Valutazione dei rischi dei virus e dei batteri ingegnerizzati, ovvero la “vita specchio”
Considerate le vostre mani. Sono essenzialmente identiche sotto ogni aspetto, tranne uno: sono immagini speculari l’una dell’altra.
Molte delle molecole della vita, come proteine e DNA, hanno la stessa proprietà. Possono esistere in forme destrorse e sinistrorse che sono altrimenti chimicamente identiche. Tuttavia, a causa di una stranezza che non comprendiamo appieno, la vita si è evoluta per usare un set di molecole quasi esclusivamente: tutto, dai batteri e funghi più semplici alle piante e agli animali più complessi, usa proteine sinistrorse e DNA destrorse.
Per oltre 30 anni sono stato affascinato dall’idea che le molecole biologiche “specchio”, come le proteine destrorse (o le loro versioni in miniatura, i peptidi), potessero essere utilizzate come farmaci furtivi per malattie prive di trattamenti efficaci o pratici. In una scoperta pubblicata durante il mio primo anno di specializzazione, Stephen Kent e i suoi coautori hanno dimostrato che le proteasi (enzimi digestivi nel corpo) non possono scomporre i peptidi specchio, quelli con la chiralità opposta ai peptidi che il tuo corpo produce naturalmente. Basandosi su questo principio, il mio laboratorio ha creato peptidi specchio che potrebbero aiutare a prevenire o curare malattie infettive. Questi peptidi durano molto più a lungo nel corpo perché non vengono digeriti e nemmeno riconosciuti (o eliminati) dal sistema immunitario.
La primavera scorsa, ho partecipato a un incontro dell’iniziativa Pandemic Antiviral Discovery , che mira ad accelerare lo sviluppo di farmaci per prepararsi alla prossima pandemia virale. Il mio laboratorio ha esaminato possibili trattamenti peptidici specchio per i virus Nipah e Hendra, due virus strettamente correlati e altamente letali che potrebbero causare pandemie mortali. Una discussione a cena si è spostata sull’idea di progettare un intero batterio specchio da zero. Un tale organismo potrebbe essere progettato per produrre versioni più grandi dei tipi di molecole che il mio laboratorio costruisce a costi inferiori. Ma presenterebbe anche gravi problemi di biosicurezza. Se le proteine specchio sono entusiasmanti come antivirali perché sono in gran parte invisibili agli enzimi digestivi e al sistema immunitario, quel principio, su larga scala, non potrebbe rendere un batterio specchio completo un patogeno particolarmente pericoloso?
A dicembre, 37 colleghi e io abbiamo pubblicato un articolo su Science sostenendo che i batteri specchio, cellule sintetiche autoreplicanti, i cui componenti esistono nella loro forma speculare, potrebbero effettivamente rappresentare pericoli incredibilmente gravi se creati con successo. In primo luogo, probabilmente eluderebbero la maggior parte delle risposte immunitarie umane, animali e vegetali perché queste si sono evolute per affrontare le minacce batteriche naturali, non quelle speculari. Questa resistenza intrinseca potrebbe portare a infezioni diffuse e letali in molte specie (indipendentemente da qualsiasi altro fattore che renda pericolosi i patogeni, come le tossine che possono produrre). In secondo luogo, il nostro mondo non è invaso da batteri naturali in parte perché sono tenuti sotto controllo da altri organismi, come virus e amebe, che li predano. Per quanto ne sappiamo attualmente, le strutture molecolari invertite conferirebbero probabilmente ai batteri specchio una significativa resistenza a questi predatori, consentendo loro potenzialmente di crescere in gran parte senza controllo in un’ampia gamma di ecosistemi.
Tuttavia, non dovremmo perdere il sonno. Nessuno è attualmente vicino a creare un batterio specchio completo. Nessuno ha nemmeno raggiunto l’impresa molto più semplice di creare un batterio naturale dai suoi singoli componenti; farlo in forma di specchio sarebbe un’impresa straordinariamente complessa che potrebbe richiedere decenni. La nostra intenzione nel pubblicare il nostro articolo era di dare il via al dibattito sui potenziali rischi molto prima che si materializzassero.
Ma l’idea dei batteri specchio solleva una questione importante. Sappiamo già che le molecole specchio sono utili agenti terapeutici con un grande potenziale per malattie difficili da curare. Ora sappiamo anche che i batteri specchio potrebbero essere incredibilmente pericolosi, superando di gran lunga qualsiasi beneficio pratico che potrebbero fornire. Dove dovremmo esattamente tracciare il confine?
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I batteri specchio e le molecole specchio sono un mondo a parte. I batteri specchio sarebbero in grado di autoreplicarsi: se si diffondessero in natura, potrebbero probabilmente sostenere e far crescere le loro popolazioni su una gamma di cibi semplici che non hanno forme speculari (vale a dire, cibi che potrebbero essere usati ugualmente bene dalla vita naturale e da quella speculare). Inoltre, come ogni forma di vita, potrebbero evolversi per crescere in modo più efficiente su fonti alimentari naturali complesse man mano che si diffondono. Come abbiamo visto da lavori come l’esperimento di evoluzione a lungo termine del mio coautore Richard Lenski, le popolazioni batteriche possono evolversi molto rapidamente.
Le molecole specchio, farmaci sintetizzati chimicamente, non possono replicarsi e quindi non possono evolversi. Non presentano i pericoli dei batteri specchio. E mentre i batteri specchio potrebbero essere usati per creare molecole specchio, non sono l’unica opzione. In effetti, c’è un’ironia centrale qui: più progressi facciamo nelle tecnologie di sintesi chimica che potrebbero aiutare a consentire la creazione di una cellula specchio, più facile sarà sintetizzare proteine specchio direttamente, senza l’aiuto dei batteri, riducendo ulteriormente i benefici relativi della costruzione di batteri specchio.
Ma la questione diventa più spinosa se consideriamo sistemi più complessi di un peptide. Il ribosoma è la fabbrica delle cellule del tuo corpo, che sforna proteine ed enzimi. Costruire un ribosoma specchio è un obiettivo molto più raggiungibile che potrebbe essere realizzato nel prossimo decennio. Un ribosoma specchio potrebbe produrre in modo efficiente terapie proteiche specchio senza i rischi associati ai batteri specchio completi, vivi e autoreplicanti. Ma sarà importante valutare se il ribosoma specchio potrebbe anche essere una tecnologia abilitante sulla strada verso cellule specchio autoreplicanti.
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Per una breve analisi tecnica, vedere Nassim Nicholas Taleb:
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Abbiamo pubblicato il nostro articolo e il relativo rapporto tecnico per innescare una conversazione globale che tenga conto di queste domande e di molte altre. Quest’anno, alcuni dei miei coautori ospiteranno eventi presso l’Università di Manchester, l’Institut Pasteur e la National University of Singapore per convocare alcune delle discussioni necessarie e speriamo di essere raggiunti dalla comunità scientifica globale, dai decisori politici e da altri stakeholder critici mentre tracciamo il percorso migliore da seguire.
Siamo nella fortunata posizione di avere molti anni prima che si manifesti la minaccia dei batteri specchio. Come comunità scientifica globale, spero che sfrutteremo questa finestra di opportunità per discutere queste questioni in dettaglio nei mesi e negli anni a venire.
Tom Freeman di Milltown Partners ha fornito un feedback su una bozza di questo articolo.
Autore: Michael Kay, è professore di biochimica alla Spencer Fox Eccles School of Medicine presso l’Università dello Utah.
Fonte: Undark
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Lungo il testo, la scienza contemporanea viene continuamente messa in controluce al pensiero greco-latino antico, mostrando con chiarezza e dati di fatto quanto questo sia in gran parte precursore e premonitore delle scoperte che vengono considerate esclusivamente dovute al pensiero contemporaneo.