LA RIVOLUZIONE GENETICA
di Giorgio Poli
Responsabile di Unità Operativa del P.F. "Ricerche Avanzate per Innovazione nel Sistema Agricolo" (RAISA) del CNR

La tecnologia per vaccini ricombinanti di interesse zootecnico

La vaccinazione prevede l'inoculazione, per via parenterale o per via orale, in un soggetto sano, di una preparazione antigenica, costituita da microrganismi (es. virus, batterio o protozoo) verso cui si vuole proteggerlo, o da frazioni glicoproteiche del microrganismo stesso o da sue tossine. Il prodotto somministrato, denominato "vaccino", induce nell'ospite una reazione immunitaria specifica. La tecnologia del DNA ricombinante, che consente di far produrre proteine dai batteri, fornendo loro l'adatto messaggio genetico, può essere agevolmente applicata anche alla produzione di vaccini, soprattutto virali. In effetti, le tecniche convenzionali per la produzione di vaccini presentano molti inconvenienti, sia che si allestisca un vaccino vivo attenuato oppure un vaccino spento, e precisamente: la possibile presenza di virus contaminati nelle colture cellulari impiegate per coltivare il patogeno, il rischio di avere nel prodotto finale del virus virulento residuo; la presenza nel vaccino di elevate quantità di acidi nucleici che possono poi causare eventi indesiderati nel soggetto sottoposto a vaccinazione; il pericolo legato alla produzione di elevate quantità di vaccini che prevedono la moltiplicazione di agenti a elevata patogenicità (es. virus della rabbia, dell'afta, della peste bovina o suina, ecc.)

Tutti questi inconvenienti possono essere evitati facendo produrre ad un batterio la proteina virale o batterica che caratterizza il patogeno in questione.

Microfotografia elettronica di particelle virali del virus della malattia Aujeszkj del suino, ottenute con ingegnerizzazione

Vaccini costituiti da proteine immunogene prodotte in laboratorio da microrganismi geneticamente modificati (GMO)

E’ possibile identificare la struttura antigenica più importante dell'agente infettivo (virus, batterio, protozoo), cioè quei determinanti antigenici che evocano nell'ospite una risposta anticorpale di tipo protettivo. Si procede, quindi, alla identificazione del gene virale o batterico che codifica per tale antigene strutturale e lo si isola secondo le tecniche del DNA ricombinante; in alternativa è possibile analizzare la sequenza aminoacida di tale antigene proteico e quindi sintetizzare il relativo mRNA e successivamente la rispettiva copia di DNA (il gene).

Il gene, comunque ottenuto, viene inserito in un plasmide e quindi trasferito a un batterio o a un lievito che, durante la sua replicazione in laboratorio, produrranno grandi quantità del prodotto richiesto e cioè la proteina virale, antigenicamente più valida, che verrà usata come vaccino.

Tra i vaccini già prodotti con questa tecnologia sono da ricordare quelli contro l'afta epizootica, la rabbia, la colobacillosi del vitello e del suino e, per gli animali da affezione, contro la leucemia felina.

Immunizzazione contro il vaiolo: già nel primo milennio a.C. gli antichi Cinesi, per prevenire la malattia insufflavano nelle narici dei bambini la polvere delle lesioni crostose del vaiolo, prelevate da pazienti in fase di guarigione.

D'altra pare i vaccini costituiti da singole proteine immunogene non sempre sono in grado di proteggere compiutamente il soggetto vaccinato, in quanto non riescono ad attivare efficacemente la fitta rete delle difese immunitarie e cioè non sono in grado di attivare contemporaneamente ed efficacemente sia la produzione di anticorpi specifici (immunità umorale) sia la generazione delle diverse popolazioni di cellule citotossiche (immunità cellulo-mediata).

Per ovviare a questi inconvenienti sono stati messi in atto approcci metodologici diversi per produrre vaccini ingegnerizzati.

Vaccini costituiti da ceppi virali omologhi vivi, attenuati mediante ingegnerizzazione

L'innovazione tecnologica più significativa nell'allestimento dei vaccini è stata realizzata mediante tecniche di ingegneria genetica condotte, inizialmente, sul Porcine Herpesvirus (PHV-1), agente causale della malattia di Aujeszkj del suino. Sono stati cioè allestiti dei ceppi virali con delezioni specifiche del genoma, così da rendere il ceppo sia avirulento (privo del gene della timidino-chinasi TK^-), sia privato di una proteina non essenziale (privo del gene della proteina strutturale gE^-), introducendo così un "marker immunologico negativo" (gE^-), cioè l'assenza, nel ceppo vaccinale, di una proteina, presente invece nei ceppi selvaggi. In questo modo è possibile, mediante prove sierologiche specifiche, distinguere la risposta anticorpale dei suini vaccinati da quella dei soggetti infetti con un ceppo di campo.

Produzione, da parte di un microorganismo geneticamente modificato (GMO), di una proteina virale ricombinante, in questo caso la VF1 del virus dell'afta epizootica, da utilizzare per l'allestimento di un vaccino.

Vaccini costituiti da ceppi virali eterologhi vivi, attenuati e ingegnerizzati per l'espressione di proteine immunogene di altri microrganismi patogeni

Questo sistema prevede di sfruttare un microrganismo vettore vivo, che può essere ingegnerizzato per fargli poi esprimere, una volta inoculato nel soggetto da vaccinare, proteine virali appartenenti a più patogeni diversi e quindi proteggerlo contemporaneamente verso più malattie infettive. Il virus più usato per questa finalità è il Vaccinia virus (un ceppo attenuato del virus del vaiolo). Più precisamente, si introducono nel suo genoma i particolari geni ottenuti dagli agenti infettivi contro cui si vuole preparare il vaccino. Questi geni "estranei", scelti in quanto contengono l'informazione essenziale per la sintesi degli antigeni importanti per l'immunità, vengono ora espressi in un virus "ricombinante" del vaiolo.

In campo veterinario, Tilhaum Yilma, direttore dell'International Laboratory of Molecular Biology dell'Università della California Davis, ha messo a punto un Vaccinia virus ricombinante, che veicola i geni di virus della peste bovina: questo prodotto vivo attenuato, ha il vantaggio di poter essere somministrato per scarificazione cutanea; inoltre, a motivo dall'elevata resistenza alla temperatura del Vaccinia virus vettore, può essere impiegato nelle aree tropicali senza la necessità di mantenere la catena del freddo (indispensabile per i vaccini vivi, e non realizzabile nella realtà dei Paesi in via di sviluppo). Tale prodotto potrebbe quindi trovare una valida applicazione in una campagna vaccinale panafricana contro la peste bovina.

Il traguardo più ambìto per produrre vaccini polivalenti è costituito dall'impiego di un solo vettore ingegnerizzato: appunto il Vaccinia virus che esprime proteine antigeniche protettive verso infezioni/infestazioni sia batteriche, sia virali, sia parassitarie.

Il vaccino del futuro: virus "Vaccinia" ingegnerizzato per la protezione multipla nei confronti di virus, batteri, protozoi e metozoi.

Produzione di vaccini animali in vegetali transgenici

La più recente e innovativa tecnica per la produzione di vaccini, soprattutto di interesse veterinario, è rappresentata dalla possibilità di generare piante transgeniche che esprimono a livello di semi o di altra struttura (es., foglie) le proteine immunizzanti di origine virale o batterica. Pertanto alimentando gli animali (es., polli) con tali preparati (mangimi o altro) si induce una protezione immunitaria soprattutto a livello delle mucose gastroenteriche e respiratorie, che rappresentano la principale via di ingresso dei patogeni più pericolosi per gli animali.