Il Progetto Genoma. Problemi di ingegneria genetica

Relazione al Convegno L’Uomo alle soglie del Terzo Millennio

Salone dell’Annunziata Sant’Agostino

Pietrasanta (Lucca) 27 aprile 1966

Con le sue infinite potenzialità, il Progetto Genoma rappresenta la più ambiziosa sfida che l’umanità abbia mai accettato di affrontare per liberarsi dalle umilianti catene della malattia e su di esso si appuntano le più vive speranze, timori, problemi etici... Ma prima di soffermarci su questo progetto è indispensabile accennare al cammino che ha portato alla conoscenza del patrimonio genetico.

L’identità della specie

Per secoli l'eredità biologica è stata indissolubilmente legata a quello di generazione, ovvero alle modalità secondo cui un organismo produce un altro organismo simile a se stesso. Nell'antichità, secondo la concezione aristotelica, si supponeva che fosse l'azione dell'anima inerente al seme a garantire l'unità della specie e quindi la somiglianza generativa; secondo Ippocrate e Democrito, invece, nel seme si raccoglievano particelle staccate da ogni organo del corpo che ne riproducevano le caratteristiche allorché si fondevano i semi dei due genitori. Solo nel Seicento fu avanzata la concezione preformista, secondo la quale nell'uovo o nello spermatozoo era contenuto in miniatura l'organismo già formato e supposto come un germe preesistente creato da Dio, all'inizio del mondo.

La questione fu affrontata con metodo scientifico solo nel 1866 da Mendel che formulò la teoria secondo la quale i caratteri ereditari sono trasmessi come unità che si mantengono costanti e distinte nella discendenza. Egli ammise, inoltre, che a ciascun carattere osservato corrispondesse un elemento contenuto nelle cellule riproduttive capace di collegarsi con un altro in modo durevole o provvisorio nei discendenti, senza alterarsi. L'ipotesi di Mendel, respinta da molti in quanto quale concezione speculativa ispirata al materialismo e al meccanicismo venne, comunque, definitivamente confermata agli inizi di questo secolo da ricerche condotte da De Vries, von Tschermak, e, soprattutto, da Boveri.  Nel 1903, Sutton formulò, finalmente, una “teoria cromosomica dell'eredità” secondo la quale  geni portatori dei caratteri ereditari sono localizzati nei cromosomi e trasmessi con questi, grazie ai gameti, da una generazione all'altra; poco più tardi Morgan scoprì i cromosomi sessuali e formulò il concetto di linkage (associazione) e di crossing-over (scambio dei geni). Altre scoperte seguirono, ma quella più clamorosa si ebbe nel 1953, quando J. D. Watson, F. H. Crick e M. Wilkins rivelarono al mondo una molecola composta da quattro sostanze (guanina, timina, citosina e adenina), che, come i pioli e i montanti di una scala di corda, si legavano tra loro formando una struttura a doppia elica, era il DNA o acido desossiribonucleico.

Il DNA è il libro della vita, in esso sono trascritte tutte le informazioni inerenti l'organismo. La sua struttura consiste sostanzialmente in due catene elicoidali di nucleotidi avvolti intorno allo stesso asse e tenute insieme in una doppia elica da legami idrogeno. Tale struttura si deve al cosiddetto “appaiamento delle basi”, cioè al fatto che le basi puriniche e quelle pirimidiniche hanno tendenza a formare legami idrogeno tra i rispettivi gruppi amminici e carbonilici. Ciò determina la saldatura delle due catene. Gli appaiamenti più stabili e compatibili con la conformazione a doppia elica del DNA sono quelli tra adenina e timina (o uracile nell’RNA) e tra guanina e citosina, che rappresentano pertanto le specifiche basi complementari della molecola.

Un frammento di DNA corrispondente ad un gene e, pur nell’ambito di una notevole variabilità, è costituito da 1.000 coppie di basi nucleotitidiche (1 kilobase = 1 KB). La lunghezza totale del DNA nell’Uomo è di circa 3.000.000 di KB ma solo una piccola parte del genoma, circa il 5%, codifica attivamente la sintesi delle proteine. Una grande quantità del patrimonio genetico umano, infatti, appare costituita da sequenze ripetitive di nucleotidi che sembrano essere mute dal punto di vista dell'informazione genetica. Quando due geni sono situati in stretto rapporto di vicinanza sullo stesso cromosoma si dice che sono in stato di linkage (legame). I geni in linkage hanno buone probabilità di rimanere accoppiati durante la meiosi (il processo di divisione cellulare da cui hanno origine i gameti) e che quindi vengono trasferiti insieme da una generazione alla successiva. Quanto più stretto è il linkage, tanto più alta è la probabilità che i geni rimangano accoppiati durante il processo della meiosi e quindi vengano trasferiti insieme da una generazione alla successiva. Parallelamente alla conoscenza di come l’informazione si struttura nel codice genetico, grazie soprattutto alle ricerche di M. W. Nirenberg e S. Ochoa, si andava definendo il concetto di genoma e cioè il corredo dei geni presenti sui cromosomi di uno specifico organismo. Fino agli anni Quaranta si era creduto che il genoma avesse un'organizzazione stabile, cioè che ogni gene occupasse una posizione specifica sul cromosoma. Studi successivi, iniziati da B. McClintock, dimostrarono, invece, che segmenti di DNA possono spostarsi e inserirsi in punti diversi del genoma. Tale fenomeno, detto trasposizione, è particolarmente importante in quanto costituisce un sistema di regolazione che può attivare o inattivare i geni interessati ed è una delle cause della variabilità genetica.

La possibilità di definire la successione lineare dei geni lungo i cromosomi fu intravista  per primo da A. H. Sturtevant. Questi notò che la percentuale di scambio tra due geni associati era differente da quella di un'altra coppia di geni associati; pensò quindi di mettere in relazione la percentuale di crossing-over con la distanza intergenica. Per definire questa successione fu prescelto come animale da laboratorio un moscerino, la drosofila, e dall'analisi dei crossing-over tra i vari geni di questo insetto, Sturtevant riuscì a precisare la distanza (arbitraria) tra di essi stabilendo come unità arbitraria di misura la distanza intergenica che dava, mediamente, un crossing-over per 100 uova di questo insetto fecondate.

Questa mappatura dei geni, nonostante l’impiego di computer, risultava, comunque un’operazione estremamente lunga e complessa e non a caso ai primordi furono studiati genomi di organismi scelti per il loro ciclo vitale breve e sui quali era possibile sperimentare senza problemi particolari quali muffe, batteri e, appunto semplici insetti come la drosofila. Queste difficoltà, comunque non impedirono di puntare ad un progetto ben più ambizioso: la conoscenza del genoma umano.

Il Progetto Genoma Umano

Già negli anni “60 l’idea di mappare il genoma umano era all’ordine del giorno in innumerevoli convegni e simposi e il primo compito che ci si pose fu trovare e standardizzare un soddisfacente criterio di classificazione. La specie umana possiede un corredo, detto diploide, di 46 cro­mosomi, 23 di origine materna e 23 di origine paterna; ciò consentiva una prima classificazione secondo la quale i cro­mosomi potevano essere raggruppati in 23 coppie di omolo­ghi. Già, secon­do i canoni stabiliti a Denver nel 1960, le singole coppie di autosomi (e cioè tutti i cromosomi a eccezione di quelli sessuali) erano state ripartite in gruppi numerati da 1 a 22 e suddivise, a seconda della loro posizione, in acrocentrici metacentrici e submetacentrici. I cromosomi preposti alla differenziazione sessuale (detti anche “eterocromosomi” o “gonosomi”) furono, invece, classificati a parte e contrassegnati con le lettere X e Y. Secondo tale classificazione nelle femmine sono presenti due cromosomi X, mentre nel maschio sono presenti un cromosoma X e un cromosoma Y.

Di pari passo si affinavano gli strumenti per la localizzazione e identificazione dei cromosomi e nel 1968 la vecchia tecnica autoradiografica, basata sull'incorporazione nei cromosomi di sostanze marcate con isotopi radioattivi, che si era rivelata fondamentale per lo studio del cromosoma X, fu sostituita da un’altra basata sulle cosiddette “tecniche di bandeggiamento cromosomico” con sostanze fluorescenti nelle quali i cromosomi umani, colorati con mostarda di chinacrina e osservati al microscopio a luce ultravioletta, mostrano una fluore­scenza a bande caratteristiche la cui sequenza è specifica di ciascuna coppia di omologhi.

Nonostante questi progressi nel campo dell’analisi e della classificazione degli elementi costituenti il genoma umano, le difficoltà che si frappongono all’esatta conoscenza di questi restavano (e restano ancora oggi) gigantesche; la formidabile complessità nel decifrare una realtà così complessa persuase, quindi, molti scienziati a coordinare i loro sforzi. Fino agli anni “80, infatti, la mappatura e la sequenziazione del genoma umano venivano realizzati da singoli ricercatori che lavoravano su particolari porzioni del genoma, qualche volta in collaborazione, ma più spesso in competizione, con gli altri scienziati. Nel 1980, si arrivò ad un protocollo internazionale per coordinare le attività di ricerca sul genoma umano svolte da diversi istituti (quali l’European Molecular Biology Laboratory di Heidelberg in Germania, il National Center for Biotechnology Information di Bethesda negli Stati Uniti, il National Institute of Genetics a Tokio in Giappone) e che, ben presto, si estese ad altri istituti diventando un protocollo di ricerca internazionale. Grazie a questo accordo la classificazione degli elementi costituenti il genoma umano ha conosciuto un andamento esponenziale e, nel dicembre 1995, risultavano già classificate ben 365.804 sequenze e 154.817.348 basi del genoma dell’Uomo: un numero certamente imponente ma che costituisce appena il 5,2% del totale. Si tratta, comunque, di un dato di eccezionale valore poiché riguarda, soprattutto, segmenti di DNA che hanno attività funzionale e di trascrizione importantissime, quali, ad esempio, segmenti che interessano una particolare malattia o la produzione di una determinata proteina.

Va da sé che, al di là degli accordi di collaborazione tra vari istituti di ricerca, la competizione per mappare tutti gli elementi costituenti il genoma è spietata anche perché le immense potenzialità che questa mappa racchiude rappresentano un colossale business. I  mass media, a tal proposito, si sono divertiti a parlare di una nuova “guerra nucleare” dove i nuclei in questione non sono quelli atomici, ma quelli delle cellule umane e dove la posta in gioco è la possibilità di imporre e sfruttare un lucrosissimo copyright sul DNA.

Un episodio che ci documenta su questa “guerra nucleare” si è verificato anni fa in un laboratorio del prestigioso National Institute of Health, a Bethesda negli USA, quando Craig Venter un ricercatore, che lavorava, sul progetto per sequenziare il genoma umano, mise a punto una tecnica automatica per estrarre e sequenziare solo i geni trascritti, che diventano cioè, messaggeri ed eventualmente proteine, da qualunque cellula umana. Venter non si preoccupava, come fanno tutti gli altri ricercatori nel suo campo, di mappare fisicamente il gene, con tutte le sue caratteristiche, ma semplicemente di sequenziarne la porzione codificante. Una banale e monotona successione delle quattro lettere: A,C,T,G, con cui è scritto il DNA che aveva permesso al gruppo di Venter di clonare e sequenziare ben 350 geni o frammenti genici nello stesso tempo in cui un laboratorio normale sarebbe riuscito a mapparne fisicamente due o tre.  Certo le mappe fisiche sono più precise, ci informano ad esempio, di quali siano le parti espresse (esoni) e quali quelle non espresse (introni) di ciascun gene. Le parti non espresse sono importanti perché regolano il gene, determinano le sue varianti e così via; ma le mappe fisiche sono molto lente e molto più faticose da costruire. Dal punto di vista strettamente scientifico il lavoro di Venter era, invece, tanto rapido quanto casuale, dato che una volta ottenute le sequenze non è altrettanto semplice sapere a che cosa servano. Venter tentò, comunque, di brevettare tutti i 350 frammenti da lui scoperti sino a quel momento ma la sua richiesta fu respinta. Gli venne, infatti, chiesto di dimostrare di quali geni si trattasse e/o a cosa servissero e lui non seppe rispondere. Obiettò che era come chiedere ad un chimico di brevettare una molecola solo dopo averne scoperto tutti gli effetti e non quando era stata appena sintetizzata. Gli venne risposto che quelle non erano molecole ma pezzi del DNA dell'Uomo su cui lui, solo per averne identificato la sequenza, non aveva alcun diritto di copyright. Ma Venter non era un tipo da arrendersi facilmente e lasciò la ricerca pubblica per mettersi in proprio e, grazie ai giganteschi finanziamenti concessigli dalla multinazionale farmaceutica SmithKline Beecham, intraprese un lavoro per sequenziare tutti i geni espressi dalle cellule umane e costruire una banca dati, denominata TIGR, con scopi commerciali utilizzando ben 80 macchine sequenziatrici automatiche. Da anni ormai queste macchine lavorano 24 ore su 24 per estrarre, purificare, sequenziare e archiviare centinaia di frammenti di DNA al giorno. Tra questi frammenti di DNA ed il loro uso commerciale c'è una strada ancora lunghissima e costosa, si tratta infatti di capire cosa sono e cosa fanno questi geni, quali caratteri ereditari siano in grado di evidenziare e soprattutto mettere a punto dei test diagnostici e dei farmaci che interagiscano con il loro DNA.

Così come hanno fatto notare alcuni giornali, siamo ormai all'alba di una nuova farmacologia, un'alba molto nebbiosa e fredda. Ai laboratori del TIGR non rimane tempo e denaro per fare altro che aumentare all'infinito il loro archivio, una manovra apparentemente sterile, senza ricadute pratiche. E necessaria, quindi, una collaborazione esterna con chi sappia studiare il significato di queste sequenze, le mappi fisicamente, attribuisca loro un nome ed un significato. Ecco quindi l'ennesima mossa a sorpresa di Venter: qualunque gruppo universitario o industriale desideri avere accesso agli archivi segreti del TIGR potrà farlo, a condizioni che firmi un accordo in base al quale tutti i risultati ottenuti dovranno essere sottoposti alla multinazionale farmaceutica SmithKline Beecham  60 giorni prima che vengano pubblicati sulle riviste scientifiche.  Non solo: qualora da questi studi derivasse una qualsiasi applicazione commerciale la SmithKline Beecham avrà la priorità assoluta. Analogamente la multinazionale farmaceutica Merck Sharpe & Dohme si si è lanciata in un’analoga iniziativa  rendendo,  pubbliche giornalmente le sequenze dei frammenti di DNA identificati ma lasciando top secret le sequenze di molti frammenti con un significato commerciale già evidente. Da qui la “guerra nucleare” riportata dai giornali e gli amareggiati commenti di chi vede in queste iniziative una spietata, mercificazione della scienza e, peggio ancora, la pretesa di brevettare il patrimonio genetico dell'umanità.

Ma distogliamo lo sguardo dal, certamente non edificante, business legato al DNA e interessiamoci degli sviluppi conosciuti dalla conoscenza del genoma umano che ha già permesso, oltre alla sintesi di vaccini e farmaci, di attuare rivoluzionarie terapie geniche e diagnosticare alcune malattie ereditarie. Occupiamoci subito di quest’ultimo settore.

La diagnosi delle malattie genetiche

Una anomalia genetica è dovuta ad una alterazione a livello del codice genetico e la sostituzione di un solo elemento di questo può essere assolutamente asintomatica o avere effetti di gravità variabile fino ad essere incompatibili con la vita. La prevalenza di malattie congenite e genetiche nella popolazione è valutabile attorno al 30% circa; questo dato ci dice come i difetti congeniti costituiscano un carico estremamente oneroso in termini umani, sociali ed economici. In oltre il 50% di abortività spontanea esistono anomalie cromosomiche del feto ma nonostante questa severa pressione selettiva naturale, un bambino ogni 250 nati vivi é affetto da patologie conseguenti ad alterazioni cromosomiche. Le anomalie cromosomiche sono causate da errori biologici nella ripartizione dei cromosomi nel corso delle divisioni cellulari. La causa di molti errori biologici nei cromosomi è da ricercare in alcune proteine che hanno attività enzimatica e, come catalizzatori biologici, fanno avvenire le reazioni biochimiche all'interno delle cellule. Esiste un grande numero di condizioni morbose causate da un deficit enzimatico trasmesso ereditariamente. Per gli enzimi più importanti é previsto, però, che nel medesimo genoma esistano almeno due siti con uguali caratteristiche. Pertanto una parziale alterazione cromosomica può non avere alcuna conseguenza sul piano clinico. Quando la coppia di genitori presenta una uguale parziale alterazione cromosomica il prodotto del loro concepimento, potrà, nel 25% dei casi, essere affetto da doppio danno senza possibilità di riparazione. Nei casi più gravi il nato vivo condurrà una breve esistenza segnata da alterazioni e deficit.

Fino a qualche anno fa le indagini prenatali per identificare possibili tare genetiche si basavano sostanzialmente sull’individuazione di cause ambientali, come le infezioni intrauterine, i teratogeni chimici e fisici, consentendo di mettere in atto strategie efficaci come la vaccinazione della madre contro la rosolia o la prevenzione dell’isoimmunizzazione anti Rh; ma con l’avvento della diagnostica basata su indagini cromosomiche, questo settore ha avuto un vorticoso sviluppo. Le nuove tecnologie di replicazione e amplificazione del DNA, infatti, ci permettono uno studio estremamente approfondito delle proprietà biologiche dei geni, in particolare della struttura, della sequenza dei nucleotidi e delle proteine che codificano.

Lo studio rivolto alle cellule di provenienza fetale rientra nella citogenetica, una branca della genetica che si occupa dei fenomeni ereditari osservati a livello cellulare, in particolare dei cromosomi e che risale sostanzialmente al 1958 quando Lejeune identificò nell’ormai famoso cromosoma “21” l’origine della Sindrome Down o  “mongolismo”. A questa prima osservazione ne seguirono altre che correlarono particolari sindromi, con caratteri ereditariamente trasmessi, ad un'alterazione di numero e/o di struttura dei cromosomi. Attualmente la diagnosi prenatale viene eseguita, solitamente entro il terzo mese di gravidanza, mediante l’analisi delle caratteristiche geniche del feto e dei suoi prodotti biologici. Una volta che conosciamo la struttura di un gene “sano” possiamo comprendere l’esatta dinamica di diverse situazioni patologiche che svilupperà il feto. Una proteina, ad esempio, può essere difettosa per mutazioni insorte nelle regioni regolatorie del DNA, per mutazioni nelle regioni preposte al riconoscimento dei segnali per processare il DNA, oppure per mutazioni negli esoni. Di particolare interesse risulta poi la metodologia per il riconoscimento di alcune tare genetiche. Per comprenderla, è necessario ricordare che ogni amminoacido è un pezzo di DNA composto da una tripletta di basi scelte tra le quattro possibili: adenina, timina, citosina, guanina (oppure uracile al posto della timina nell'RNA). Consideriamo, ad esempio, una alterazione dell'emoglobina, la proteina contenuta nei globuli rossi del sangue che regola il processo di respirazione. Se, per esempio, nella sua sequenza l'uracile si colloca prima dell'adenina, allora la lettura finirà in quel punto perché la sequenza U‑A (uracile - adenina) è un segnale di stop, che indica la fine della proteina. In questo punto si avrà, dunque, un errore nella lettura della sequenza. Il problema può anche sorgere a causa di una mutazione nelle regioni che regolano il processamento delle sequenze: se, per esempio, una guanina viene sostituita da una adenina, si avrà la talassemia, una grave malattia che può causare, fra l'altro, anemia, ritardo nella crescita, alterazioni ossee.

Le tecniche di indagine delle proprietà genetiche degli organismi hanno dato vita a due settori di ricerca applicati alla salute umana, la diagnostica prenatale e l'individuazione degli agenti patogeni.

Quando è noto il tipo di mutazione all'origine di una certa malattia (fibrosi cistica, distrofia muscolare, corea di Huntington, emofilia ecc.), cioè una volta noto il gene responsabile, è possibile individuare gli individui portatori della malattia ed effettuare la diagnosi prenatale, e scoprire così prima della nascita se il figlio di due genitori con certe caratteristiche genetiche nascerà sano o malato. Supponiamo che in una famiglia ci sia un difetto genetico nell'emoglobina che induce la fibrosi cistica. Il gene responsabile della malattia è oggi ben noto ed è già stato clonato. Per fare la diagnosi si frammenta il DNA prelevato e isolato dai villi placentali, si estrae la parte che contiene il gene e la si deposita dentro un gel con una tecnica chiamata elettroforesi, che separa i pezzi di DNA in base al peso molecolare e alla carica elettrica. Sebbene non siamo in grado di vedere il gene che ci interessa, possiamo comunque trovarlo marcandolo con una sonda radioattiva o con altro tipo di marcatore. Nel caso della famiglia i cui genitori sono portatori del gene della fibrosi cistica, confrontando i risultati dell'analisi del DNA dei genitori e dei figli, sapremo se i figli sono malati, sani o portatori sani (come i genitori) a seconda delle particolari combinazioni di cromosomi risultanti.

I problemi etici connessi alla diagnosi prenatale

Negli ultimi anni la diagnosi di malattie genetiche è notevolmente migliorata essendo stata messa a punto una nuova tecnica, la polymerase chain reaction, in grado di moltiplicare a piacere frammenti di DNA e di fornire grandi quantità di materiale genetico, indispensabile per poter conoscere con precisione la sequenza delle basi. Oggi, quindi, per molte analisi basta il DNA contenuto in una goccia di sangue, in un capello, in una traccia di saliva. Queste tecniche di diagnosi possono venire applicate non solo a tutte le malattie ereditarie, ma anche a molte altre malattie, dette “multifattoriali”, che non sono specificamente genetiche ma che hanno comunque una forte componente ereditaria, come molte patologie cardiovascolari, il diabete, l'ipertensione, le anomalie lipidiche, le malattie della parete arteriale e alcuni tipi di cancro, come quello indotto dalla poliposi del colon.

L'identificazione dei geni, o della combinazione di geni, responsabili di queste patologie è una delle sfide della biologia molecolare moderna applicata alla medicina. Infatti, ancora oggi le malattie multifattoriali sono difficili da prevedere, perché oltre a identificare tutti i fattori di rischio che possono facilitare l'insorgere della malattia, bisogna cercare dei geni candidati, esaminando accuratamente i pazienti che presentano le patologie analizzando il patrimonio genetico delle loro famiglie, e, infine, capire le interconnessioni tra genetica e fattori di rischio e i meccanismi che le regolano.

 La prevenzione primaria dei difetti congeniti da cause genetiche dovrebbe tendere a ridurre il tasso di mutazione, a prevenire il concepimento di individui mutanti, a prevenire la mutagenesi embrionale, a correggere la mutazione e a individuare i soggetti a rischio genetico. Di conseguenza la strategia preventiva è oggi orientata su due fronti. Da un lato si cerca di individuare per ogni malattia un trattamento specifico in grado di impedire lo stabilirsi di un difetto o di una disabilità permanente; dall’altro vi è la tendenza a eliminare il più precocemente possibile gli individui portatori di malattie o difetti incompatibili con la sopravvivenza a breve o medio termine, o comunque destinati a produrre handicap considerati umanamente inaccettabili.

La diagnosi prenatale è nata proprio come strumento di selezione di individui affetti da malattie come quelle cromosomiche ( oggi ne sono state identificate più di 200 e il loro numero è in costante aumento) per cui non era e non è prospettabile a breve scadenza alcun tipo di cura. Un passo avanti nella diagnosi prenatale è stato compiuto con l'anticipazione di questa all'ottava settimana mediante lo studio dei villi coriali. Il perfezionamento e l'integrazione con altre tecniche di diagnosi prenatale (ecografia fetale, fetoscopia ecc.) consentono, inoltre, di fare una diagnosi molto precoce di numerose condizioni patologiche. Nei prossimi anni il loro numero sicuramente aumenterà grazie al perfezionamento delle tecniche basate sul DNA ricombinante. La diagnosi prenatale costituisce un servizio medico-sociale di grande rilevanza a livello individuale e familiare, che può e deve essere prestato, soprattutto in caso di accertato rischio per garantire alla coppia il diritto di avere un figlio sano. La scelta di quale strategia adottare, in caso di accertamento di alterazione cromosomica dipende dalla nostra possibilità di fare una diagnosi prima che si sia stabilita una disabilità permanente e di intervenire nella sequenza fisiopatologica che determina il danno. Qualora non si realizzino queste condizioni l'opzione sarà per lo più quella della selezione che, per motivi etici e pratici, deve essere attuata con la diagnosi prenatale precoce.

Nonostante ciò la scelta di una strategia preventiva non è così automatica. Essa dipende da valutazioni soggettive relative al danno o alla disabilità causa di handicap umanamente intollerabile; ciò dipende, più che dall'entità e dalla tipologia del danno, dalla “reazione sociale” al danno stesso le cui variabili sono quanto meno imprevedibili. La scelta dell'epoca in cui va posta la diagnosi di una patologia passibile di trattamento dipende essenzialmente dal momento, prenatale o post-natale, in cui si instaura la conseguente disabilità. È su queste basi che è stata proposta l’estensione della diagnosi post-natale precoce delle più comuni malformazioni, come ad esempio la displasia dell'anca e l’effettuazione di screenings che consentono la prevenzione perinatale di gravi difetti congeniti.

  Esistono oggi infine concrete possibilità di terapia fetale per quei difetti congeniti per i quali non esiste un soddisfacente approccio terapeutico post-natale in quanto il danno funzionale si instaura già prima della nascita, oppure per quei difetti che possono interferire con il parto. Non è azzardato affermare che esistono ormai una patologia medica e una patologia chirurgica fetale, sia pur in gran parte sperimentale. In questa prospettiva la diagnosi prenatale perde la connotazione strettamente selettiva per diventare una diagnosi in senso più propriamente clinico, in quanto applicata a un vero e proprio paziente. Come è evidente la diagnosi prenatale, affinatasi enormemente con l’ampliamento della conoscenza del genoma pone gravi questioni etiche. Basti pensare alla diagnosi della corea di Huntington o di una predisposizione al cancro, entrambi mali per i quali è verosimile ipotizzare una efficace cura nei prossimi decenni ma che potrebbero spingere oggi i genitori a chiedere la soppressione del nascituro.

La terapia genica

La modifica mirata del DNA di un essere umano al fine di curare una forma patologica, la cosiddetta “terapia genica”, si articola in due livelli: la linea somatica, che corrisponde a tutte le cellule che formeranno poi gli organi dell'organismo adulto e la linea germinale, responsabile della formazione dei gameti. È essenziale ricordare che nello sviluppo dell'embrione e poi dell'organismo, dal momento in cui avviene questa separazione di linee, non vi è alcuna comunicazione tra linea somatica e linea germinale. In altre parole, le modifiche acquisite dal DNA delle cellule somatiche non verranno trasmesse alla progenie in quanto questa modifica non viene comunicata in alcun modo alle cellule germinali.

Gli attuali interventi in terapia genica vengono effettuati grazie alla possibilità di isolare e moltiplicare indefinitamente singoli geni di organismi superiori all'interno di microrganismi batterici (il cosiddetto “clonaggio molecolare”). Infatti, frammentando un pezzettino di DNA di un organismo, anche completamente diverso, con un enzima di restrizione, tutti gli estremi risultano uguali, e quindi compatibili. Possono così essere formate delle molecole ibride, in parte batterio e in parte DNA dell'organismo diverso che si vuole isolare, clonare e analizzare.

Come è ovvio, l’irrompere sulla scena della genetica molecolare e, quindi della possibilità di manipolare il corredo genetico dei gameti ha ridato fiato ai fautori di un “miglioramento” della specie umana; una strada che suscita non pochi problemi etici come dimostrato dalle polemiche scaturite all’indomani del clamoroso intervento di terapia genica effettuato, il 14 settembre 1990, su una bambina con grave immunodeficienza. In quel caso, la mancanza di un singolo gene strutturale recessivo in cellule a marcata attività proliferativa, determinava una deficienza di adenosino-deaminasi nei linfoblasti, felicemente risolta con reintroduzione di cellule opportunamente trattate. Va da sé che l’intervento, che ha permesso alla bambina di vivere una vita normale, è stato, quasi unanimemente, salutato positivamente anche se non pochi ricercatori hanno espresso preoccupazione perché il preannunciato estendersi di una terapia alle cellule germinali umane, rischia, in nome di un “miglioramento della specie umana” di compromettere l’identità genetica della specie spianando la strada a conseguenze potenzialmente catastrofiche.

Di riflesso va detto che solo le tecniche di DNA ricombinante danno qualche speranza per curare malattie genetiche che, in molti casi si traducono in una precoce condanna a morte o in un calvario di inenarrabili sofferenze. I “classici” strumenti terapeutici disponibili per il trattamento delle malattie genetiche risultano, infatti, abbastanza limitati e sono  progrediti in misura molto modesta negli ultimi vent'anni. Solo alcuni errori del metabolismo possono essere controllati da una terapia sostitutiva della proteina o dell'enzima mancante o impedendo l'accumulo di un metabolita tossico mentre i presidi farmacologici in genere sono scarsamente efficaci, determinando una completa normalità somatica solo in una limitata percentuale di condizioni. Gli sviluppi della biologia molecolare hanno, quindi, fornito gli strumenti per tentare un nuovo approccio a queste malattie attraverso un intervento diretto sui geni mutanti. Invece di intervenire sulle anomalie metaboliche che un difet­to genetico comporta (spesso attraverso processi poco conosciuti ) si è progetta­to di correggere il difetto mediante l'introduzione di un gene normale. E’ stato questo il caso  dell’ormai famoso impianto nel midollo osseo di cellule modificate geneticamente effettuato nel 1992 al National Institute of Health intervenendo sulle cellule staminali pluripotenti capaci di replicarsi e di differenziarsi dopo il trapianto.

Un settore dell’ingegneria genetica particolarmente affascinante per chi scrive queste righe - che è un virologo - è dato dall’utilizzo di vettori retrovirali; virus, cioè, manipolati geneticamente in modo da spogliarli delle loro caratteristiche infettive. Lo studio di questi vettori è partito da una serie di osservazioni sui virus tumorali che si integrano nei genoma della cellula ospite ed inducono l'espres­sione di geni “non self” in modo efficiente e stabile. Questa caratteristica li rende vettori ideali per una terapia genica. Per comprendere le varie fasi della manipolazione di un retrovirus occorre tener presente la sua struttura e il suo ciclo replicativo. Il retrovirus è costituito da un “core” e da un “envelope” glicoproteico. Il virus si lega alla cellula bersa­glio mediante recettori specifici presenti nell'“envelope”. Quando avviene l'in­fezione il genoma virale viene trasferito nella cellula ed avviene l'integrazione nel genoma della cellula ospite come provirus. Il ciclo virale si conclude con la gemmazione dalla membrana cellulare di nuove particelle che possono interagire con il genoma della cellula ospite, ma non sono in grado di moltiplicarsi e di propagare un'infezione. Tra l’altro, l'identificazione di antigeni tumorali specifici contro i quali può essere indotta una risposta immune ha suggerito la possibilità di eseguire una specie di vaccinazione antitumorale. E' possibile, infatti, trasferire, in particolari cellule del sistema immune alcune molecole che inducono una risposta immune contro il tumore, permettendo così di progettare protocolli basati su di un sistema di immunizzazione in vitro o in vivo contro le cellule tumorali.

Attualmente alcuni ricercatori stanno lavorando per manipolare virus particolari, ad esempio quelli del raffreddore, per trasportare nelle cellule polmonari dei geni che servano a produrre sostanze utili per combattere malattie croniche dei polmoni; oppure dei virus neurotropi, che hanno affinità per le cellule nervose, per modificarne la funzione alterata da malattie invalidanti del sistema nervoso. Ovviamente, l’utilizzo dei vettori retrovirali, anche se manipolati geneticamente, non è priva di pericoli e deve essere percorsa con estrema prudenza non esistendo la sicurezza che tali virus non scambino informazioni con altri virus, latenti nel nostro organismo, dando origine a forme virali diverse, imprevedibili, in grado di diffondere quello specifico intervento di terapia genetica ad altri uomini o addirittura di produrre una catastrofe biologica su scala planetaria.

Ma parlando di virus non è possibile non accennare al virus HIV, come è noto, responsabile dell’AIDS contro il quale, attualmente, si sta sperimentando una strategia di terapia genica che prevede  l’inserimento di un gene di resistenza in grado di inibire la replicazione virale.

Un monito da Asilomar

In una cittadina della California, Asilomar, fu tenuta nel 1975 una conferenza tra i maggiori biologi e genetisti del tempo, che si concluse con una risoluzione sotto certi aspetti sbalorditiva: si chiedeva al National Health Institute, il principale ente finanziatore della ricerca negli Stati Uniti, di sospendere ogni ricerca sugli esperimenti di ingegneria genetica. Questa clamorosa richiesta nasceva a seguito del ritiro dal settore della ricerca di uno dei più brillanti scienziati del tempo, J. Shapiro, che aveva fatto notare i pericoli insiti nella manipolazione del materiale genetico. Nonostante questo e altri moniti, le ricerche nel campo dell’ingegneria genetica, lungi dal conoscere un rallentamento, hanno conosciuto un incremento che difficilmente trova riscontri in altri settori della ricerca scientifica.

Basti pensare che, fino a non più di dieci anni fa, le tecniche del DNA ricombinante avevano già trovato applicazioni molto estese nell'analisi genetica dei virus e dei batteri, ma la dissezione dei geni degli eucarioti era appena agli inizi ed esistevano solo degli accenni di ciò che sarebbe dovuto accadere. I1 concetto di gene come filamento continuo di DNA era stato demolito in seguito dalla scoperta degli introni, ma l’esatta natura dell'RNA e i geni contenuti in altri geni erano ancora da scoprire. L'identificazione degli oncogeni cellulari sembrava promettente per la comprensione del cancro, ma i loro meccanismi d'azione, e l'esistenza di geni soppressori del tumore, erano ancora oggetto di mera speculazione. Si stava analizzando a livello molecolare un gruppetto di malattie genetiche, ma l'isolamento dei geni ad esse correlati e lo sviluppo della terapia genica erano ancora di là da venire.

Eppure, già una decina d'anni fa, i traguardi raggiunti dalla genetica molecolare apparivano fantastici considerando che questo settore della ricerca, che allora non aveva neanche venti anni di vita, stava già schiudendo le porte che custodivano lo scrigno delle specie viventi. Da allora, come già detto, i progressi scientifici sono stati giganteschi. Non così la comprensione delle potenzialità e dei rischi dell’ingegneria genetica da parte di un’opinione pubblica spesso in balìa degli umori dei mass media.

Non abbiamo certo qui la presa di dire una parola definitiva sui problemi etici che suscita l’ingegneria genetica e in particolare il Progetto Genoma. Ma è possibile, a mò di conclusione, accennare a due questioni che devono divenire argomento di dibattito per noi tutti.

La prima riguarda la mera conoscenza del genoma e le applicazioni che sta avendo in campi quali la medicina legale. Certo, la creazione di banche dati dove sono immagazzinati i genomi di alcune categorie di criminali ha permesso, in alcuni casi, di risalire rapidamente ad autori di stupri, ma cosa succederà quando queste banche dati si estenderanno a tutta la popolazione, (come già sta cominciando a profilare per gli Stati Uniti)? Non c’è forse il rischio di vedersi chiedere l’esibizione del “certificato genico” prima di un matrimonio o di un’assunzione, con la possibile definitiva esclusione dai processi produttivi o dai rapporti sociali? E ancora. Il sapere di essere geneticamente predisposti a contrarre una malattia, poniamo il cancro, favorirà una  accorta profilassi o non spingerà, invece,  verso una disperata solitudine?

La seconda questione riguarda i traguardi della terapia genica. Attualmente i protocolli di ricerca dei principali centri di bioingegneria escludono dalla definizione di terapia genica ogni intervento sul genoma umano di natura eugenetica, mirante cioè a predeterminare e/o migliorare per fini non terapeutici caratteristiche umane quali, ad esempio, comportamento, intelli­genza o tratti fisici, ma è probabile che nei prossimi anni questi limiti (giusti secondo il nostro punto di vista) verranno valicati essendo le metodologie di intervento già abbastanza avanzate. Esiste, tra l’altro, il rischio che il confine tra la variabilità fisiologica e quella patologica soprattutto per ciò che riguarda il comportamento e quindi le innovazioni e gli interventi nel campo delle neuroscienze venga superato dalla tecnica del DNA ricombinante. Ma fino a che punto, si domandano in molti,  è lecito separare lo stato di tonica esaltazione di alcune persone da uno stato di maniacalità o di comportamento paranoide? Non esiste il rischio di considerare patologici alcuni aspetti delle differenze individuali, di etichettare ogni aspetto della variabilità come devianza? E non c'è rischio che la possibilità di conoscere sin dai primi stati embrionali ciò che saremo, o meglio ciò che potremmo essere, induca la società a programmare dei figli perfetti, non soltanto privi di potenziali malattie ma anche di aspetti negativi, imboccando in tal modo la strada di un'eugenica gravida di minacce nei riguardi del significato stesso dell'essenza umana?

Oggi, accanto ai formidabili  vantaggi diagnostici e terapeutici insiti nella conoscenza del genoma umano, si profilano dilemmi totalmente nuovi rispetto al passato che suscitano apprensioni, paure, polemiche e che pongono lo scienziato di fronte a stridenti problemi etici. La conoscenza del genoma, infatti, pone in crisi quella dicotomia classica che ha tradizionalmente opposto i sostenitori di una morale naturale ed eterna ai sostenitori di una morale aperta ai cambiamenti; di conseguenza questi nuovi sviluppi della biologia scardinano valori e punti di riferimento tradizionali, producendo innovazioni talmente nuove da porsi, in molti casi,, al di fuori degli schemi precedenti.

La possibilità di manipolare il genoma dell’Uomo, come mai era stato concesso prima, pone nelle nostre mani una immensa responsabilità e delinea un futuro gravido sia di scenari radiosi che di catastrofe. Le innovazioni e gli sviluppi nel campo della biologia sono inoltre talmente rapidi da precedere spesso approfondite riflessioni e scelte consapevoli, cosicché non sono soltanto le singole novità e trasformazioni a suscitare paura ma anche il modo improvviso e subdolo attraverso cui esse si diffondono, al di fuori di un reale controllo della collettività. La velocità che caratterizza la crescita della conoscenza del genoma e degli strumenti per manipolarlo impone perciò una riflessione sui limiti di alcuni interventi e soprattutto sull'importanza di esercitare delle chiare scelte etiche, che possono comportare possibilità ed opzioni che, pur essendo disponibili, non devono necessariamente essere adottate passivamente.