SARS-COV-2. 2. Ma cosa sono i virus e come si riproducono?

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Claudio Della Volpe

La prima parte di questo post è stata pubblicata qui

Il virus è una struttura supramolecolare, come quelle che studia Vincenzo Balzani o quelle che hanno portato al Nobel Jean-Marie Lehn nel 1987, Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart and Bernard L. Feringa ”for the design and synthesis of molecular machines” nel 2016.

(Giusto al volo sarebbe da ricordare che il premio Nobel per la Chimica nel 2017 è andato a Jacques Dubochet, Joachim Frank and Richard Henderson per la microscopia crio-elettronica che sta aiutando a svelare i dettagli dei legami delle spikes virali con le belle immagini che vi ho riportato nella prima parte di questo post).

Bene il virus è dunque  un oggetto chimico a tutti gli effetti anche se oggi viene studiato o discusso essenzialmente da biologi e medici, da virologi; ma la chimica che esso sottende non può essere ignorata. E’ un oggetto chimico autoassemblante tenuto insieme da forze deboli.

Conosciamo vari aspetti chimico-fisici del virus; per esempio come il virus attacca una cellula, stiamo parlando del punto di vista chimico-fisico. Non è che in letteratura si trovi molto.

(articolo del 1995, 25 anni fa)

Per esempio conosciamo il valore della costante di dissociazione del Receptor Binding Domain della spike protein per hACE2; sappiamo che sotto una certa concentrazione di virus e relativa proteina la dose non é sufficiente a “fare il veleno” ossia ad infettare la cellula, e questo appare un risultato eccezionale che spiega perché la presenza di particelle virali non sempre si coniuga con l’infezione, oppure fa capire meglio lo strano concetto (secondo me da aggiornare)  del virus vivo; già i virologi usano questo strano concetto: virus vivo. Termine ambiguo come vedremo.

La definizione formale è “infectious activity” o “actively replicating viral particles”. Ma comunemente si usare dire virus vivo (live virus) per distinguerlo dalle particelle di virus inattivato, che sono compromesse/incapaci di replicare. Il fatto è che non devono essere per forza compromesse ma basta che siano sotto la concentrazione utile a legarsi efficacemente.

Noi sappiamo che l’associazione fra il virus e il suo potenziale recettore sulla superficie cellulare è analizzato usando i medesimi concetti dell’associazione proteina -ligando IN SOLUZIONE.

Si usa un processo a due stadi:

L+P=LP

dove L è il ligando, P la proteina e LP il complesso, tutti sono solubili ed hanno una concentrazione ed una attività Kd = [ L ] [ P ] /[ LP ]

La costante di dissociazione  Kd    è la costante di equilibrio per il processo di dissociazione (le parentesi quadre ovviamente indicano la concentrazione molare) e si può anche scrivere all’equilibrio come il rapporto fra le due velocità di dissociazione ed associazione indicate in genere come koff e kon: Kd=koff/kon

A questo punto diventa semplice dire che la costante di dissociazione (in genere riportata in unità di concentrazione) è pari al valore di concentrazione (o attività) [L] quando [P]=[LP] ossia metà dei siti del recettore sono occupati.

Nel caso del virus e del recettore ACE2 si usa la stessa logica, solo che adesso il virus è il ligando, il recettore ACE2 la proteina P ed entrambi sono difficilmente considerabili “in soluzione”. Dai valori nella figura per esempio si vede che a 14.7 nM di virus solo metà dei virus è legato al recettore ACE2. 14.7nM sono circa un carico virale di 8.85 x 1015 virioni per litro.

In chimica peraltro le costanti sono adimensionali dato che sarebbero rapporti di attività, mentre qua si usano le concentrazioni, sostituzione permessa quando il coefficiente di attività è unitario.

Considerare sia virus, sia il recettore che il loro complesso come “solubili” ha varie conseguenze; noi chimici nel caso del prodotto di solubilità dove il risultato della reazione è un solido, gli assegnamo attività unitaria e la equazione dell’equilibrio diventa un prodotto di solubilità

Se i due ioni hanno un prodotto delle concentrazioni che è sotto il limite non precipiteranno anche se sono entrambi presenti. Così qui se entrambi i fattori i virus e i siti di legame cellulare hanno un prodotto delle concentrazioni che sta sotto un certo valor limite non ci saranno strutture legate e dunque nessuna infezione.

Una situazione di questo genere potrebbe esserci anche per questo coronavirus; si discute se i Sars-cov-2 che si trovano nelle feci siano infettivi o no; la questione è che la loro concentrazione in quel contesto è molto più bassa che nei tessuti polmonari e allora, nonostante si possano fotografare al SEM o se ne possa rilevare l’RNA il virus non infetta, ma potrebbe non dipendere dal fatto che è “inattivo” perché danneggiato, ma solo dal fatto che la sua concentrazione è molto bassa.

Comunque sia al momento la teoria di queste cose è secondo me indietro e si ragiona senza considerare la chimica.

Molto recentemente un gruppo italiano ha fatto notare che il SARS-cov-2 si attacca anche ai recettori  sialici oltre che a quelli hACE2; non abbiamo i dati di costante di legame fra virus e questi siti; esistono per il SARS-cov-1(NATuRe STRuCTuRAL & MoLeCuLAR BioLoGY | VOL 26 | JUNE 2019 | 481–489 | www.nature.com/nsmb)

https://arxiv.org/pdf/2003.11107.pdf

Questa osservazione è importante perché è stato chiarito che la costante di binding del sito hACE2 è praticamente la stessa per entrambi i virus; ma allora perché la situazione clinica è così diversa? Potrebbero esserci altri siti di legame? E dunque altre vie di attacco per il virus? Questa dell’acido sialico insieme a quella che abbiamo citato nella prima parte del post (il recettore DDP4) potrebbero essere due strade alternative da bloccare con opportuni farmaci.

http://www.unife.it/scienze/lm.biomolecolare/insegnamenti/virologia/materiale-didattico/1-Introduzione%20virologia.pdf

Una nota al volo: in questi ultimi giorni si discute di una riduzione del carico virale e della sua relazione con una diminuita insorgenza di casi gravi, la concentrazione del virus è la gravità della malattia sembrano in stretta relazione.

https://www.scienzainrete.it/articolo/perch%C3%A9-si-muore-sempre-meno-di-covid/luca-carra/2020-05-25

Ci sono idee alternative sui virus e vale la pena di accennarne un momento qui; la visione dominante del virus come non vivente è quella di cui abbiamo discusso finora, ma nel 1983 uno studioso della Georgia University, di origine Rumena, Claudiu I. Bandea (J. theor. Biol. (1983) 105, 591-602) propose un diverso punto di vista. Dice Bandea:

Faccio un tentativo di delimitare i concetti di vita e di organismo e di integrare i virus in questo quadro. I virus sono presentati come organismi che passano nel loro ciclo ontogenetico attraverso due fasi fenotipiche distintive: (1) la fase vegetativa e (2) la fase della particella virale o dell’acido nucleico. Nella fase vegetativa, qui considerata come la fase ontogeneticamente matura dei virus, le loro molecole componenti sono disperse all’interno della cellula ospite. In questa fase il virus mostra le principali proprietà fisiologiche di altri organismi: metabolismo, crescita e riproduzione.

 Ed ancora:

In sintesi, i virus dovrebbero essere considerati come organismi che sviluppano intracellularmente la loro fase vegetativa morfologicamente dispersa, fisiologicamente attiva e che riproducono i virioni attraverso forme morfologiche unitarie inerti.

L’idea è stata poi ripresa ed ulteriormente chiarita da Patrick Forterre, uno dei più famosi virologi francesi  (Orig Life Evol Biosph (2010) 40:151–160 ) in un articolo dal titolo: Definire la vita: il punto di vista dei virus in cui Forterre tenta di dare una ambiziosa definizione di vita.

Suggerisco qui di definire la vita (un processo storico) come la modalità di esistenza degli organismi che codificano i ribosomi (cellule) e degli organismi che codificano capsidi (virus) e dei loro antenati. Ho proposto di definire un organismo come un insieme di organi integrati (molecolari o cellulari) che producono individui in evoluzione attraverso la selezione naturale. L’origine della vita sul nostro pianeta corrisponderebbe alla creazione del primo organismo corrispondente a questa definizione.

Secondo questo punto di vista quello che noi chiamiamo virus viene ridefinito come virione, mentre il virus è quello che noi vediamo come la cellula infettata dal virus. L’oggetto supramolecolare che chiamiamo virus viene ridefinito in questa ipotesi come virione, una sorta di “spora” del virus vero e proprio.

Dunque il sistema virus-virione apparirebbe da questo punto di vista come il ciclo di un organismo che attraversa due fasi: una di attesa, che chiamiamo virus ma che questi autori rinominano come virione, una spora molto meno resistente delle vere spore batteriche tradizionali, tenuta insieme da forze deboli; tanto deboli che in molti casi basta la luce del sole ad inattivarle; questo è un risultato recente sul coronavirus.

https://academic.oup.com/jid/advance-article/doi/10.1093/infdis/jiaa274/5841129

Se la spora riesce a legarsi a qualche proteina di superficie  della cellula ed a mimare l’ingresso di una sostanza utile allora il virione diventa virus, ossia mette la cellula sotto controllo e si fa costruire copie di se stesso; il virus in questa nuova denominazione è la cellula infettata che smette di essere se stessa e diventa un’altra cosa, un virus appunto, che produce nuovi virioni e così via.

Questo approccio ha a che fare con il tentativo di modellare non solo l’origine dei virus ma di modellare la vita stessa. Si considerano qui vari fatti come le relazioni fra i virus dei tre tipi di cellule viventi che conosciamo: procariote, eucariote ed archea, tutte discendenti da un medesimo progenitore: LUCA, ossia Last Universal Common Ancestor, un organismo ipotetico che viveva vicino ai soffiatori neri nelle profondità oceaniche, anaerobio, capace di fissare la CO2, di usare l’idrogeno (con il cosiddetto meccanismo di Wood–Ljungdahl ) e l’azoto e anche termofilo. Per ciascuno di questi tipi  di cellule ci sono specifici virus  e questo fa pensare che i virus siano antichi come  e più delle cellule e risalgano al tempo di LUCA.

Ultima cosa da notare e che lega la chimica (in particolare la chimica-fisica) ai virus è che le moderne teorie sulle transizioni di fase , come quelle proposte da Ricard V. Solè (un biofisico, Phase Transitions, Oxford University Press, 2011) considerano le infezioni virali come un buon esempio da analizzare, come nel più moderno libro scritto con Elena ed usano come default l’idea del virus “vivente”, ossia del ciclo virus-virione come contesto interpretativo.

(continua)

Una nuova frontiera per i vaccini anti-COVID-19?

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 Rinaldo Cervellati

I laboratori biochimici di mezzo mondo stanno scommettendo che i primi vaccini per la COVID-19 potrebbero essere realizzati con virus geneticamente modificati. I virus ingegnerizzati, chiamati vettori adenovirali, sono progettati per trasportare nei nostri corpi un gene da SARS-CoV-2 (il coronavirus che causa la malattia), dove le nostre cellule lo riconosceranno producendo le proteine ​​di superficie (spike protein) del coronavirus.

Figura 1. (sopra) Sezione trasversale del virus SARS-CoV-2. (sotto) Struttura 3D della proteina di superficie.

Come per tutti i vaccini, l’idea è di indurre il nostro corpo a pensare che sia stato infettato. Le proteine ​​di superficie autoprodotte addestrerebbero i nostri corpi a rilevare l’infezione da SARS-CoV-2. La tecnica è nota da oltre 3 decenni, ma causa la pandemia da COVID-19 sta per essere messa alla prova per un vaccino.

Appena la sequenza genetica di SARS-CoV-2 è stata identificata e resa nota a gennaio, tre gruppi hanno iniziato a lavorare in modo indipendente sui vaccini vettoriali adenovirali per COVID-19: CanSino Biologics[1], l’Università di Oxford e Johnson & Johnson (J&J)[2]. Tutti e tre i gruppi annoverano veterani nello studio sui vaccini e i loro programmi anti-COVID-19 hanno attirato l’attenzione globale per la loro portata e velocità.

Molti scienziati ritengono che sarà necessario un vaccino per fermare la diffusione del coronavirus e porre fine alla pandemia, che finora ha causato centinaia di migliaia di vittime. Negli ultimi 4 mesi, oltre 100 gruppi hanno aderito alla corsa per sviluppare vaccini anti-COVID-19. I loro sforzi coprono una gamma di tecnologie, inclusi virus inattivi convenzionali e nuove tecnologie non provate come i vaccini RNA messaggero (mRNA).

Al contrario, i vaccini vettoriali adenovirali[3] hanno la particolarità di essere efficaci in primo luogo sugli umani.

La sperimentazione sull’uomo del vaccino vettoriale adenovirale della CanSino è iniziata in Cina nel marzo scorso. Nello stesso mese, il governo degli Stati Uniti ha stanziato oltre 500 milioni di dollari per supportare J&J al fine di preparare fino a un miliardo di dosi del suo vaccino, che dovrebbe iniziare i test clinici nel prossimo settembre. L’Università di Oxford, nel frattempo, sta adottando l’approccio più ambizioso: alla fine di aprile ha avviato una sperimentazione su 1.100 persone per dimostrare la sicurezza del suo vaccino cercando nel contempo prove del suo funzionamento. L’obiettivo è completare questo studio in appena un mese e quindi iniziare una fase III di sperimentazione su 5.000 persone in giugno. Se avesse successo, il programma di Oxford scavalcherebbe tutti gli altri vaccini anti-COVID-19 in fase di sviluppo.

“Hanno la cronologia più rapida di qualsiasi gruppo”, afferma Thomas G. Evans, direttore scientifico di Vaccitech, una società fondata nel 2016 per commercializzare la tecnologia vettoriale adenovirale di Oxford.

Thomas G. Evans

Ad aprile, Vaccitech[4] e la grande azienda farmaceutica AstraZeneca[5] hanno annunciato un accordo per sviluppare e commercializzare il vaccino. “È probabile che Oxford abbia i primi dati al mondo sull’efficacia di un vaccino anti-COVID-19, probabilmente già in agosto, il che significa che la distribuzione potrebbe iniziare in autunno”, sostiene Evans.

Alcuni scienziati affermano che i vaccini vettoriali adenovirali, e in particolare il vaccino di Oxford, potrebbe essere la migliore possibilità per tornare alla completa normalità.

“Da quello che ho potuto costatare, i vaccini vettoriali adenovirali sono probabilmente la piattaforma più promettente”, afferma Hildegund Ertl, che studia questi vaccini presso il Wistar Institute di Filadelfia.

Rispetto ad alcune delle più recenti tecnologie sperimentali – come il vaccino mRNA di Moderna[6], che è stata la prima a effettuare studi clinici sull’uomo negli Stati Uniti – i vettori adenovirali sono considerati un approccio più promettente. J&J definisce la sua piattaforma vettoriale adenovirale una tecnologia “comprovata”. Mentre i vettori adenovirali sono stati testati in più soggetti rispetto ai vaccini mRNA, la tecnologia è oggi utilizzata in un solo vaccino commerciale contro la rabbia, utilizzato per immunizzare gli animali selvatici. Finora, tuttavia, nessun vaccino vettoriale adenovirale ha dimostrato di poter prevenire questa malattia negli umani.

C’è un altro potenziale problema. Proprio come i corpi umani sviluppano risposte immunitarie alla maggior parte delle infezioni virali reali, i nostri corpi sviluppano anche l’immunità ai vettori adenovirali. Per esempio, dopo una seconda vaccinazione, il corpo umano potrebbe scatenare un attacco di anticorpi contro il vaccino stesso. E poiché i vettori adenovirali sono basati su virus naturali cui alcune persone potrebbero essere già state esposte, i vaccini potrebbero non funzionare per tutti.

Anche se vaccini basati su vettori adenovirali potrebbero prendere le luci della ribalta nella lotta alla pandemia da coronavirus, essi hanno un passato fallimentare in un altro campo, quello della terapia genica.

Quando gli scienziati iniziarono a costruire vettori adenovirali negli anni ’80, la maggior parte lavorò con un particolare tipo di adenovirus, chiamato Ad5, quello che provoca nell’uomo il comune raffreddore. I ricercatori eliminarono da Ad5 i geni necessari per replicarsi e li inserirono in linee cellulari geneticamente modificate. Ciò ha assicurato che i virus modificati potevano essere coltivati ​​solo in queste cellule speciali in laboratorio. Molti scienziati speravano di usare l’Ad5 per fornire un gene umano in grado di correggere rare mutazioni genetiche, un approccio chiamato appunto terapia genica. Questi sforzi si arrestarono nel 1999 quando un adolescente con una rara malattia genetica del fegato morì dopo trattamento con terapia genica basata su Ad5, progettata in un laboratorio dell’Università della Pennsylvania. La grande dose di virus modificati provocò al paziente un’infiammazione diffusa in tutto il corpo, mandando in tilt il suo sistema immunitario. In seguito a questo grave insuccesso, gli scienziati smisero per lo più di utilizzare i vettori adenovirali per la terapia genica, in cui la dose deve essere elevata per raggiungere tutte le cellule del corpo.

Tuttavia gli esperti di vaccini considerarono l’infiammazione indotta dall’adenovirus come una risorsa. Come ebbe a dire Luk Vandenberghe, un virologo della Harvard Medical School:  “una terapia genica fallita può fornire un buon vaccino”. Una vantaggio interessante è infatti che,  causa gli effetti infiammatori degli adenovirus, nei vaccini a base di questi non deve essere aggiunto nulla.  Al contrario, nei vaccini convenzionali devono essere aggiunti adiuvanti, cioè molecole che indirizzino il sistema immunitario sulla proteina virale, tramite un processo infiammatorio, talvolta anche con sintomi febbrili. Nel caso dei vettori antivirali, sono gli adenovirus stessi che guidano l’infiammazione, tenuta sotto controllo somministrando i vaccini a basse dosi.

E tutti i vaccini genetici – vaccini DNA, vaccini mRNA e vaccini vettoriali adenovirali – imitano un’infezione virale naturale costringendo i nostri corpi a produrre proteine ​​virali all’interno delle nostre cellule. Ciò stimola le cellule T[7] del nostro sistema immunitario ad attaccare queste cellule vaccinate e, nel processo, apprendono a cercare e distruggere le cellule infettate da un’eventuale futura infezione del virus reale.

I vaccini tradizionali, ottenuti da virus indeboliti o proteine ​​virali, stimolano le cellule B a produrre anticorpi contro il virus. Questi anticorpi si attaccano ai virus invasori e impediscono loro di entrare nelle nostre cellule.

Il problema è che una volta che il virus si infiltra nelle nostre cellule, gli anticorpi di un vaccino tradizionale sono inutili. È a quel punto che le cellule T devono entrare in azione. I vettori di adenovirus “sono i migliori di tutti i vaccini per indurre una risposta delle cellule T”, afferma H. Ertl del Wistar Institute[8].

Ecco il motivo per cui alcuni ricercatori di vaccini si rivolsero ai vettori adenovirali nei primi anni 2000 per affrontare malattie come l’AIDS, la malaria e la tubercolosi. Tuttavia un vaccino a base di Ad5 si rivelò inefficace contro il virus dell’HIV mettendo a rischio un sottogruppo di soggetti con preesistente immunità all’Ad5. La ricerca sugli adenovirus cessò per 5 anni. Nel 2009, il National Institute for Health, decise di procedere con una versione modificata della sperimentazione di un vaccino contro l’HIV, a condizione che i partecipanti non avessero l’immunità preesistente all’Ad5. I risultati dello studio su 2.500 persone mostrarono che il vaccino era sicuro, ma ancora non funzionava. Questo studio di caso frenò ancora l’entusiasmo per Ad5, senza però eliminarlo del tutto.

La società CanSino ha sviluppato un vaccino a base di Ad5 per l’Ebola durante l’epidemia del 2014 e uno studio di Fase II ha mostrato che il vaccino ha indotto una risposta anticorpale 4 settimane dopo il trattamento.

Nel 2017, la Cina ha approvato il vaccino, ma solo per l’uso di emergenza e lo stoccaggio nazionale. Ciò lo ha reso il primo, e ancora unico, vaccino vettoriale adenovirale approvato per gli umani, con ’ avvertimento che i livelli di anticorpi sono diminuiti drasticamente entro 6 mesi dalla vaccinazione. La maggior parte dei partecipanti aveva un’immunità preesistente all’Ad5, che secondo alcuni scienziati potrebbe aver ridotto la capacità del vaccino di indurre una risposta immunitaria più duratura.

L’esperienza Ebola dell’azienda le ha permesso di passare rapidamente a un vaccino anti-COVID-19 usando Ad5. Il 16 marzo CanSino è diventata la prima azienda a iniziare una sperimentazione clinica di questo vaccino. Lo studio sulla sicurezza di Fase I su 108 persone è stato completato, sebbene i risultati non siano ancora stati comunicati. È in corso uno studio di fase II su 500 persone.

Alcuni scienziati hanno messo in dubbio le possibilità di successo di CanSino, ma i veterani del settore affermano che l’immunità preesistente all’Ad5 può essere superata con una dose più elevata del vaccino, che richiederà un monitoraggio più rigoroso degli effetti collaterali.

Il già nominato Evans sottolinea che “I cinesi hanno una possibilità migliore in questo studio rispetto a chiunque altro perché hanno una grande esperienza, un enorme impianto di produzione, e il sostegno finanziario e di manodopera del governo cinese. Ignorando CanSino si commetterebbe un grosso errore”.

CanSino Biologics ha iniziato una sperimentazione clinica del suo vaccino COVID-19 basato su Ad5 il 16 marzo. Credit CanSino Biologics

Anche diverse aziende più piccole stanno sviluppando vaccini contro COVID-19 basati su Ad5. Uno di questi è ImmunityBio, che utilizza i vettori Ad5 con ulteriori modifiche geniche. L’amministratore delegato Patrick Soon-Shiong afferma che la modifica riduce drasticamente le risposte immunitarie tossiche del corpo al virus e consente persino di dosare il vettore più volte. L’azienda ha testato il vettore su circa 200 persone in diversi piccoli studi clinici.

Altre società, tra cui Altimmune, Stabilitech BioPharma e Vaxart, ritengono di poter eludere l’immunità preesistente ad Ad5 nel flusso sanguigno somministrando i loro vaccini come spray o pillole nasali anziché con iniezioni. Le formulazioni sperimentali potrebbero anche essere più facili da fabbricare, conservare, distribuire e utilizzare.

Alternative ad Ad5

Anche prima del fallimento sull’HIV, alcuni scienziati ritenevano che l’immunità preesistente all’Ad5 sarebbe stato un problema, quindi hanno cercato in natura gli adenovirus meno comuni cui sarebbero state esposte meno persone. La società di vaccini olandese Crucell Holland e Dan Barouch[9], presso il Beth Israel Deaconess Medical Center e la Harvard Medical School, hanno utilizzato uno dei virus naturali più promettenti, chiamato Ad26, per creare un nuovo vettore adenovirale.

J&J, che ha acquisito Crucell nel 2011, ha continuato a sviluppare più vaccini basati su Ad26 per virus come HIV, virus respiratorio sinciziale (RSV), virus Zika e virus Ebola.

Da allora J&J ha somministrato migliaia di dosi del suo vaccino sperimentale contro l’ebola a persone nella Repubblica Democratica del Congo e in Ruanda. Il vaccino è in fase di revisione da parte delle agenzie del farmaco in Europa, il che significa che potrebbe diventare il primo vaccino vettoriale adenovirale commerciale che ha mostrato di prevenire una malattia nell’uomo.

A gennaio, Barouch ha iniziato a lavorare con J&J su un vaccino anti-COVID-19 basato su Ad26. Sebbene J&J non avvierà studi del suo vaccino sull’uomo fino al prossimo autunno, ha un vantaggio nella capacità di produzione. Oltre ai propri impianti di produzione, ha reclutato Emergent BioSolutions e Catalent[10] per contribuire a produrre fino a 1 miliardo di dosi del vaccino.

Ma il vaccino di J&J ha potenziali svantaggi. I vaccini contro Ebola, HIV e RSV dell’azienda utilizzano tutti un vaccino a base di Ad26 più un richiamo a un altro vaccino. Questa combinazione rende difficile fare confronti con il vaccino anti-COVID-19, che utilizza solo Ad26. E Barouch ha scoperto che circa la metà degli adulti in alcuni paesi dell’Africa sub-sahariana e del Sud-est asiatico hanno un’immunità preesistente all’Ad26, il che significa che il vaccino potrebbe non funzionare bene per queste persone.

Alcuni laboratori hanno cercato di evitare del tutto il problema dell’immunità preesistente usando adenovirus che normalmente non infettano l’uomo ma infettano i nostri parenti più stretti, le scimmie. All’inizio degli anni 2000, James M. Wilson[11] e il suo gruppo della Pennsylvania State University iniziarono a cercare adenovirus di scimpanzé, che i ricercatori isolarono dalle feci dell’animale. Poco dopo Wilson iniziò la collaborazione con Ertl, del Wistar Institute (v. nota 8), per studiare gli adenovirus di scimpanzé come nuovo vettore adenovirale.

Anche Stefano Colloca, già ricercatore della Merck a Roma, co-fondatore dell’impresa italiana Okairos, che ha sconfitto l’ebola sui macachi, si concentrò sullo sviluppo di vettori adenovirali di scimpanzé che assomigliavano molto all’Ad5 umano, instaurando una collaborazione con il Jenner Institute di Oxford. Il gruppo di Oxford ha utilizzato uno dei vettori derivati ​​dallo scimpanzé di Okairos per sviluppare un vaccino contro la malaria, che è diventato il primo vettore derivato da scimpanzé a essere testato sull’uomo.

Nel 2012, il gruppo di Oxford ha sviluppato il vettore chiamato ChAdOx1, basato su un adenovirus scoperto proprio nelle feci di scimpanzé. Nel 2016, il team di Oxford insieme all’affiliata compagnia Vaccitech (v. nota 4) ha sviluppato vaccini sperimentali per una serie di malattie, tra cui AIDS, malaria, tubercolosi e la sindrome respiratoria del medio oriente, causata dal coronavirus MERS-CoV[12].

Nel 2018 è stato condotto un piccolo studio sulla sicurezza del vaccino MERS. I risultati, pubblicati ad aprile, hanno mostrato che la maggior parte delle 24 persone coinvolte nello studio di caso avevano ancora cellule T che colpivano il virus MERS 12 mesi dopo una singola iniezione del vaccino. Avevano anche livelli elevati di anticorpi un anno dopo. Ma solo circa la metà delle persone che hanno ricevuto la dose più alta del vaccino aveva anticorpi che hanno neutralizzato il virus MERS negli esperimenti di laboratorio.

Il lavoro sul MERS ha permesso al gruppo di Oxford di muoversi rapidamente per un vaccino anti-COVID-19, che essenzialmente scambia le istruzioni genetiche per la proteina di superficie del virus SARS-CoV-2. Per migliorare il processo di produzione del suo vaccino, Oxford ha richiesto l’aiuto di MilliporeSigma, che fornirà attrezzature a più produttori a contratto che potrebbero sviluppare collettivamente decine di milioni di dosi del vaccino.

Ricercatori dell’Università di Oxford e di MilliporeSigma al lavoro per migliorare il vaccino vettoriale adenovirale di scimpanzé per COVID-19. Credit Millipore Sigma

Nel luglio 2019, Okairos, trasformatasi in una società chiamata ReiThera[13], di cui Stefano Colloca[14] è responsabile dello sviluppo tecnologico, ha in programma di avviare una sperimentazione clinica del proprio vaccino anti-COVID-19, basato su un adenovirus scoperto nelle feci di gorilla.

Stefano Colloca

Il più grande svantaggio dei vaccini vettoriali adenovirali da grandi scimmie potrebbe essere la loro mancanza di test precedenti sull’uomo. Prima della pandemia da coronavirus, il vettore ChAdOx1 di Oxford era stato somministrato solo a circa 320 persone e il nuovo vettore derivato da gorilla di ReiThera non era mai stato testato sull’uomo.

Sebbene l’immunità preesistente possa limitare l’efficacia dei vaccini basati su Ad5 e Ad26, almeno i genetisti hanno un’idea migliore sulla sicurezza dei loro vettori.

Tuttavia, mentre la maggior parte degli studiosi sul vaccino concorda sul fatto che i vaccini vettoriali adenovirali sono molto efficaci per stimolare l’immunità delle cellule T, non sono d’accordo su quanto sarà importante per prevenire la COVID-19. La maggior parte della ricerca si è concentrata sulla risposta anticorpale del sistema immunitario al virus. I vaccini vettoriali adenovirali possono indurre risposte anticorpali, ma di solito non sono così efficaci come quelli provocati da vaccini più tradizionali.

Gli scienziati seguiranno da vicino gli studi sui vaccini vettoriali adenovirali nei prossimi mesi per vedere come si confrontano con i vaccini mRNA e DNA per la COVID-19. Se i risultati preliminari saranno promettenti e tutto procederà alla perfezione, un numero limitato di vaccini potrebbe essere disponibile per gruppi selezionati – come gli operatori sanitari – già in autunno. Molte aziende sperano che un numero maggiore di vaccini sarà disponibile per tutto il 2021.

*Adattato e ampliato da: Ryan Cross, Adenoviral vectors are the new COVID-19 vaccine front-runners. Can they overcome their checkered past?, C&EN news, May 12, 2020

[1] CanSino Biologics Inc. (Tianjin, Cina) è una società biofarmaceutica innovativa dedicata all’esplorazione delle migliori soluzioni per la prevenzione delle malattie attraverso la ricerca e lo sviluppo all’avanguardia, la produzione avanzata e la commercializzazione di prodotti vaccinali innovativi per uso umano in tutto il mondo.

[2] Johnson & Johnson è una multinazionale americana fondata nel 1886 che sviluppa farmaci, dispositivi medici, prodotti per automedicazione e igiene personale. Molto nota per i suoi prodotti destinati all’igiene della prima infanzia.

[3] I vettori virali sono supramolecole comunemente usate dai biologi molecolari per trasportare materiale genetico nelle cellule. Questo processo può essere eseguito in coltura cellulare (in vitro) o all’interno di un organismo vivente (in vivo).  Gli adenovirus (Adenoviridi) sono una famiglia di virus di dimensioni medie il cui genoma è costituito da DNA lineare a doppio filamento, e i cui membri presentano simmetria icosaedrica e sono privi di rivestimento lipidico (analogamente al SARS-CoV-2).

[4] Vaccitech è un’azienda commerciale spin-out sviluppata dal Jenner Institute dell’Università di Oxford, uno dei più prestigiosi centri di ricerca al mondo sui vaccini.

[5] AstraZeneca è un’azienda globale biofarmaceutica britannica operante nella ricerca scientifica, nello sviluppo e nella commercializzazione di farmaci con obbligo di prescrizione medica per patologie cardiovascolari, metaboliche, respiratorie, infiammatorie, autoimmuni, oncologiche, infezioni e disturbi del sistema nervoso centrale.

[6] Moderna Inc. è una società di biotecnologia con sede a Cambridge (Massachusetts, USA) specializzata nella scoperta e nello sviluppo di farmaci basati sull’RNA messaggero

[7] Le cellule T sono un tipo di linfociti, che si sviluppano nella ghiandola del timo (da cui il nome) e svolgono un ruolo centrale nella risposta immunitaria. Sono distinti dagli altri linfociti, quali i linfociti B, per la presenza di uno specifico recettore presente sulla loro superficie chiamato recettore delle cellule T (T cell receptor, TCR).

[8] Il Wistar Institute è un istituto di ricerca indipendente senza scopo di lucro nella scienza biomedica, con una competenza specifica in oncologia, immunologia, malattie infettive e ricerca sui vaccini. Situato nell’University City di Filadelfia.

[9] Dan Barouch è un medico, immunologo e virologo americano. È noto per il suo lavoro sulla patogenesi e l’immunologia delle infezioni virali e lo sviluppo di strategie vaccinali per le malattie infettive globali.

[10] Entrambe multinazionali per la produzione e la distribuzione di prodotti farmaceutici.

[11] James M. Wilson, professore di Medicina alla Penn Stat University è ricercatore biomedico con esperienza nella terapia genica.

[12] La sindrome respiratoria mediorientale (dall’inglese Middle East Respiratory Syndrome) è una patologia causata dal coronavirus MERS-CoV.

[13] ReiThera è un consorzio europeo costituito con la tedesca Leukocare di Monaco e Univercells di Bruxelles, dedicato allo sviluppo e alla produzione di prodotti biofarmaceutici basati su tecnologie geniche per terapie avanzate, al fine di prevenire e curare diverse malattie gravi o potenzialmente letali.

[14] Stefano Colloca ha decenni di esperienza nella ricerca e sviluppo dei virus genetici, con pubblicazioni su Nature Medicine ed England Journal of Medicine, e inventore, in collaborazione con il National Institute of Health americano, del brevetto del vaccino contro Ebola, quando l’azienda si chiamava Okairos.

Non è una guerra

In evidenza

 Salvatore Coluccia

Non è una guerra. Pochi resistono a questa tentazione iperbolica. In guerra, e noi siamo generazioni fortunate in questa parte del mondo, puoi essere ucciso da altri uomini e tu stesso puoi trovarti nella necessità di farlo. Qui è diverso, e non basta evocare il “nemico invisibile” per chiamarla guerra. Per quanto possa apparire inessenziale e leziosamente nominalistico, si deve riconoscere che è cosa diversa, altrimenti si rischia di deviare l’attenzione dalla ricerca delle cause e dalla costruzione di percorsi utili a ridurre i danni e, persino, attivare processi virtuosi.

È una epidemia, anzi, per la sua estensione, una pandemia scatenata da un virus che ha fatto un salto di specie passando da animali selvatici all’uomo. Ciò è avvenuto infinite volte. Quasi tutte le epidemie derivano da questi processi da sempre presenti in natura, da prima che apparisse l’uomo, trasferimenti di virus e batteri tra le specie esistenti nelle varie fasi di sviluppo e diversificazione delle forme di vita.

Tutto questo è noto ed è stato descritto molto bene da tanti scienziati e anche da alcuni giornalisti, e non saprei dire di più. E’ confortante la attenzione crescente alle informazioni scientifiche, fatto, finora, purtroppo inconsueto nel nostro Paese.

Voglio soffermarmi solo su alcuni aspetti, che rendono più comprensibile il presente e fanno pensare che il futuro potrebbe essere diverso.

Gli eventi epidemici sono prevedibili, e sono stati previsti, come segnalato infinite volte dai virologi. Non si può prevedere quando e dove, ma si sa che di queste epidemie in questi ultimi decenni ne sono scoppiate molte, con cadenze che tendono a ravvicinarsi. Alcune con sintomi e letalità spaventose, ma non sempre, fortunatamente, con grande capacità di trasmissione.

Proprio per questo l’Organizzazione Mondiale della Sanità e tutte le agenzie nazionali hanno, con regolarità, emesso delle linee guida per indicare alle autorità (Governi in primo luogo) preposte alla salute pubblica come attrezzarsi, indicando quali scorte di presidi sanitari predisporre, i comportamenti sociali e individuali da adottare, l’organizzazione delle strutture sanitarie ospedaliere e territoriali.

Tutto questo non eviterebbe le epidemie, ma ne ridurrebbe l’impatto garantendo reazioni tempestive.

Tutte le raccomandazioni sono state disattese in tutti i Paesi (con pochissime eccezioni), anche in Italia, e ciò si è aggiunto a un progressivo pluridecennale de-finanziamento del sistema della Sanità Pubblica, che tuttavia ancora in queste circostanze si è dimostrato l’unico presidio possibile in emergenze di queste dimensioni.

Così come non credo alla guerra, non credo agli eroi. I nostri operatori ospedalieri e territoriali sono stati “semplicemente” straordinari, così come lo sono stati in tutti questi anni di tagli dissennati, evitando il collasso del sistema e garantendo, nonostante tutto, un diritto universale quale è la Salute.https://sbilanciamoci.info/gli-investimenti-pubblici-nella-sanita-italiana-2000-2017/

Ma se questo è quanto è avvenuto, come può essere il futuro?

Fra i tanti, due aspetti meritano attenzione.

Il primo è un effetto purtroppo certo di questa pandemia: l’aumento delle diseguaglianze. Aumenteranno i disoccupati, i poveri, le differenze a scuola penalizzando chi non ha accesso alle tecnologie digitali e ha nella scuola anche un luogo, magari l’unico, di sicurezza e assistenza.

Il secondo è l’enorme quantità di risorse finanziarie che ora vengono messe in campo per garantire una adeguata capacità di spesa delle famiglie e una possibile ripresa di attività produttive. In altri paesi pare che siano ancora maggiori, ma comunque qui in Italia sono certamente grandi.

Sembra quasi che si stia o si intenda ora riversare nei vari settori e in vari modi quanto negli anni passati era stato sottratto alla Sanità, alla Scuola, alla Sicurezza Sociale, alle Opere Pubbliche per infrastrutture materiali (trasporti, strade, edilizia scolastica e ospedaliera, ecc.) e immateriali (accesso alle reti digitali), protezione del Territorio e Ambiente. Forse finalmente possiamo farci un’idea concreta di quanto ci sono costati quei presunti “risparmi” che, in realtà, altro non erano che alcuni tra gli strumenti di redistribuzione di ricchezza e di sua concentrazione in fasce sempre più ristrette di popolazione. Ricordiamolo, l’Italia è tra i Paesi in cui il divario tra ricchi e poveri è tra i più drammatici ed è crescente.

Non si può fare un corto circuito tra questi due temi, diseguaglianze e destinazione delle risorse? Certamente si può, e già si comincia forzatamente a farlo. L’assunzione di decine di migliaia di medici e infermieri, gli annunciati concorsi per insegnanti nelle scuole sono ottimi segnali. Permetteranno di immettere giovani appena formati e stabilizzare dipendenti che da anni sono in situazioni di demotivante precarietà. E’ questa la strada giusta.

Scuola, Formazione, Università e Ricerca

Salute

Ambiente e Territorio

Infrastrutture Materiali e Digitali

non sono solo Beni Comuni e di Valore Universale, sono anche le grandi occasioni di creazione di posti lavoro, le sole che potranno stabilmente accrescere l’occupazione e contemporaneamente dare concrete motivazioni per una coesione sociale che si è progressivamente smarrita a causa della precarietà delle condizioni di vita, colpevolmente aggravate da scellerate e divisive politiche del lavoro.

Queste sono scelte che si può decidere di adottare.

Ma sono appunto scelte, e come tali non includono tutto. Includono giustizia, solidarietà, parsimonia, sviluppo sostenibile.

Escludono avidità, ma includono un possibile Futuro, quasi certamente l’unico Futuro possibile.

Non tutto il male vien per nuocere

In evidenza

Luigi Campanella, già Presidente SCI
Aule virtuali più affollate delle tradizionali, lauree via Skype; abilitazione anticipata per i medici: tutte modalità nuove della vita universitaria in difesa dalla pandemia da coronavirus.
Oltre all’interazione diretta telematica fra docenti e discenti si utilizzano anche i MOOC, materiale interattivo scaricato dagli studenti che poi si confrontano con il corpo docente. Questo cambiamenti ha riguardato tutto il nostro Paese con gli Atenei che da Nord a Sud hanno saputo attrezzarsi.
Questa contingenza ha avuto una ricaduta importante per 1000 infermieri che hanno potuto laurearsi a favore della richiesta pressante degli ospedali di disporre di forze lavoro aggiuntive per rispondere all’emergenza.
Si sta sperimentando una nuova forma di comunità universitaria che ci fa scoprire potenzialitá mai viste prima. Il rischio è che Internet finisca per superare e sostituire la forza sociale generata dalla frequentazione fisica degli atenei con la discussione ed il confronto.
Bisogna perciò avere la capacità di integrare l’aula fisica con quella virtuale: questa è la prospettiva futura per raggiungere anche chi non può essere presente fisicamente per un qualsiasi impedimento dando all’università strumenti preziosi di socialitá. La pandemia lascia questa innovazione in ereditá: sta a noi non farla spengere.
Se saremo buoni studenti il covid19 oltre a tanti morti e tanti infettati ci avrà insegnato qualcosa.
Basta vedere anche l’abbattimento dell’inquinamento,la riappropriazione da parte degli animali della natura, la drastica diminuizione del rumore per comprendere quali trasformazioni positive stiamo vivendo in questi giorni oltre la tristezza, il dolore e la preoccupazione.
La visione spaziale della nostra terra ed in particolare del nostro Paese fornisce nelle meteomappe colori sempre più vicini al verde blu e sempre più lontani dal temuto giallo e dal temutissimo rosso. In corrispondenza l’aria della pianura padana è anomalmente trasparente, nelle nostre città sono arrivati gli animali in cerca di cibo: li vediamo passeggiare nel silenzio delle nostre strade dove fino a due mesi fa dominavano il traffico, la confusione, il frastuono.
Nel porto di Cagliari sono ricomparsi i delfini, nei parchi milanesi le lepri, nella laguna di Venezia i pesci che nuotano.
E’recente l’immagine di una famiglia di paperi a passaggio per una Firenze silenziosa e rarefatta.
Lo stesso fenomeno si registra nel resto del mondo: cervi nelle città giapponesi, tacchini nelle città californiane, i procioni sulle spiagge panamensi, perfino elefanti in città cinesi.
Avremo imparato la lezione? Le lepri, i procioni, le papere c’erano pure prima, ma noi abbiamo negato loro qualsiasi spazio al di fuori delle loro tane: vorremo riprenderci gli spazi prestati dimostrando di non avere capito la lezione?
A proposito del prima e del dopo riflettevo alcuni giorni fa alla realtà del prima a confronto di questa fase della nostra vita, pensando anche al dopo. Eravamo immersi in una realtá sempre più fluida con cambiamenti continui, provvisorietà di legami e situazioni, mancanza di certezze e di riferimenti.
Dinnanzi alla precarietà del quotidiano anche noi siamo diventati liquidi, ci siamo adattati ad ogni situazione e contingenza e riciclati in lavori diversi e spesso estemporanei che diluiscono emozioni e sentimenti.
Anche i valori e gli ideali così divengono effimeri ed inconsistenti sovrastati da una scelta verso la flessibilità e la velocità di adattamento; tutto ciò che ci lega alla nostra identità ed alle nostre radici viene considerato un ostacolo al cambiamento ed un fardello di cui liberarsi.
Questo era il prima: non posso credere, anche se mi farebbe piacere pensare che sia vero, che la pandemia abbia rimesso le cose a posto, ma di certo è stato un sano bagno nei valori della solidarietà, dell’amore per la nostra terra, della famiglia, della responsabilità sociale, del lavoro per gli altri. Speriamo anche in questo caso che il dopo non sia uguale al prima.

Ancora coronavirus ed acque di scarico.

In evidenza

Rinaldo Cervellati.

L’amico ed esperto Mauro Icardi ha già affrontato in dettaglio questo argomento sul blog, (https://ilblogdellasci.wordpress.com/2020/04/15/monitoraggio-del-coronavirus-delle-acque-reflue/ ed ancora https://wp.me/p2TDDv-4vU).

Ora anche negli USA arriva la notizia che il virus SARS-CoV-2, responsabile del COVID-19, è stato trovato nelle acque reflue, pertanto l’epidemiologia basata sulle acque reflue potrebbe essere un modo efficace per valutare l’estensione del contagio in una popolazione (Celia H. Arnaud, Novel coronavirus found in surprisingly high levels in sewage, Chem. & Eng. News, 20 aprile 2020).

L’epidemiologia delle acque reflue è comunemente usata per monitorare l’uso di droghe in una comunità, ma può anche fornire informazioni sulla diffusione di un’infezione quando i test vengono opportunamente impiegati. Un gruppo di ricerca, coordinato da Eric J. Alm del Massachusetts Institute of Technology e Biobot Analytics[1] hanno utilizzato la reazione a catena della polimerasi per trascrizione inversa (RT-PCR) per monitorare il virus SARS-CoV-2 nelle acque di un impianto di trattamento delle acque reflue nel Massachusetts.

Eric J. Alm

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sul server di prestampa medRxiv (2020, DOI: 10.1101/2020.04.05.20051540 [1]), quindi lo studio non è stato ancora sottoposto a revisione (peer review).

Il gruppo di ricerca ha analizzato quattro campioni prelevati antecedentemente al primo caso statunitense noto di COVID-19 e tutti sono risultati negativi per il virus. Per contro, i 10 campioni prelevati tra il 18 marzo e il 25 marzo sono risultati positivi per SARS-CoV-2, a livelli superiori a quelli previsti dai ricercatori in base al numero di casi confermati. Essi hanno usato il sequenziamento diretto del DNA per verificare che i prodotti RT-PCR provenissero effettivamente dal SARS-CoV-2. Ma sono necessarie ulteriori informazioni, come la quantità di virus nelle feci di pazienti positivi nel corso della malattia, per interpretare appieno i risultati.

Kevin Thomas, un epidemiologo dell’Università del Queensland (Australia) afferma “l’analisi delle acque reflue “potrebbe essere utilizzata per stabilire se COVID-19 ha infettato una comunità e valutare il momento in cui la comunità sarà relativamente libera dal virus, l’approccio dovrebbe comunque essere usato in combinazione con test individuali”.

Kevin Thomas e il suo gruppo di ricerca.

Secondo Marianna Mathus, Amministratore Delegato di Biobot, la Compagnia sta ricevendo campioni settimanali da oltre 100 impianti di trattamento negli Stati Uniti.

[1] https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.04.05.20051540v1

Al link si trova subito l’avviso: Questo articolo è una prestampa e non è stato sottoposto a revisione. Riporta nuove ricerche mediche che devono ancora essere valutate e quindi non dovrebbero essere utilizzate per la pratica clinica.

[1] Biobot Analytics è una Società di epidemiologia delle acque reflue che sta trasformando le sue infrastrutture in osservatorio di sanità pubblica.

Ciclo idrico e coronavirus: qualche informazione in più

In evidenza

Mauro Icardi

L’epidemia di coronavirus sta occupando le prime pagine dei giornali e dei media. Il gran flusso di informazioni a cui siamo sottoposti, gli ancora tanti interrogativi legati a questa situazione, purtroppo possono generare un diffuso senso di incertezza, se non propriamente di ansia.

L’Istituto superiore di Sanità, ha pubblicato sul proprio sito alcuni rapporti tecnici, che possono aiutare a comprendere la situazione. L’iniziativa certamente opportuna può essere un argine al consueto dilagare di inesattezze e fake news.

Flusso dei patogeni potenziali nel ciclo idrico integrato.

Un semplice schema a blocchi del ciclo idrico è questo:

1 Le acque destinate al consumo umano vengono sottoposte ad una serie di processi di trattamenti fisico-chimici per rimuovere i contaminanti, compresi i virus potenzialmente presenti in captazione. L’analisi di rischio effettuata secondo il modello “Water safety plan” esamina preventivamente gli eventi pericolosi e i pericoli in ogni fase del trattamento.

2 Dopo l’utilizzo per gli usi domestici consueti, i virus escreti con feci, urine, vomito, saliva o secrezioni respiratorie entrano nel sistema fognario.

3 I virus vengono trasportati attraverso il sistema fognario verso l’impianto di trattamento delle acque reflue, dove l’esposizione attraverso aerosol è limitata a operatori professionali adeguatamente protetti attraverso dispositivi di protezione individuale (DPI). C) I virus che entrano nell’impianto di depurazione vengono generalmente inattivati dai processi di trattamento fisici, biologici

4 I trattamenti delle acque reflue generano fanghi di depurazione che vengono smaltiti nel rispetto delle normative vigenti. L’esposizione in fase di gestione e movimentazione fanghi è limitata a operatori professionali protetti.

I virus trasmissibili per via idrica sono principalmente virus e che sono stati rilevati, monitorati e studiati in passato, e sono quelli del genere Adenovirus, Enterovirus , Virus dell’epatite (di solito di tipo A e B).

Negli ultimi decenni, l’attenzione si è rivolta anche ai virus, responsabili prevalentemente di malattie respiratorie. Questi virus, al contrario dei virus “nudi”, presentano un involucro esterno, composto da un doppio strato di fosfolipidi e glicoproteine. I due gruppi principali di virus che potrebbero rappresentare motivo di preoccupazione per il ciclo idrico integrato appartengono alle famiglie Orthomyxoviridae (virus dell’influenza) e Coronaviridae (SARS e MERS coronavirus).

Per questo tipo di virus non vi sono ad oggi evidenze di una trasmissione per via idrica. Ne è però accertata e dimostrata la presenza nelle feci, urine ed escreti dei pazienti con infezione.

La sopravvivenza di questi tipi di virus con rivestimento esterno, è significativamente inferiore rispetto ai virus non provvisti di rivestimento esterno ( i cosiddetti virus “nudi”).

Al momento non esistono ancora dati specifici sulla sopravvivenza del virus SARS-CoV-2 nelle acque, ma l’ipotesi è che il virus possa disattivarsi in tempi significativamente più rapidi rispetto ai virus enterici a tipica trasmissione idrica. Questi ultimi da sempre sono adeguatamente gestiti nell’ambito della filiera dell’intero ciclo idrico. Studi per valutare la reale sopravvivenza del virus nelle acque reflue, sono in fase di attivazione proprio in questi giorni.

In base agli studi effettuati sul SARS-CoV , responsabile dell’epidemia di SARS del 2003 ,si è visto che questi tipi di virus restavano infettivi fino a 2 giorni a temperatura ambiente (20°C) nei reflui urbani, nei reflui ospedalieri e nell’acqua di rubinetto declorata, mentre potevano persistere fino a 14 giorni in queste matrici a 4°C. Ciò porta a considerare che la temperatura possa avere un ruolo significativo sulla stabilità del virus negli ambienti idrici.

Considerazioni generali e tecniche.

I regolamenti dei servizi idrici integrati prevedono che le acque provenienti da ospedali e case di cura siano generalmente sottoposte, su indicazione delle Autorità competenti, ad adeguati trattamenti preliminari prima di confluire in fognatura per evitare il diffondersi di eventuali patogeni.

Quando il virus è collettato in impianti di depurazione centralizzati, subisce normalmente fenomeni di competitività tramite antagonismo con gli altri microrganismi presenti nel fango attivo.

Alcuni studi riportano inoltre in che misura il SARS-CoV-1 è suscettibile ai disinfettanti (cloro e biossido di cloro) che si dimostrano in grado di disattivare completamente il virus a concentrazione e in tempi inferiori (es. 10 mg/L di cloro per 10 minuti; cloro libero residuo 0,5 mg/L) a quelli richiesti per abbattere le concentrazioni dei tradizionali indicatori batterici di contaminazione fecale (Escherichia coli), utilizzati per la valutazione della qualità microbiologica delle acque secondo le normative attualmente in vigore. Quindi il trattamento di disinfezione terziario è adatto ad eliminare il virus.

Relativamente al trattamento dei fanghi per essere ritenuto efficace deve garantire una sostanziale riduzione di densità dei patogeni presenti e l’assenza di fenomeni di ricrescita microbica. La riduzione microbica conseguita dal trattamento dipende da fattori di processo quali la temperatura, disponibilità di acqua libera e il pH. Per i virus, i fattori che maggiormente influenzano la sopravvivenza sono l’esposizione al calore, il livello di disidratazione, l’antagonismo microbico, l’irraggiamento e il pH. Pertanto, per l’inattivazione del materiale virale infetto, sono particolarmente efficaci trattamenti quali la digestione termofila, la pastorizzazione, il trattamento con calce, il trattamento termico.

Su questa strada si stanno muovendo molte delle aziende di gestione del ciclo idrico. Su questo blog se ne è parlato molto.

Considerazioni conclusive.

In base alle conoscenze disponibili si può ragionevolmente supporre che il ciclo idrico sia in grado di continuare a fornire acqua di qualità, a depurare efficacemente le acque reflue, e a minimizzare i rischi di probabile diffusione del virus. Sostanzialmente utilizzando al meglio le tecnologie esistenti, e implementando i piani di sicurezza delle acque, in costante coordinamento con le autorità preposte, tra cui proprio l’istituto superiore di sanità.

Lo stesso Istituto nelle conclusioni del suo rapporto tecnico dedicato alle acque destinate al consumo umano, sintetizza alcune criticità e propone valutazioni, che a suo tempo avevo già sottolineato nei miei articoli. Dico questo non per un malinteso senso di superbia, ma semplicemente perché questo tipo di valutazioni mi nascono dall’esperienza di lavoro.

Per questa ragione voglio riportare integralmente queste conclusioni dal rapporto tecnico dell’Istituto Superiore di Sanità, evidenziando i temi che ritengo prioritari. Non solo per la gestione dell’emergenza odierna, ma anche per la gestione ordinaria del futuro. Con l’intento anche di fornire delle informazioni a chi non è del mestiere. La gestione del ciclo idrico è definita attività di pubblico servizio, non interrompibile. Fornire informazioni fa parte dei doveri di chi svolge questo lavoro.

Conclusioni

Sulla base delle evidenze attualmente disponibili in merito alle condizioni di emergenza dovute alla diffusione del virus SARS-CoV-2, acqua e servizi igienico-sanitari possono essere desunti alcuni elementi conclusivi, da aggiornare comunque sulla base dell’evoluzione dello stato delle conoscenze:

Per quanto attualmente noto, le acque destinate a consumo umano sono sicure rispetto ai rischi di trasmissione di COVID-19, sulla base delle evidenze note per virus maggiormente resistenti del SARS-CoV-2, e delle misure di controllo multibarriera (protezione delle risorse idriche captate, trattamento delle acque, disinfezione, monitoraggio e sorveglianza) validate nella filiera idro-potabile. Il virus non è mai stato ad oggi rilevato in acque destinate al consumo umano.

Nell’ambito della filiera idro-potabile esistono tuttavia alcuni rischi indirettamente correlati all’emergenza pandemica e al lockdown che potrebbero avere un impatto sulla qualità dell’acqua e la continuità dell’approvvigionamento e dovrebbero essere affrontati aggiornando i modelli di prevenzione dei piani di sicurezza dell’acqua da parte dei gestori e delle autorità di prevenzione e controllo. Alcune di queste misure di prevenzione sono applicabili anche agli altri sistemi del ciclo idrico integrato, in particolare per fognatura e depurazione. Di particolare criticità sono gli incrementi dei consumi locali che, in sinergia con la straordinaria siccità in corso che sta compromettendo la ricarica di molti acquiferi, può configurare restrizioni di approvvigionamento idrico e turnazioni di servizio in alcune aree con impatti anche sanitari, soprattutto con il perdurare del lockdown.

Virus in forma infettiva è stato rivelato nelle feci di pazienti di COVID-19. In considerazione delle evidenze epidemiologiche occorse per il SARS-CoV (2003), un rischio di trasmissione fecale-orale, può sussistere in circostanze in cui le reti di fognatura siano inadeguate e, soprattutto, in possibile connessione con sistemi a rischio di dispersione di aerosol. Rischi specifici si potrebbero ravvisare in particolare in condizioni di pompaggio e spurgo di reflui, quando si configura esposizione di soggetti diversi dagli operatori professionali, come pure in circostanze in cui le reti di acque reflue possano contaminare l’acqua potabile, ad esempio, per rotture delle tubature. Gli eventi di rotture, soprattutto in reti non in pressione, risultano particolarmente critici e devono essere rapidamente intercettati (anche grazie alla “distrettualizzazione” delle reti) e gestiti in sicurezza, anche con aumenti dei trattamenti di disinfezione, ove necessario.

Le correnti pratiche di depurazione sono efficaci nell’inattivazione del virus, dati i tempi di ritenzione che caratterizzano i trattamenti, uniti a condizioni ambientali che pregiudicano la vitalità dei virus (luce solare, livelli di pH elevati, attività biologica). La fase finale di disinfezione consente inoltre di ottimizzare le condizioni di rimozione integrale dei virus prima che le acque depurate siano rilasciate nell’ambiente. Disposizioni specifiche sono state anche elaborate per la gestione dei fanghi di depurazione nell’ambito della fase emergenziale di pandemia.

Le disposizioni e le pratiche correnti rispetto alla protezione per l’esposizione sia degli operatori dei servizi di gestione del ciclo idrico integrato che per la sorveglianza sono adeguati anche rispetto ai possibili rischi infettivi per COVID-19.

In conclusione, l’analisi di rischio di esposizione a SARS-CoV-2 attraverso l’acqua e i servizi igienici indica che sussistono allo stato attuale elevati livelli di protezione della salute.

Tuttavia, analogamente a quanto si osserva per la contaminazione dovuta a altri agenti chimici e patogeni, gli eventi pericolosi critici correlati alla possibile diffusione dell’infezione COVID-19 attraverso l’esposizione a matrici idriche (acque reflue, acque superficiali usate per la balneazione o per fini irrigui, approvvigionamenti idrici autonomi) vanno individuati nelle circostanze di mancanza o inefficienza dei servizi di depurazione che potrebbero comportare la diffusione di SARS-CoV-2 nell’ambiente.

Le autorità di sorveglianza dovranno quindi incentrare ogni attenzione sulla possibile esistenza di emissioni e scarichi illeciti di reflui da abitazioni e nuclei urbani.

La mia conclusione personale è questa: ho scritto decine di volte che occorreva vedere i problemi in un’ottica complessiva. Che era necessario avere coscienza dei problemi interconnessi nella gestione dell’acqua. Problemi ambientali e di scarsità. Problemi di approccio per quanto possibile affrontati con razionalità e criterio. Non è noto sapere quanto tempo impiegheremo ad uscire dalla fase acuta dell’emergenza. Ma mi auguro davvero che dopo questa vicenda inizieremo ad avere approcci totalmente diversi ai veri problemi che incidono sulla nostra vita, ancor più ed ancor prima che del nostro benessere. Che dovremo pensare come un benessere di vita, e non di consumismo acritico ed esasperato. Dovremo davvero ripensare alle nostre priorità. L’acqua è un bene universale, l’acqua è vita, restano slogan vuoti, se non sono accompagnati da un’azione ed uno sforzo costanti. In passato si sono migliorate le condizioni igienico sanitarie di metropoli come Londra e Parigi proprio con lo sviluppo dei moderni sistemi fognari. Abbiamo capito che il virus non ci permette nessuna distrazione, nessuna superficialità. Proprio per la sua stessa natura. Adattamento significa anche questo. Non penso che sarà facile per svariate ragioni. Alcune più antropologiche, che tecniche. Legate alla nostra intrinseca inerzia, alla scarsa capacità di pensare e pianificare oltre il “proprio particulare” di guicciardiniana memoria. Ma non possiamo più temporeggiare. Oltre a questo auspico che si dia il giusto peso e i necessari finanziamenti alle attività di ricerca. Perché la conoscenza è l’approccio più razionale che possiamo avere. E lo dico da tecnico, e non da ricercatore.

Per approfondimenti consiglio la lettura dei rapporti tecnici sul sito dell’Istituto superiore di Sanità.

https://www.epicentro.iss.it/coronavirus/sars-cov-2-rapporti-tecnici-iss

SARS-COV-2. 1. Come è fatto, come agisce …..

In evidenza

Claudio Della Volpe

Il Coronavirus SARS-COV-2. 1.

Come è fatto, come agisce sulla cellula e quanto resiste sulle superfici

Qualche riflessione guardando la letteratura che è spesso libera, come dovrebbe essere sempre ed in continua evoluzione.

La struttura del Coronavirus

https://www.unisr.it/news/2020/3/viaggio-al-centro-del-virus-come-e-fatto-sars-cov-2

Glicoproteina S (“spike”): il virus mostra delle proiezioni sulla propria superficie, della lunghezza di circa 20 nm. Tali proiezioni sono formate dalla glicoproteina S (“spike”, dall’inglese “punta”, “spuntone”). Tre glicoproteine S unite compongono un trimero; i trimeri di questa proteina formano le strutture che, nel loro insieme, somigliano a una corona che circonda il virione. Le differenze principali di questo nuovo Coronavirus rispetto al virus della SARS sembrano essere localizzate proprio in questa proteina spike. La glicoproteina S è quella che determina la specificità del virus per le cellule epiteliali del tratto respiratorio: il modello 3D infatti suggerisce che SARS-CoV-2 sia in grado di legare il recettore ACE2 (angiotensin converting enzyme 2), espresso dalle cellule dei capillari dei polmoni e di altri organi. Ogni monomero della proteina S trimerica è di circa 180 kDa e contiene due subunità, S1 e S2, rispettivamente l’attacco mediatore e la fusione di membrana.

  • Proteina M: la proteina di membrana (M) attraversa il rivestimento (envelope) interagendo all’interno del virione con il complesso RNA-proteina
  • Dimero emagglutinina-esterasi (HE): questa proteina del rivestimento, più piccola della glicoproteina S, svolge una funzione importante durante la fase di rilascio del virus all’interno della cellula ospite
  • Proteina E: l’espressione di questa proteina aiuta la glicoproteina S (e quindi il virus) ad attaccarsi alla membrana della cellula bersaglio
  • Envelope: è il rivestimento del virus, costituito da una membrana che il virus “eredita” dalla cellula ospite dopo averla infettata (il suo materiale è complesso si veda il link appresso)
  • RNA e proteina N: il genoma dei Coronavirus è costituito da un singolo filamento di RNA a polarità positiva di grande taglia (da 27 a 32 kb nei diversi virus); non sono noti virus a RNA di taglia maggiore. L’RNA dà origine a 7 proteine virali ed è associato alla proteina N, che ne aumenta la stabilità.

https://www.cusabio.com/2019-novel-coronavirus.html

Il virus ha un diametro da 75 a 160 nanometri e il genoma del virus è un RNA lineare continuo a singolo filamento lungo attorno a 30kbasi (dato che una base pesa 100-150 Da, abbiamo più di 3 MDa) ci sono in media una sessantina di spike per ogni virione ed ogni spike pesa attorno a  600 KDa; dal solo volume il peso molecolare totale del virus è stimabile attorno a 50-60 MDa. Stiamo parlando dunque di un totale di 10-16 g che stanno mettendo in crisi tutto il pianeta umano.

Si veda anche:

https://virologyj.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12985-019-1182-0  per la struttura dell’envelope che è costituito da specifiche associazioni di due delle proteine del virus almeno fino ai SARS conosciuti prima del SARS-COV-2, ma che potrebbe contenere residui della membrana cellulare; questa struttura è soggetta all’attacco dei disinfettanti e del sapone.

Come il coronavirus SARS-COV-2 attacca la cellula:

https://www.hopkinsmedicine.org/health/conditions-and-diseases/coronavirus/coronavirus-facts-infographic

https://virologyj.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12985-019-1182-0

Fig. 1 Struttura di 2019-nCoV S nella conformazione di prefusione.(A) Schema della struttura primaria 2019-nCoV S colorata per dominio. I domini che sono stati esclusi dal costrutto dell’espressione ectodominio o che non è stato possibile visualizzare nella mappa finale sono di colore bianco. SS, sequenza di segnali; S2 ′, S2 ′ sito di scissione proteasi; FP, peptide di fusione; HR1, ripetizione heptad 1; CH, elica centrale; CD, dominio connettore; HR2, ripetizione heptad 2; TM, dominio transmembrana; CT, coda citoplasmatica. Le frecce indicano i siti di scissione della proteasi. (B) Viste laterali e dall’alto della struttura di prefusione della proteina 2019-nCoV S con un singolo RBD nella conformazione superiore. I due protomeri verso il basso RBD sono mostrati come densità crio-EM in bianco o grigio e il protomero verso l’alto RBD è mostrato in nastri colorati corrispondenti allo schema in (A).

https://www.nature.com/articles/nsmb1123

Il recettore cellulare principale, e forse non unico, sembra il cosiddetto ACE2; cosa è questo recettore presente sulla membrana delle cellule polmonari?

Anzitutto non è da confondere con il recettore ACE; entrambi sono coinvolti nel sistema renina-angiotensina-aldosterone che regola la pressione sanguigna, il volume plasmatico circolante (volemia) e il tono della muscolatura arteriosa attraverso diversi meccanismi. L’angiotensina I viene convertita in angiotensina II dall’enzima di conversione dell’angiotensina (ACE (dall’inglese angiotensin-converting enzyme) presente nei capillari polmonari. L’angiotensina II è un potente peptide vasocostrittore che provoca un restringimento dei vasi sanguigni, con conseguente aumento della pressione sanguigna. Il recettore ACE2 è un enzima attaccato alla superficie esterna (membrane cellulari) delle cellule dei polmoni, delle arterie, del cuore, dei reni e dell’intestino che invece abbassa la pressione sanguigna catalizzando la scissione dell’angiotensina II (un peptide vasocostrittore) in angiotensina (un vasodilatatore). ACE2 funge anche da punto di ingresso nelle cellule di alcuni coronavirus. La versione umana dell’enzima viene spesso definita come hACE2.

https://link.springer.com/article/10.1007/s00134-020-05985-9

https://it.wikipedia.org/wiki/Sistema_renina-angiotensina-aldosterone

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15562-9

Dunque l’attacco del SARS-COV-2 blocca un recettore basico nel controllo di uno dei punti chiave dell’organismo e dato che il nostro organismo è un sistema non una macchina, è ricco di meccanismi di retroazione NON di causa-effetto, esattamente come avviene nella biosfera, e dunque piccole cause hanno grandi effetti.

In una maggioranza dei pazienti (80%) il sistema immunitario si scatena rapidamente in modo specifico bloccando l’invasore e riducendo velocemente gli effetti; mentre in una minoranza di pazienti (20%), con più malattie o con problemi congeniti  l’organismo non è in grado di reagire bene in modo specifico e la situazione evolve verso effetti drammatici; solo in ritardo l’organismo è in grado di produrre una risposta efficace e questa risposta invece di seguire le strade dell’apparato immunitario specifico segue quelle più primitive dell’infiammazione cosiddetta adattativa; queste strade infiammatorie aspecifiche sono molto pericolose, in quanto la risposta è potente ma difficilmente controllabile e l’organismo va in crisi (la cosiddetta “tempesta delle citochine”) i polmoni si riempiono di liquido e si rischia la morte in una elevata percentuale di casi, a causa della risposta dell’organismo.

Dal grafico si vede che la concentrazione del virus diventa alta in ritardo nei pazienti “severi”; questo potrebbe essere un segno diagnostico della crisi in atto.

Recentemente è stata anche scoperta una seconda strada di attacco del virus: è il recettore Dpp4, una serratura molecolare che il virus usa per invaderle. E’ su tutti i tipi di cellule umane ed è lo stesso su cui agiscono molti farmaci anti-diabete; ciò indica che gli stessi farmaci potrebbero essere usati contro Covid-19, almeno nei casi più lievi. Questa notizia è troppo recente per commentarla adeguatamente (https://www.diabetesresearchclinicalpractice.com/article/S0168-8227(20)30375-2/fulltext).

La riproduzione del virus: una polimerasi specifica:

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/04/09/science.abb7498

La struttura della polimerasi del virus nsp-12 a livello atomico è stata pubblicata il 10 aprile su Science, incorporando la zona di attacco del farmaco remdesivir che sembra stia dando buoni risultati.

Quanto sopravvive il coronavirus  sulle superfici esterne?

https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMc2004973

Attenzione alla interpretazione del grafico: esso vi dice come varia la concentrazione del virus sui vari materiali nel tempo; su ogni materiale diverso dalla cellula il virus si degrada; dunque è vero che rimane sulla plastica fino a 80 ore MA la sua concentrazione nel frattempo è diminuita di 1000 volte; dunque nessuna tragedia.

La scala dei tempi è molto più stretta nel caso dell’aria, dunque attenti ai paragoni. La scala verticale è logaritmica, si tratta di un decadimento esponenziale.

Intervista alla prof. Carolyn Machamer, della JHU, una biologa cellulare specializzata nei coronavirus.( trad. C. Della Volpe)

https://hub.jhu.edu/2020/03/20/sars-cov-2-survive-on-surfaces/

Quanto può sopravvivere il virus che causa COVID-19 sulle superfici?

Di Samuel Volkin

Secondo un recente studio pubblicato sul New England Journal of Medicine, SARS-CoV-2, il virus che causa COVID-19, può vivere nell’aria e sulle superfici tra diverse ore e diversi giorni. Lo studio ha scoperto che il virus è praticabile fino a 72 ore su plastica, 48 ore su acciaio inossidabile, 24 ore su cartone e 4 ore su rame. È anche rilevabile nell’aria per tre ore.
Carolyn Machamer, professore di biologia cellulare il cui laboratorio presso la Johns Hopkins School of Medicine ha studiato per anni la biologia di base dei coronavirus, si è unito a Samuel Volkin, candidato MPH / MBA di Johns Hopkins, per una breve discussione di questi risultati e del loro significato nel proteggere dalla diffusione del virus. La conversazione è stata modificata per lunghezza e chiarezza.
Volkin: Secondo questo rapporto, sembra che il virus COVID-19 viva potenzialmente sulla superficie da giorni. Quanto dovremmo preoccuparci del nostro rischio di essere infettati semplicemente toccando qualcosa con cui una persona infetta era in contatto giorni fa?
Machamer: Ciò che sta ricevendo molta stampa e che viene presentato fuori dal contesto è che il virus può durare sulla plastica per 72 ore, il che sembra davvero spaventoso. Ma ciò che è più importante è la quantità di virus che rimane. È inferiore allo 0,1% del materiale virale iniziale. Infezione è teoricamente possibile ma improbabile ai livelli rimanenti dopo alcuni giorni. Le persone hanno bisogno di saperlo.

Cosa hai bisogno di sapere
Centro informazioni COVID-19
Risorse e aggiornamenti per la comunità Johns Hopkins, tra cui guida di viaggio, informazioni sulle operazioni universitarie e suggerimenti per prevenire la diffusione della malattia
Mentre lo studio del New England Journal of Medicine ha scoperto che il virus COVID può essere rilevato nell’aria per 3 ore, in natura, le goccioline respiratorie affondano a terra più velocemente degli aerosol prodotti in questo studio. Gli aerosol sperimentali utilizzati nei laboratori sono più piccoli di quelli che escono da una tosse o da uno starnuto, quindi rimangono nell’aria a livello del viso più a lungo di quanto sarebbero le particelle più pesanti in natura.
Qual è il modo migliore in cui posso proteggermi, sapendo che il virus che causa COVID-19 vive sulle superfici?
È più probabile catturare l’infezione attraverso l’aria se ci si trova accanto a qualcuno infetto piuttosto che al di fuori di una superficie. La pulizia delle superfici con disinfettante o sapone è molto efficace perché una volta che lo strato superficiale oleoso del virus è disattivato, non è possibile che il virus infetti una cellula ospite. Tuttavia, non ci può essere una sovrabbondanza di cautela. Niente di simile è mai successo prima.
Le linee guida del CDC su come proteggersi includono:
• Pulire e disinfettare le superfici con cui molte persone entrano in contatto. Questi includono tavoli, maniglie delle porte, interruttori della luce, controsoffitti, maniglie, scrivanie, telefoni, tastiere, servizi igienici, rubinetti e lavandini. Evitare di toccare le superfici ad alto contatto in pubblico.
• Lavati spesso le mani con acqua e sapone per almeno 20 secondi immediatamente quando torni a casa da un luogo pubblico come la banca o il negozio di alimentari.
• Quando sei in uno spazio pubblico, metti una distanza di sei piedi tra te e gli altri.
• Soprattutto, rimanere a casa se si è malati e contattare il medico.
Si è ipotizzato che una volta che la stagione estiva arriverà e il tempo si riscalderà, il virus non sopravviverà, ma non sappiamo ancora se sia vero. Il tempo o la temperatura interna influiscono sulla sopravvivenza del virus COVID-19 sulle superfici?

Johns Hopkins risponde a COVID-19
Copertura di come la pandemia COVID-19 sta influenzando le operazioni presso la JHU e in che modo gli esperti e gli scienziati Hopkins stanno rispondendo allo scoppio
Non ci sono prove in un modo o nell’altro. La vitalità del virus nell’esposizione al caldo o al freddo non è stata studiata. Ma sottolinea che lo studio del New England Journal of Medicine è stato condotto a temperatura ambiente, 21-23 gradi Celsius.
In che modo il virus che causa COVID-19 si confronta con altri coronavirus e perché stiamo vedendo tanti altri casi?
SARS-CoV-2 si comporta come un tipico coronavirus respiratorio nei meccanismi di base di infezione e replicazione. Ma diverse mutazioni gli consentono di legarsi più stretto al suo recettore ospite e aumentare la sua trasmissibilità, che si pensa lo renda più contagioso.
Lo studio del New England Journal of Medicine suggerisce che la stabilità della SARS-CoV-2 è molto simile a quella della SARS-CoV1, il virus che ha causato l’epidemia globale di SARS 2002-2003. Ma i ricercatori ritengono che le persone possano trasportare alte cariche virali di SARS-CoV-2 nel tratto respiratorio superiore senza riconoscere alcun sintomo, consentendo loro di liberarsi e trasmettere il virus mentre sono asintomatici

(Continua)

Monitoraggio del coronavirus dalle acque reflue.

In evidenza

Mauro Icardi

Il settore del trattamento delle acque reflue, è da sempre molto attento alla gestione del rischio biologico.

Gli addetti al settore sono sottoposti ad una attenta sorveglianza sanitaria perché già nel 1976 la rivista “Lancet” pubblicò un articolo riguardante la “Sewage worker’s syndrome”  (in Italia tradotta mio parere discutibilmente  come la malattia del fognaiolo)  Si pose molta attenzione alla possibilità degli addetti di contrarre malattie indotte dal contatto accidentale con acque reflue, o aerosol batterici provenienti da alcune fasi di trattamento.  I lavoratori di un impianto di trattamento delle acque reflue di Göteborg, in Svezia, soffrivano occasionalmente  di attacchi acuti di freddo, febbre e malessere. Un’indagine clinica e di laboratorio vene condotta  su 30 dei lavoratori insieme a 16 soggetti di controllo.

Circa la metà dei lavoratori aveva occasionalmente attacchi di febbre qualche ora dopo il lavoro. Nel gruppo di controllo non vennero segnalati  casi di febbre.   Le quantità di immunoglobuline sieriche erano più elevate nel gruppo esposto, anche l’emocromo era più alto e gli anticorpi sviluppati contro Escherichia coli  erano significativamente aumentati.   Noi che ci occupiamo di questo particolare tipo di lavoro, tra le varie precauzioni che dobbiamo adottare abbiamo l’obbligo della doccia a fine di ogni turno di lavoro, oltre all’utilizzo di mascherine nelle zone a rischio biologico. Abitudine che ora diventerà  per le note e tristi ragioni, un patrimonio comune. Non saremo più i soli a doverla indossare.

Ma come scritto da un articolo pubblicato sulla rivista “Nature” il 3 Aprile,  (e avevamo scritto qualcosa anche sul blog ): https://ilblogdellasci.wordpress.com/2018/05/11/i-controlli-sulle-acque-reflue-come-monitoraggio-sanitario/    il monitoraggio delle acque reflue potrebbe servire anche  per stimare il numero totale di infezioni in una comunità, visto che al momento non tutte le persone riescono ad essere sottoposte ai tamponi di verifica, e soprattutto esiste il grosso problema delle persone che pur contraendo la sars covid 19, non sviluppano sintomi, e possono diventare  involontariamente propagatori dell’epidemia.

Più di una dozzina di gruppi di ricerca in tutto il mondo hanno iniziato ad analizzare le acque reflue per verificare la presenza e la resistenza del virus in questa particolare matrice.  Finora i ricercatori hanno trovato tracce del virus nei Paesi Bassi, negli Stati Uniti e in Svezia . Anche l’impianto di depurazione di Varese ha già iniziato a fornire campioni medi di ingresso impianto all’Istituto Mario Negri di Milano, per le stesse finalità.  Soprattutto su impianti di medie-grandi potenzialità questa operazione potrebbe  fornire stime migliori di quanto sia diffuso il virus. Gli studi hanno anche dimostrato che il virus SARS-CoV-2 può comparire nelle feci entro tre giorni dall’infezione, cioè molto prima del tempo necessario alle persone per sviluppare sintomi abbastanza gravi, tali da attivarne il ricovero  in ospedale – fino a due settimane – e ottenere una diagnosi precisa e confermata. Il monitoraggio delle particelle virali nelle acque reflue potrebbe dare ai funzionari della sanità pubblica un vantaggio nel decidere se introdurre, o reintrodurre  misure come l’isolamento e il distanziamento sociale. Stabiliti i giusti protocolli di analisi, per esempio scoprire quanto RNA virale è escreto nelle feci, ed estrapolare il numero di persone infette in una popolazione da concentrazioni di RNA virale in campioni di acque reflue, occorrerà stabilire delle priorità, e destinare le risorse. E’ intuitivo che se i reagenti per la determinazione del virus cominciassero a scarseggiare, la loro fornitura dovrà essere destinata agli ospedali e alle strutture sanitarie.

Per quanto riguarda la rappresentatività del campione, questo sarà un compito più semplice ed affidato ai gestori. I normali autocampionatori refrigerati presenti negli impianti possono essere programmati adeguatamente, in funzione delle variazioni di portata influente.

Per quanto riguarda invece le acque scaricate al termine del trattamento sono sottoposte ad un fase di disinfezione. O con reagenti chimici (acido peracetico, ipoclorito di sodio, raggi uv). Questo va ribadito, per evitare l’insorgere di timori, comprensibili ma da affrontare con razionalità. Non posso escludere, ma questa è solo una mia opinione personale, che in futuro i limiti della carica batterica all’uscita degli impianti di depurazione, possano essere rivisti.  Il coronavirus ci sta insegnando molte cose. Saranno ovviamente gli organi competenti  (OMS, ISS) a doverlo eventualmente stabilire.

L’epidemia di coronavirus può essere affrontata anche con questo tipo di approccio. E questo è un esempio di quella collaborazione tra vari soggetti, di cui ho spesso scritto su questo blog. Ci aspetta un futuro nel quale, quando l’emergenza sarà passata, o almeno circoscritta dovremo fare riflessioni molto profonde. E mi auguro che non ci siano più remore, o intralci a destinare risorse  alla ricerca. E allo stesso modo a capire la necessità di completare in maniera decisa il progetto di unificazione a livello provinciale della gestione idrica. Con tutte le puntualizzazioni che ho già più volte ribadito. Acqua come bene comune. Ma con approcci razionali, trasparenti, ma mi auguro non demagogici.

https://www.nature.com/articles/d41586-020-00973-x

I ricercatori dovranno anche assicurarsi che stiano esaminando un campione rappresentativo di ciò che viene escreto dalla popolazione.
Ed è importante che la sorveglianza delle acque reflue, se possibile, non sottragga risorse ai test destinati ai singoli individui.

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Un provvidenziale ultimo avviso

In evidenza

Vincenzo Balzani

pubblicato nel Blog universitario  parliamoneOra 2020

Più che aver paura del corona virus, oggi dobbiamo avere paura che cessata l’emergenza sanitaria si torni alla situazione di prima

In una famosa fotografia, scattata dall’astronauta della NASA William Anders il 24 dicembre 1968 durante la missione Apollo 8, si ammira lo straordinario spettacolo del sorgere della Terra visto dalla Luna. Contemplando la scena che stava fotografando, Anders disse: «We came all this way to explore the Moon, and the most important thing is that we discovered the Earth». Da questa e altre simili foto della Terra prese da lontano ci si rende conto di quale sia la nostra situazione: viaggiamo nell’infinità dell’universo su un’astronave. Un’astronave che non potrà mai “atterrare” da nessuna parte, non potrà mai attraccare a nessun porto per caricare risorse o scaricare rifiuti. Le risorse su cui possono contare i quasi otto miliardi di passeggeri sono i materiali che costituiscono l’astronave e la luce del Sole.

Da qualche mese sull’astronave Terra è in circolazione un virus pericoloso e molto contagioso, il Covid-19. In attesa di combatterlo con un vaccino, ci difendiamo alla meglio con l’odiosa arma del distanziamento sociale. Secondo gli scienziati il virus è passato da animali selvatici all’uomo a causa di uno o più dei seguenti errori nel nostro rapporto con la  Natura: esagerato uso delle risorse, degradazione dell’ambiente, cambiamento climatico, crescente consumo di prodotti animali, esagerata  antropizzazione del suolo, perdita di biodiversità e ricerca di cibo selvatico da parte delle popolazioni più povere. I virus sono in qualche modo “profughi” della distruzione ambientale causata dalla nostra aggressività. Stavano bene nelle foreste e nei corpi di alcuni animali, gli abbiamo offerto l’occasione di moltiplicarsi.

Molti fra i cittadini dei ricchi paesi dell’Occidente sono preoccupati per la crisi sanitaria, ma sembra non si siano mai accorti delle crisi ecologica e sociale. Sono terrorizzati da qualche decina di migliaia di morti causati dal virus nel mondo, ma forse non sanno che a causa dall’inquinamento atmosferico ogni anno muoiono circa un milione di persone in Cina, 650.000 nell’Unione Europea e 80.000 nella sola Italia.

Già da parecchi anni gli scienziati ammoniscono che non stiamo custodendo il pianeta e i sociologi avvertono che le enormi disuguaglianze economiche e sociali stanno diventando insostenibili. Il vigente modello di sviluppo, il consumismo, basato sull’usa e getta, ha instaurato una cultura dello scarto che porta al degrado ambientale e si estende alla vita delle persone. Nell’enciclica Laudato si’ qualche anno fa papa Francesco aveva scritto «Non ci sono due crisi separate, una ambientale e un’altra sociale, bensì una sola e complessa crisi socio-ambientale che va affrontata con una visione unitaria dei problemi  ecologici ed economici». E nella benedizione Urbi et orbi impartita il 18 marzo nella spettrale Piazza San Pietro deserta il papa ha aggiunto: “Abbiamo proseguito imperterriti, pensando di rimanere sani in un mondo malato”.

Stiamo vivendo, dunque, uno dei peggiori periodi della nostra storia, attanagliati da una crisi che ha tre aspetti fra loro intrecciati: ecologico, sociale e sanitario. Ma non dobbiamo perderci d’animo: la storia stessa insegna che ogni crisi offre l’opportunità di un cambiamento verso una situazione migliore. Poiché l’astronave Terra è l’unico luogo dove possiamo vivere, non possiamo farci sfuggire questa occasione. Dobbiamo vedere nel Covid-19 un provvidenziale ultimo avviso. Più che aver paura del virus, oggi dobbiamo avere paura che cessata l’emergenza sanitaria si torni alla insostenibile situazione di prima. Tutti dobbiamo adoperarci perché ciò non accada.

Perché il cambiamento avvenga nella direzione giusta, per prima cosa dobbiamo far capire a politici e economisti che una crescita illimitata è impossibile. Non possiamo pretendere che il pianeta Terra si adatti alla nostra megalomania; dobbiamo essere noi ad adattarci alla sua realtà. L’unico obiettivo che forse possiamo raggiungere, non senza difficoltà, è quello della sostenibilità: cioè vivere lasciando un pianeta vivibile anche per le prossime generazioni.

Perché ciò accada dovremo utilizzare in modo più saggio le limitate risorse dell’astronave Terra e sfruttare il più possibile l’abbondante energia che ci viene dal Sole. Dovremo diminuire l’estrazione di materiali dalla Terra (92 miliardi di tonnellate all’anno, pari a 35 kg al giorno per ciascuno degli abitanti del pianeta) e abbandonare l’uso dei combustibili fossili per abbattere l’inquinamento atmosferico e ancor più le emissioni di CO2 (37 miliardi di ton all’anno), il gas serra che provoca il cambiamento climatico.

Dovremo sostituire i motori a combustione con motori elettrici alimentati dall’energia del Sole. La scarsità delle risorse non ci permetterà più di possedere le “macchine” che utilizziamo (ad esempio, l’automobile); dovremo accontentarci di usare “macchine” condivise. Dovremo capire bene cosa ci serve e cosa non ci serve. Se ci avessimo pensato prima, ad esempio, non avremmo speso 14 miliardi per gli F-35 (aerei da guerra che, per fortuna, non useremo mai), ma avremmo investito questo denaro nella sanità e nell’istruzione.

Più in generale, dovremo sostituire il verbo consumare col verbo risparmiare. Per ridurre i consumi, studi scientifici dimostrano che non serve molto “agire sulle cose”, cioè aumentare il rendimento dei processi di produzione e l’efficienza dei vari tipi di macchine che usiamo; bisogna “agire sulle persone”, sollecitarle cioè a praticare stili di vita ispirati alla sobrietà.

C’è ancora parecchio da fare, ma sappiamo bene quale è la strada per raggiungere la sostenibilità ecologica. Siamo invece molto lontani dall’obiettivo della sostenibilità sociale che richiede, anzitutto, una ridistribuzione della ricchezza. Non può esserci sostenibilità sociale in un mondo dove i duemila più ricchi posseggono più di 4,6 miliardi di persone e neppure un paese come l’Italia dove l’1% più ricco possiede quanto il 70% della popolazione. Non può esserci sostenibilità sociale se, come scrive papa Francesco nell’enciclica Laudato si’: “… non ci accorgiamo più che alcuni si trascinano in una miseria degradante, mentre altri non sanno nemmeno che farsene di ciò che possiedono”.

Dobbiamo fare in modo che la pandemia del Covid-19, dalla quale stiamo faticosamente uscendo, porti in primo piano il problema della sostenibilità. Sarà necessario utilizzare con cura le risorse del pianeta e l’energia del Sole e anche sviluppare la scienza e la tecnologia nelle direzioni opportune. Ma sarà ancor più importante sfruttare le nostre preziose fonti di energia spirituale: saggezza, creatività, responsabilità, collaborazione, amicizia, sobrietà e solidarietà. Quando avremo fatto tutto questo, ricorderemo questa pandemia come una salutare lezione impartitaci dalla Natura.

Un inibitore della proteasi del coronavirus.

In evidenza

Rinaldo Cervellati

In questo periodo di emergenza per la pandemia provocata dal coronavirus SARS-CoV-2, che provoca la grave malattia nota come COVID-19, mentre ai cittadini viene raccomandato di restare a casa, ricercatori nei laboratori di tutto il globo stanno lavorando per trovare farmaci antivirali efficaci per combattere l’infezione.

Laura Howes, il 24 marzo scorso, su Chemical & Engineering News, ci informa che due gruppi di chimici organici farmaceutici (medicinal chemists) stanno utilizzando approcci diversi per cercare nuovi inibitori di una parte fondamentale del meccanismo di autoreplicazione del virus (L. Howes, Crystal structures of the novel coronavirus protease guide drug development, C&En news, 24/3/2020).

Matthew Todd[1], un esperto di progettazione dei farmaci (drug discovery) all’University College di Londra, non coinvolto in alcuno dei due progetti, afferma che non ci sono molti bersagli per farmaci anticoronavirus perché il virus non produce molte proteine. Ma un target per i chimici farmaceutici è stata la principale proteasi del virus nota come Mpro o 3CLpro. Questo enzima elabora una catena di poliproteine ​​codificata dall’RNA del virus, tagliando la catena in proteine ​​funzionali che il virus utilizza per assemblare se stesso e moltiplicarsi. L’inibizione di questo componente chiave del meccanismo di auto-replicazione del virus potrebbe arrestarne lo sviluppo e fermare l’infezione. Questa proteasi è essenziale per il virus, ma non ha omologhi umani, quindi i suoi inibitori hanno meno possibilità di colpire una proteasi umana, aggiunge Todd.

Mattew Todd

Per cercare di sviluppare inibitori della Mpro, due diverse collaborazioni internazionali hanno utilizzato la radiazione X di sincrotrone per ottenere strutture ad alta risoluzione della proteasi con potenziali inibitori legati. Mentre gli approcci adottati dai due gruppi sono diversi, i ricercatori desiderano sottolineare che essi sono complementari e che i composti prototipo che stanno sviluppando sono ancora lontani dall’essere utilizzati su pazienti affetti da COVID-19.

All’università di Lübeck (Nord Germania), Rolf Hilgenfeld studia i coronavirus da anni. Durante l’epidemia di sindrome respiratoria del Medio Oriente nel 2013, causata da un coronavirus chiamato MERS-CoV, il gruppo di Hilgenfeld ha iniziato a lavorare sugli inibitori della proteasi, avendo così un ottimo punto di partenza nella ricerca sul nuovo SARS-CoV-2.

Rolf Hilgenfeld

All’inizio di quest’anno, un gruppo internazionale, coordinato da Hilgenfeld ha usato la radiazione X di sincrotrone ad alta intensità per ottenere una struttura cristallina ad alta risoluzione della Mpro del nuovo virus e ha usato tali informazioni per ottimizzare un inibitore α-chetoamidico sviluppato per combattere altri coronavirus [1]. La sintesi dei nuovi inibitori è stata ritardata dalla quarantena in Cina, a seguito dell’epidemia, ma recenti test di laboratorio hanno dimostrato che uno di questi composti ottimizzati può legarsi e inibire la proteasi (figura 1).

Figura 1. In alto: la molecola dell’inibitore; in basso: struttura del dimero della proteasi principale di SARS-CoV-2 legato a un inibitore (in giallo) Credit© H. Tabermann /HZB

Test su topi sani suggeriscono anche che la molecola potrebbe essere somministrata per inalazione, infatti essa è stata ben tollerata e i topi non hanno mostrato alcun effetto avverso, indicando che in questo modo sarebbe possibile l’invio diretto del composto ai polmoni. Il gruppo di Hilgenfeld conclude che da questi risultati farmacocinetici favorevoli, la ricerca fornisce un quadro utile per lo sviluppo degli inibitori contenenti piridone per farmaci anti-coronavirali.

Hilgenfeld spera che questo composto prototipo venga sviluppato da un consorzio istituito dall’Unione Europea per combattere COVID-19.

Nel frattempo, un altro consorzio di scienziati sta cercando di accelerare il processo di sviluppo di un inibitore della proteasi virale con una grande iniziativa di sviluppo collettivo (crowdsourcing). All’inizio di marzo, i cristallografi della Diamond Light Source[2] hanno anche risolto la struttura ad alta risoluzione della proteasi principale del SARS-CoV-2. Hanno quindi completato un grande fragment screen, trattando i cristalli proteici con piccole molecole che rappresentano frammenti di possibili farmaci per vedere quali di essi si legano all’enzima.

Sulla base di questi dati, il gruppo ha avviato l’iniziativa di crowdsourcing per combinare l’esperienza di più laboratori e ricercatori in tutto il mondo al fine di elaborare il maggior numero possibile di strutture di inibitori della proteasi. I chimici sono invitati a progettare nuovi composti, o presentare quelli esistenti, che potrebbero legarsi alla proteasi, su un sito web creato da una start-up di chimica medicinale che utilizza una tecnica di apprendimento automatico[3] chiamata PostEra. Le strutture inviate avranno la priorità in base a fattori come la facilità di sintesi e la possibile tossicità prima che un’azienda farmaceutica di sintesi produca le molecole. I ricercatori quindi selezionano le molecole in base alla loro capacità di legarsi alla proteasi del virus.

“L’obiettivo del progetto è trovare un antivirale che possa raggiungere la fase clinica il più presto possibile”, spiega Alpha Lee, co-fondatore di PostEra, che fa parte del gruppo che coordina l’iniziativa.

Alpha Lee

La strategia, dice, è quella di trovare diversi candidati e utilizzare i loro algoritmi di apprendimento automatico per suggerire opportuni cambiamenti alle molecole accelerando così lo sviluppo di farmaci.

Todd descrive i due approcci come “entrambi progetti interessanti”. Ma avverte che trovare candidati promettenti è solo una fase del processo. Il collo di bottiglia sta spesso nell’individuare quei candidati trasformabili in farmaci utilizzabili e, dice, “è difficile trovare le condizioni giuste”.

“È sempre fondamentale sviluppare diverse cose contemporaneamente”, aggiunge Nir London, il cui laboratorio è coinvolto nello screening di frammenti di crowdsourcing. “Penso che entrambi gli approcci siano richiesti e necessari e che possiamo imparare gli uni dagli altri.”

“Penso che questa possa essere una sveglia per ricordare al mondo che le malattie infettive sono state a lungo trascurate e SARS-CoV-2 ci avvisa che occorre assolutamente invertire questa tendenza”, afferma Lee. Hilgenfeld è d’accordo. Lo sviluppo di farmaci antivirali dovrebbe essere disaccoppiato dalle epidemie ricorrenti, afferma, in modo da poter garantire lo sviluppo sostenibile dei farmaci antivirali.

Opere consultate

Struktur der Hauptprotease aufgeklärt

https://www.uni-luebeck.de/aktuelles/nachricht/artikel/coronavirus.html

Bibliografia

[1] L. Zhang et al., Crystal structure of SARS-CoV-2 main protease provides a basis for design of improved α-ketoamide inhibitors., Science 10.1126/science.abb3405 (2020).

 

[1] Matthew Houghton Todd (1973-) è un chimico britannico, professore ordinario di Drug Discovery nella School of Pharmacy dell’University College di Londra. È il fondatore di Open Source Malaria (OSM) e la sua ricerca si concentra sulla scoperta e lo sviluppo di farmaci per questa malattia. Recentemente ha esteso le sue ricerche a altre malattie infettive.

[2] La Diamond Light Source o Diamond è la struttura nazionale britannica per la radiazione di sincrotrone, utilizzata per la ricerca scientifica in varie discipline

[3] La tecnica dell’apprendimento automatico (machine learning, ML), è una branca dell’intelligenza artificiale che si occupa della messa a punto di algoritmi e modelli statistici che i sistemi informatici elaborano per eseguire un compito specifico senza utilizzare istruzioni esplicite, basandosi invece su schemi e inferenze.