Sconfiggere la malaria è possibile? Ecco come funziona il “gene drive” sulle zanzare

È piccola, fastidiosa ed è l’animale più pericoloso al mondo. La zanzara uccide ogni anno centinaia di migliaia di vittime trasmettendo malattie letali come la malaria. In questo articolo vi raccontiamo del gene drive, una rivoluzionaria tecnica di ingegneria genetica per rendere le zanzare innocue, o addirittura… estinguerle!

La malaria e il parassita che uccide

Zanzare. Parliamone. Non piacciono a nessuno. Vi siete mai chiesti perché ci accorgiamo della puntura di una zanzara solo quando quella meschina è già voltata via? Mentre si nutre del nostro sangue, la zanzara inietta la sua saliva, una brodaglia di sostanze anticoagulanti e anestetizzanti che le permette di operare indisturbata, privandoci così dell’agognata occasione di spiaccicarla. Poco male: ce la caviamo con un gibollo rosso e un po’ di prurito.

Eppure, quello che per noi è solo un fastidioso problema estivo, per miliardi di esseri umani il morso di zanzara può essere letale. Ogni anno, quasi 250 milioni di persone si ammalano di malaria, una malattia causata da un parassita appartenente al genere Plasmodium (come confermato anche dall'Istituto Superiore di Sanità). Il parassita – così lo chiameremo da qui in poi – viene trasmesso della saliva delle zanzare del genere Anopheles, una specie molto diffusa nelle zone equatoriali, specialmente in Africa.

Il parassita si insidia nel nostro corpo, si riproduce nel fegato e nei globuli rossi ed infine torna a rifugiarsi nella saliva di una seconda zanzara che punge il malcapitato. Solo nel 2021 la malaria ha ucciso 619.000 persone. Ecco perché siamo sempre alla ricerca di nuove strategie per combatterla; una di queste ce la offre l’ingegneria genetica.

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Zanzare con geni anti-parassita

La ricetta per costruire una zanzara è custodita nel suo DNA. Attraverso l’ingegneria genetica possiamo modificare questa ricetta dando alla zanzara nuovi superpoteri. Immaginiamo allora di inserire un gene, ovvero un breve filamento di DNA, con l’istruzione per produrre un anticorpo contro il parassita. In questo modo la zanzara sarebbe essa stessa in grado di ucciderlo. Non sarebbe fantastico? Ecco la buona notizia: non solo abbiamo la tecnologia per farlo, ma lo abbiamo già fatto in laboratorio.

Infatti, la vera difficoltà non sta nel generare una super-zanzara anti-parassita: il vero problema è fare in modo che questo superpotere venga trasmesso a quante più zanzare possibili. Ecco allora la cattiva notizia: immaginiamo di liberare un piccolo esercito di migliaia di zanzare anti-parassita nella speranza che, accoppiandosi con quelle selvatiche, possano riprodursi e generare molte altre super-zanzare. Pensate che questa manciata possa davvero prendere il sopravvento? Sarebbe improbabile anche rilasciandone qualche milione. Ed è tutta colpa… della genetica!

Il gene drive diffonde rapidamente il gene anti-parassita

Dato che in natura esistono centinaia di miliardi di zanzare, è molto probabile che la nostra super-zanzara si accoppi con una zanzara selvatica. I loro figli avranno il 50% di probabilità di ereditare il gene anti-parassita; le zanzare che lo erediteranno avranno anch’esse solo il 50% di probabilità di passarlo ai loro figli. Ad ogni generazione la percentuale di nuove super-zanzare si riduce della metà.

Basta seguire lo schema qui sopra per rendersi conto che le nostre paladine non riusciranno mai a cambiare il mondo. Ma è proprio qui che entra in gioco il gene drive, una strategia che aumenta la probabilità di ereditare il gene anti-parassita quasi al 100%! Tramite il gene drive, dall’accoppiamento di una super-zanzara con una zanzara selvatica si otterranno sempre delle super-zanzare, innescando un meccanismo che propaga il gene anti-parassita in tutte le zanzare delle generazioni successive.

Come funziona la tecnologia del gene drive

La tecnologia del gene drive è estremamente affascinante e si basa su una rivoluzionaria tecnica di ingegneria genetica detta “CRISPR-Cas9”. Le zanzare, così come molti animali che si riproducono per via sessuata, hanno due copie per ciascun cromosoma: una ereditata dal padre e l’altra dalla madre. Nella super-zanzara, il gene anti-parassita si trova su una di queste copie. Quando la super-zanzara si accoppia con una zanzara selvatica ciascun genitore avrà il 50% di probabilità di passare o la copia paterna, o la copia materna; pertanto, il gene anti-parassita verrà ereditato dal 50% dei figli.

Nel gene drive, viene inserito un secondo gene per produrre Cas9, delle “forbici molecolari” ad altissima precisione. Cas9 è programmata per tagliare il cromosoma normale alla stessa altezza del cromosoma geneticamente modificato. La cellula non sopporta che il DNA venga tagliato e cerca immediatamente di riparare il danno; per non commettere errori usa il cromosoma ancora integro come stampo per ripristinare quello danneggiato.

Siccome il cromosoma integro è anche quello geneticamente modificato, la cellula riparerà il danno includendo una copia del gene anti-parassita e del gene Cas9. In questo modo, la zanzara si ritroverà ad avere due copie del gene anti-parassita e i figli avranno il 100% di probabilità di ereditarlo. Lo stesso meccanismo si ripete "all'infinito" in tutte le generazioni successive.

Vantaggi e rischi del gene drive

Forse non lo abbiamo ancora detto in modo esplicito. La mirabolante tecnica del gene drive scatena una vera e propria reazione a catena che permette di diffondere rapidamente una zanzara geneticamente modificata. Il sistema è così efficiente che nel giro di pochi anni l’intera popolazione di zanzare potrebbe essere completamente sostituita dalle nostre super-zanzare. In pratica, avremmo cambiato un’intera specie!

Inoltre, una soluzione ancora più radicale consisterebbe nell’usare il gene drive per trasmettere non un gene anti-parassita, ma una mutazione genetica che renderebbe le zanzare femmine sterili e porterebbe nel giro di pochi anni alla loro totale estinzione. La scomparsa delle zanzare (non di tutte, ma solo della specie che trasmette il parassita) risolverebbe non solo il problema della malaria ma di tutte le malattie che questi insetti potrebbero trasmettere. Come probabilmente avrete già intuito, si tratta di una soluzione che deve essere valutata da infiniti punti di vista e proprio per questa ragione il gene drive non ha ancora lasciato i laboratori di ricerca.

Un comitato scientifico ha già identificato 46 possibili scenari di come l’estinzione della zanzara del genere Anopheles potrebbe influire negativamente sull’ecosistema. D’altro canto, non siamo mai stati gentili col nostro ecosistema; basta pensare ai terribili danni inflitti dall’uso massiccio di pesticidi che spesso non fanno distinzione tra insetti. Oggi stiamo lavorando a delle versioni di gene drive dotate di count-down, ovvero che funzionano solo per un numero limitato di generazioni successive, per poi inattivarsi. In questo modo si potrebbero modificare (o eliminare) comunità molto ristrette di zanzare in quei luoghi dove il problema della malaria è maggiore.