Biologia molecolare
di un parassita

Alla ricerca di un vaccino contro la schistosomiasi

La ricerca biologica fondamentale ha compiuto negli ultimi anni progressi straordinari. I successi più evidenti sono legati alle tecniche del DNA ricombinante e al sequenziamento dei geni, ma anche la descrizione e la comprensione delle complesse interazioni molecolari che hanno luogo all'interno della cellula e tra cellule diverse hanno registrato progressi eccezionali. Questi avanzamenti nella biologia fondamentale costituiscono la base preziosissima e insostituibile per ogni progresso nelle scienze biologiche cosiddette applicate, tra cui la medicina.

Mentre le nostre capacità di comprendere sistemi modello e di intervenire su di essi si sono ampliate moltissimo, rimangono sorprendentemente grossolane e insoddisfacenti le nostre conoscenze su specifici organismi che hanno tuttavia una notevole rilevanza dal punto di vista medico. È questo il caso di molti parassiti umani, che scontano un'evidente carenza di finanziamenti specifici (ad es., gli investimenti nella farmacologia dei parassiti animali sono molto più elevati che per i parassiti umani), oltre a ritardi culturali che derivano da una tradizionale collocazione della parassitologia tra le discipline piuttosto descrittive che interpretative in termini molecolari.

Un tentativo di colmare questi ritardi è rappresentato dagli studi su un parassita umano (lo schistosoma) condotti da un gruppo di lavoro che opera all'interno di uno degli Istituti del CNR l'Istituto di Biologia Cellulare di Roma, in cui si svolgono ricerche avanzate di biologia molecolare. Lo stretto contatto con chi fa quotidianamente uso degli approcci culturali e metodologici delle discipline di frontiera, permette al gruppo di studio sullo schistosoma un veloce trasferimento dei progressi della biologia generale allo specifico oggetto di una ricerca più "orientata".

La schistosomiasi (detta anche bilharziosi) è una malattia che affligge oggi nel mondo circa 200 milioni di persone. È prevalente nei paesi tropicali e sub-tropicali; in alcune regioni d'Italia (ad es. la Sardegna) sono presenti le condizioni climatiche che ne permetterebbero l'esistenza e sono presenti gli ospiti intermedi (molluschi d'acqua dolce) che trasmettono l'infezione, ma non esiste un ciclo di trasmissione che comprenda l'uomo come ospite definitivo. Sono comunque sempre più frequenti in Italia casi di schistosomiasi importati da paesi extracomunitari.

I parassiti che causano la schistosomiasi appartengono a tre specie principali: Schistosoma mansoni, S. japonicum, S. haematobium. Allo stadio adulto sono dei vermi lunghi più di un centimetro, differenziati nei due sessi, che vivono permanentemente accoppiati all'interno di quelle vene che raccolgono il sangue dall'intestino (per le prime due specie) o dalla vescica (per la terza specie). Ogni coppia di schistosomi produce un gran numero di uova (da uno ogni 5 minuti a più di 2 al minuto) secondo la specie, e un individuo infetto può avere alcune centinaia di coppie di parassiti nelle proprie vene. Una parte delle uova prodotte riesce a perforare vene e tessuti e ad uscire fuori dell'organismo con le feci o con le urine; se queste vengono a contatto con una raccolta di acqua dolce (fiume, lago, pozzanghera) si schiudono e rilasciano nell'acqua una larva nuotante (miracidio) che è capace di penetrare e di incistarsi nel mollusco acquatico che funziona da ospite intermedio. Dopo circa un mese il mollusco parassitato emette nell'acqua decine di migliaia di altre larve infettanti (cercarie) che sono capaci, in questo caso, di penetrare in circa 3 minuti la cute sana di esseri umani che vengono a contatto con l'acqua. Le larve così penetrate crescono, si differenziano nei due sessi e si stabiliscono nella loro sede definitiva (intestino o vescica) dove chiudono il ciclo vitale cominciando a loro volta a produrre uova.

Rappresentazione schematica
del ciclo vitale degli Schistosomi

La malattia è causata da quella parte di uova (più della metà) che non riescono ad uscire all'esterno e rimangono intrappolate o nel fegato o nel sistema urinario. Ogni uovo stimola nell'ospite una reazione immunitaria che consiste in un accumulo di cellule (il granuloma) che col tempo si trasforma in tessuto connettivo, scompagina la struttura dei tessuti e provoca cicatrici fibrose che impediscono la funzione del fegato o del sistema renale. Uno dei quadri finali della schistosomiasi intestinale è rappresentato da una costrizione dei vasi sanguigni che attraversano il fegato, con conseguente ipertensione portale e versamento di siero nell'addome che si ingrossa enormemente (ascite). Nella schistosomiasi urinaria, invece, uno dei sintomi precoci è rappresentato dalla presenza di sangue nell'urina (ematuria), dovuta alle numerose piccole rotture di vasi nella vescica a seguito del passaggio delle uova. È difficile stimare la mortalità per schistosomiasi perché questa dipende moltissimo dalla quantità di parassiti e da altri fattori, ma è stato calcolato che ogni anno muoiono probabilmente parecchie centinaia di migliaia di individui e parecchi milioni soffrono le conseguenze invalidanti della malattia.

Il gruppo di lavoro dell'Istituto di Biologia Cellulare si occupa principalmente di due filoni di ricerca: da una parte, l'isolamento di antigeni del parassita che possano costituire la base per un vaccino; dall'altra, la comprensione del meccanismo d'azione di alcuni farmaci anti schistosoma come base per la progettazione di nuovi farmaci.

Che sia possibile vaccinare contro lo schistosoma è dimostrato dal fatto che negli animali da esperimento è possibile indurre una solida protezione contro l'infezione somministrando larve vive ma attenuate con opportune irradiazioni. Dal momento che una simile procedura sarebbe praticamente impossibile nell'uomo perché le larve vive si possono produrre in quantità limitata ed hanno vita assai breve, si cerca di individuare quali sono i componenti del parassita che conferiscono l'immunità, di produrli in quantità sufficiente e di saggiare la loro capacità protettiva nei modelli sperimentali. Tutto questo viene fatto utilizzando le tecniche del DNA ricombinante, e cioè isolando il gene delle proteine più promettenti, inserendo il gene in sistemi (batterici o eucariotici) che siano in grado di produrre in grande quantità la rispettiva proteina di schistosoma e, quindi, purificando la proteina così prodotta. L'intera procedura è stata sin qui eseguita su due proteine, che però non hanno mostrato soddisfacenti capacità di indurre protezione immunitaria. Mentre si stanno saggiando altri componenti che potrebbero (da soli o in combinazione) indurre immunità, si sono raccolte interessanti informazioni circa le proteine sin qui studiate, una delle quali sembra essere coinvolta nei meccanismi che regolano il complesso sviluppo del parassita nelle varie fasi del suo ciclo vitale.

Per quanto riguarda il meccanismo d'azione dei farmaci esistenti (che sono assai pochi e tutti con inconvenienti di vario tipo), il lavoro dell'Istituto di Biologia Cellulare ha chiarito che uno di questi farmaci diventa attivo solo dopo essere stato modificato da un enzima che è presente nel parassita, ma non nell'uomo. Il farmaco così trasformato acquista capacità di legarsi irreversibilmente (covalentemente) al DNA dello schistosoma che viene alterato in modo tale da causare la morte del parassita. Esistono dei ceppi di schistosoma che sono diventati resistenti a questo farmaco, ed è stato possibile dimostrare che la loro resistenza è dovuta appunto al mancato riconoscimento del farmaco da parte dell'enzima attivante. Si sta adesso cercando di studiare la struttura di questo importante enzima, in modo da poter progettare dei farmaci che siano un buon substrato sia per l'enzima normale che per l'enzima mutato dei ceppi resistenti.

Sempre nel campo dei farmaci, si sta studiando la possibilità di utilizzare nella terapia della schistosomiasi un gruppo di sostanze, le ciclosporine, che vengono attualmente impiegate come immunosoppressori per impedire il rigetto dei trapianti. Alcune ciclosporine, anche se prive di attività immunosoppressiva, mostrano una potente attività contro lo schistosoma ed altri parassiti. Nell'Istituto di Biologia Cellulare sono stati clonati i geni di due recettori di schistosoma per le ciclosporine (chiamati ciclofiline) e si sta studiando la catena di interazioni molecolari che conduce alla morte del parassita.