villaggi africani afflitti dalla malaria. La speranza è che diffondano la loro mutazione e alla fine sterilizzino tutte le femmine. Ciò farebbe crollare – o ridurre drasticamente – le popolazioni locali di zanzare»

Tony Nolan, che ha contribuito a sviluppare le zanzare OGM all’Imperial College di Londra e che ora è alla Liverpool School of Tropical Medicine, ricorda che «La malaria è un problema enorme che riguarda probabilmente i due terzi della popolazione mondiale».  Ma il nigeriano Nnimmo Bassey, direttore dell’Health of Mother Earth Foundation, ribatte: «Questa è una tecnologia che non sappiamo come andrà a finire,  dobbiamo smetterla esattamente qui. Stanno cercando di usare l’Africa come un grande laboratorio per testare tecnologie rischiose».

Nolan e Mueller sostengono che «Il progetto sta lavorando metodicamente e con cautela per valutare le zanzare in stretta consultazione con scienziati, funzionari governativi e residenti locali in Africa. Inoltre, le zanzare del gene-drive influenzerebbero solo una delle centinaia di specie di zanzare». Nolan aggiunge: «Ci saranno problemi con qualsiasi tecnologia, ma non penso che si debba escludere una tecnologia senza aver fatto del nostro meglio per capire quale sia il suo potenziale di essere trasformativa per la medicina e, se dovesse funzionare, sarebbe trasformativa».

Kevin Esvelt, un ingegnere evoluzionista del Massachusetts Institute of Technology è d’accordo: «Se i miei figli vivessero in Africa, direi, “fatelo il più rapidamente possibile’». Esvelt è un pioniere della CRISPR, ma ha ripetutamente avvertito gli scienziati di muoversi con cautela con questa tecnologia perché è molto potente, ma pensa anche che «Target Malaria abbia agito in modo responsabile. Il danno noto della malaria supera di gran lunga i danni combinati di tutto ciò che è stato postulato potrebbe andare ecologicamente storto». Nolan fa notare che «Il progetto prevede anni di studi aggiuntivi per valutare le zanzare e i possibili impatti ambientali, nonché le consultazioni sociali e politiche per costruire un consenso su quando sarebbe consentito un rilascio. Probabilmente saranno trascorsi almeno 5 anni».

I ricercatori del Laboratorio di Ecologia & Genetica del Polo GGB tranquillizzano: «I laboratori di Terni si avvalgono di una infrastruttura unica al mondo che permette di riprodurre in camere climatiche di grandi dimensioni le condizioni ambientali delle regioni tropicali in termini di temperatura, umidità e intensità di luce ricreando un ecosistema molto simile a quello naturale, adatto agli studi di ecologia delle zanzare Anopheles e Aedes geneticamente modificate. Il laboratorio, certificato BLS2 ed autorizzato dal ministero della salute, ha recentemente superato un audit internazionale per il livello di contenimento e di sicurezza per gli aspetti strutturali e procedurali. Il laboratorio offre l’allevamento di zanzare per studi comportamentali in un’ampia gamma di condizioni ambientali per soddisfare le esigenze sperimentali di studi comportamentali e genetici. La piattaforma di Ecologia e Genetica del Polo GGB offre funzionalità uniche per l’allevamento di massa delle specie di zanzare Aedes aegypti, Aedes albopictus e Anopheles Gambiae compresi i ceppi geneticamente modificati. La piattaforma ha la capacità di allevare zanzare in un’ampia gamma di condizioni ambientali per soddisfare le esigenze sperimentali di studi comportamentali e genetici. Le camere climatiche di grandi dimensioni consentono lo sciame e l’accoppiamento e sono attrezzate per impostare la temperatura e i parametri del ciclo di vita idonei ad imitare le condizioni ambientali tipiche dell’habitat delle singole specie di zanzare. Diverse tecniche di allevamento e nutrimento sono messe a disposizione per soddisfare le esigenze delle specifiche specie di zanzare».

Quando la troupe della NPR ha visitato il laboratorio di Terni, oltre all’assoluta sicurezza della struttura, la Mueller  ha fatto notare che «L’esperimento viene condotto in Italia, dove questa specie di zanzare non potrebbe sopravvivere al clima anche se gli insetti fuggissero. Vogliamo davvero dimostrare di lavorare in modo molto, molto solido e responsabile riguardo a questa nuova tecnologia».

Nei test svolti in piccole gabbie in un laboratorio sotterraneo dell’Imperial College di Londra, le zanzare OGM hanno fatto calare rapidamente le popolazioni delle loro controparti naturali. Il nuovo esperimento  nel Laboratorio di Ecologia & Genetica del Polo GGB è progettato per testarle in un ambiente caldo e umido che ricorda più da vicino il loro habitat naturale nei Paesi africani. «Questo ci aiuta a capire meglio come un rilascio del gene drive possa funzionare nel mondo reale», spiega ancora la Mueller. A Terni il rilascio delle zanzare geneticamente modificate avviene  in una camera sperimentale protetta da una pesante porta di metallo  e che ospita 6 enormi “gabbie” che in realtà sono zanzariere bianche alte quasi tre metri per  contenere gli insetti. Al laboratorio ternano dicono che «Le camere climatiche del Polo GGB offrono soluzioni uniche per effettuare esperimenti su popolazioni di zanzara in ambienti che riproducono fedelmente climi tropicali. Polo GGB dispone di cinque camere climatiche ognuna equipaggiata con un avanzato sistema di controllo PID (Proportional Integral Derivative Controller) che permette un accurato controllo della temperatura ed umidità così da riprodurre, nella maniera più naturale possibile, il clima tropicale nel quale le zanzare vivono».  Le gabbie hanno grandi dimensioni e possono ospitare da decine a migliaia di zanzare consentendo di effettuare studi di popolazione su larga scala e simulare studi di rilascio di zanzare  geneticamente modificate in presenza di popolazioni naturali. Le strutture di contenimento bsl-2 sono state realizzate e certificate per «garantire elevati livelli di sicurezza, prevenire accidentali rilasci nell’ambiente e mantenere ed allevare nuovi ceppi di zanzare GM in totale sicurezza»

L’idea è quella di incoraggiare il comportamento naturale delle zanzare. Nelle gabbie ci sono cilindri vuoti di argilla umida, che le zanzare usano come rifugi, e grandi scatole nere con il fondo bianco, perché il contrasto di colori stimola le zanzare a sciamare e quindi ad accoppiarsi.  Un computer controlla con precisione la luce nella camera per simulare l’alba e il tramonto e i cambiamenti naturali di intensità e colore durante il giorno.

NPR spiega come procede l’esperimento: dopo aver indossato i guanti di gomma, il tecnico Tania Persampieri raccoglie con cura un vassoio contenente contenitori di vetro, contenenti ciascuno dozzine di zanzare modificate nella fase di sviluppo della pupa e che si agitano nell’acqua. «Persampieri si avvicina lentamente alla prima gabbia, si accovaccia e raccoglie uno dei contenitori con le crisalidi delle zanzare. Fa scivolare delicatamente il contenitore attraverso un’apertura nella rete che impedisce la fuoriuscita degli insetti e lo posiziona sul pavimento». La Persampieri ei suoi colleghi si muovono silenziosamente per evitare di stressare inutilmente le zanzare e la ricercatrice italiana rilascia zanzare OGM immature in 4 delle 6 gabbie. Due gabbie ricevono quantità di zanzare OGM pari al 25% delle popolazioni non modificate già presenti nelle gabbie; due gabbie ricevono quantità pari al 50%. Le restanti 2 gabbie verranno utilizzate come confronto e quindi non ospitano zanzare OGM.

Altri tecnici introducono in ogni gabbia i contenitori con sangue caldo di mucca. «Scaldiamo il sangue perché questo è attraente per le zanzare, non amano il sangue freddo, vogliono avere un animale vivo  da poter mordere», spiega ancora la Mueller a NPR. Il sangue è somministrato alle femmine di zanzara attraverso il sistema Hemotek, un dispositivo termostatico che consente di poter evitare l’uso di animali da laboratorio.

Mentre i ricercatori stanno finendo, le luci nella camera/gabbia si affievoliscono:  sono equipaggiate con un sistema di illuminazione a tre diverse lunghezze d’onda progettato per riprodurre il ciclo solare durante tutto il giorno, dall’alba al tramonto. «Si tratta di un oscuramento lento e anche di uno specifico colore della luce – molto arancione, un colore molto caldo – così che si sentano davvero come se stessero vivendo un tramonto – dice la Mueller – Questo è fondamentale perché è al tramonto che i maschi di zanzare iniziano la loro danza di accoppiamento. I maschi formano degli sciami: volano in giro molti maschi di zanzara. Sembra un po’ come se ballassero». Mentre i maschi sciamano, le femmine ne scelgono uno e poi la coppia vola  via per accoppiarsi.

Il team del laboratorio di Terni ogni settimana raccoglie migliaia di uova dalle gabbie per monitorare se e quanto si stia diffondendo la mutazione sterilizzante e sperano di capire, entro 6 mesi – un anno, se le zanzare modificate danzano abbastanza bene da diffondere efficacemente la loro letale modifica in natura.