Il trasferimento
genico orizzontale: il flagello dell’ingegneria genetica
Significato
del trasferimento genico orizzontale
Dottor Pietro Perrino, Dirigente di Ricerca del CNR
In un processo
normale di riproduzione, che ovviamente si verifica tra individui della
stessa specie, i geni (DNA) vengono trasferiti dai genitori ai
discendenti a mezzo delle cellule germinali.
Recentemente, questo processo viene indicato anche come trasferimento
genico verticale per distinguerlo dal trasferimento genico
orizzontale, che indica, invece, il trasferimento di materiale
genetico (DNA) tra individui appartenenti alla stessa specie o a specie
diverse, attraverso processi diversi da una normale riproduzione.
Normalmente, il trasferimento genico orizzontale avviene tra batteri che
si scambiano tra loro dei geni, superando le barriere naturali esistenti
tra le specie. Ciò avviene in tre modi: la coniugazione, la
trasduzione e la trasformazione. Nella coniugazione,
il DNA viene trasferito da una cellula all’altra attraverso strutture
lunghe e sottili chiamate pili (singolare pilus); nella
trasduzione, il DNA viene trasferito da una cellula all’altra
attraverso l’infezione da virus; nella trasformazione, il DNA è
assorbito dalla cellula direttamente dall’ambiente circostante.
Ma, attenzione,
affinchè il trasferimento genico orizzontale avvenga realmente, il DNA
estraneo deve integrarsi nel genoma della cellula ospite e qui essere
mantenuto stabilmente in alcune altre forme, come ad esempio di un
plasmidio (un pezzo di DNA di un parassita genetico) in cellule
batteriche e di lieviti, o come un episoma, un pezzo replicato di
DNA (generalmente virale) nel nucleo di cellule animali, ma fuori dai
cromosomi. Durante questo processo di integrazione il DNA può essere
soggetto a riarrangiamenti o ricombinazioni.
Il trasferimento
genico orizzontale e la ricombinazione tra virus hanno luogo quando
diversi virus infettano e si moltiplicano nella stessa cellula. I genomi
virali spesso si integrano nel genoma delle cellule ospiti come provirus
(un virus che ha inserito il suo genoma o una sua copia complementare
nel genoma della cellula ospite), per replicarsi con il genoma della
cellula ospite.
Quando i provirus sono attivati per svilupparsi in virus infettivi,
mentre infettano altre cellule, possono agganciare geni vicini o
sequenze di DNA dell’ospite. I virus possono anche agganciare pezzi
liberi di materiale genetico nel proprio genoma, avvolto da un mantello
proteico.
Il trasferimento
genico orizzontale e la ricombinazione hanno giuocato un ruolo
fondamentale nella creazione di nuovi virus e batteri associati a
malattie infettive esplosive e nella diffusione della resistenza ad
antibiotici e a medicine tra i patogeni, rendendo le infezioni molto
difficili da trattare o curare.
Per molto tempo, nessuno sospettava che il trasferimento genico
orizzontale poteva estendersi a piante ed animali superiori. Negli
ultimi dieci anni, comunque, è emerso chiaramente che il trasferimento
genico orizzontale si estende all’intera biosfera, con batteri e virus
che funzionano sia come intermediari per geni trafficanti e sia come
recipienti per la moltiplicazione e ricombinazione di geni e possiamo
dire che il trasferimento genico orizzontale è diventato molto più
frequente con l’avvento dell’ingegneria genetica.
Il
trasferimento genico orizzontale in organismi superiori
Potenzialmente ci sono molte vie per il trasferimento orizzontale di
geni a cellule vegetali ed animali. La via principale è la
trasduzione, in quanto ci sono molti virus che infettano piante ed
animali e ci sono molte opportunità per i virus di prelevare geni e di
trasferirli da un ospite all’altro.
La trasformazione è potenzialmente molto importante per le
cellule di animali superiori, incluse quelle dell’uomo e più di una
decade di ricerca di terapia genica non ha lasciato dubbi. E’ stato
accertato che una grande varietà di materiali genetici nudi è
prontamente assorbita da tutti i tipi di cellule, semplicemente
attraverso l’applicazione di gocce negli occhi, lo strofinamento sulla
pelle, materiali iniettati o ingoiati. In molti casi, i costrutti di
geni (vedi sotto) estranei finiscono con l’essere integrati nel genoma,
inclusi quei costrutti che non sono progettati per essere integrati.
Alcuni di noi sono
stati avvertiti per anni dei danni causati dall’integrazione di tali
costrutti di geni estranei nel genoma delle cellule, tra cui il cancro e
la proliferazione incontrollata di certe cellule.
La trasformazione diretta può non essere importante per le
cellule vegetali, le quali generalmente hanno pareti cellulari spesse e
protettive.. Ma i batteri del suolo appartenenti al genere
Agrobacterium sono capaci di trasferire il segmento T (tumore) del
plasmidio inducente-tumore (Ti) nelle cellule vegetali, in un processo
che somiglia molto alla coniugazione. Questo T-DNA è largamente
sfruttato come veicolo per il trasferimento genico nell’ingegneria
genetica vegetale ed ha sollevato seri problemi di sicurezza.
Il materiale
genetico estraneo può anche essere introdotto nelle cellule delle piante
e degli animali dagli insetti ed artropodi con i loro apparti boccali
ben affilati. Inoltre, i patogeni batterici che entrano nelle cellule
delle piante e degli animali possono essere vettori del trasferimento
genico orizzontale. Pertanto, non ci sono pressoché barriere a
prevenire l’entrata di materiale genetico estraneo nelle cellule di
qualunque specie terrestre. Le barriere più importanti al
trasferimento genico orizzontale esistono dopo che il materiale genetico
estraneo è entrato nella cellula.
La maggior parte
del DNA estraneo che entra in una cellula, così come quello presente nel
cibo ordinario, viene rotto per produrre energia e costruire i mattoni
necessari a crescere ed a riparare eventuali guasti. Ci sono molti
enzimi deputati a rompere il materiale genetico estraneo.
Nell’eventualità che il materiale genetico estraneo venga incorporato
nel genoma, una modificazione chimica può ancora metterlo fuori causa
oppure potrebbe essere eliminato.
Ma, in determinate condizioni ecologiche, ancora scarsamente comprese,
il DNA estraneo sfugge alla rottura e si integra nel genoma delle
cellule. Per esempio, shock termici e inquinanti, come i metalli
pesanti, aumentano il trasferimento genico orizzontale; anche gli
antibiotici possono aumentare la frequenza del trasferimento genico
orizzontale da 10 a 10.000 volte.
Alcuni materiali
genetici possono resistere alla rottura, specialmente quelli dei
parassiti genetici, come virus, plasmidi e trasposoni. Virus, plasmidi e
trasposoni non solo sopportano il trasferimento orizzontale, ma possono
anche agire da vettori (carriers) per il trasferimento di altri geni ed
essere usati come tali nell’ingegneria genetica.
Questi parassiti genetici hanno segnali speciali e strutture globali che
li proteggono dagli enzimi (DNAasi) che rompono il DNA. Un virus ha il
suo materiale genetico avvolto in un mantello di proteina di cui si
spoglia quando entra nella cellula. Esso può quindi depredare la cellula
per fare molte copie di se stesso o il suo materiale genetico può
saltare direttamente nel genoma delle cellule per diventare un provirus.
I plasmidi possono essere mantenuti indefinitamente nelle cellule
separatamente dal genoma delle cellule. I trasposoni - geni saltatori –
sono blocchi di materiali genetici che hanno l’abilità di saltare
d’entro e fuori dai genomi, con o senza moltiplicazione di se stessi. I
trasposoni possono saltare d’entro i plasmidi per propagarsi, lontano
dai cromosomi, e per trasferirsi con i plasmidi. I geni che chiedono un
passaggio (autostop) a virus, plasmidi e trasposoni o si saldano
intenzionalmente in essi, hanno una grande probabilità di essere
trasferiti con successo nelle cellule ed essere integrati nei genomi.
Questo spiega perché questi parassiti genetici sono considerati dei veri
e propri vettori per il trasferimento genico orizzontale.
In natura i
parassiti genetici esistenti possono contare su un numero limitato di
specie ospiti che possono infettare, per cui, per esempio, i virus dei
suini infettano i suini e non l’uomo e i virus dei cavolfiori non
infettano i pomodori. E’ il mantello proteico che avvolge il virus che
determina la specificità dell’ospite. Questo spiega perché i genomi
virali nudi (il materiale genetico virale spogliatosi del mantello
proteico) generalmente hanno un numero di specie ospiti più ampio
rispetto ai virus intatti, cioè quelli il cui materiale genetico è
vestito di mantello proteico.
I provirus dormienti nei genomi sono particolarmente pericolosi, poiché
quando incontrano cellule di altre specie spesso diventano virus
infettivi, attaccando le cellule delle specie ospiti.
Questo costituisce uno dei maggiori rischi dei xenotrapianti, il
trapianto di cellule, tessuti e organi da animali, come i suini,
nell’uomo. Analogamente, i segnali per la propagazione di plasmidi e
trasposoni sono generalmente specifici per un limitato numero di specie
ospiti, benché ci siano delle eccezioni. Alcuni trasposoni sono noti per
essere molto promiscui e possono infettare un vasto numero di specie.
Questi trasposoni sono particolarmente popolari agli ingegneri genetici
che li usano come vettori “universali” per il trasferimento genico.
L’ingegneria
genetica ha creato una grande varietà di costrutti (promotore + gene +
terminatore) artificiali e vettori attraverso la ricombinazione del
materiale genetico dei più promiscui e pericolosi batteri, virus,
plasmidi e trasposoni, che vengono progettati per attraversare tutte le
barriere tra le specie e per invadere essenzialmente tutti i genomi
(Riquadro 1). In altre parole, l’ingegneria genetica artificiale (cioè
quella eseguita dall’uomo) aumenta notevolmente il trasferimento genico
orizzontale, il processo che crea nuovi batteri e virus, che causa
malattie infettive e diffonde tra i patogeni la resistenza ad
antibiotici e medicine.
Riquadro 1
I vettori
artificiali aumentano il trasferimento genico orizzontale
- Sono ottenuti da
parassiti genetici che mediano efficacemente il trasferimento genico
orizzontale.
- Hanno origini
assai miste, contenendo materiali genetici derivanti da patogeni virali,
plasmidi e trasposoni di molte specie di ogni regno e quindi possiedono
omologhi (sequenze simili) a tutte le specie. Questo facilita la
diffusione del trasferimento genico orizzontale e la ricombinazione.
In condizioni naturali, la ricombinazione tra omologhi è circa un
milione di volte più frequente della ricombinazione tra non omologhi.
- Contengono, di
routine, geni marcatori per la resistenza agli antibiotici (Riquadro 2),
che aumentano il loro successo nel traferimento orizzontale in presenza
di antibiotici, sia quando applicati intenzionalmente sia quando
presenti nell’ambiente come inquinanti. E’ risaputo che gli antibiotici
aumentano il trasferimento genico orizzontale da 10 a 10.000 volte.
- Spesso hanno
“origini di replicazione” e “sequenze trasferite” segnali che facilitano
il trasferimento genico orizzontale ed il loro mantenimento nelle
cellule in cui vengono trasferite.
- Sono noti per
essere strutturalmente instabili, cioè, hanno legami deboli e tendono a
frammentarsi o rompersi e rilegarsi in modo non corretto con altro DNA;
ciò aumenta la propensione al trasferimento genico orizzontale e
ricombinazione.
- Sono progettati
per invadere genomi e per superare meccanismi che rompono o disabilitano
il DNA estraneo, cioè, per aumentare il trasferimento orizzontale.
Riquadro 2
Che cosa sono i
geni maractori della resistenza agli antibiotici
Gli
antibiotici sono sostanze chimiche che uccidono i batteri e le cellule.
Ci sono molti tipi di antibiotici. Un gene per la resistenza agli
antibiotici codifica per una proteina che rende i batteri o le cellule
resistenti ad antibiotici specifici. Un gene marcatore per la resistenza
agli antibiotici è un gene che accompagna altri geni estranei che
l’ingegneria genetica progetta di trasferire nelle cellule ospiti. Il
gene marcatore viene sistemato nel costrutto vicino ai geni estranei,
per cui le cellule che incorporano il costrutto diventeranno anche
resistenti all’antibiotico. Ciò permette di selezionare le cellule
trasformate, semplicemente attraverso l’uso di antibiotico(i) facendo
fuori (uccidendo) il resto delle cellule.
Tutti i vettori
sono dei mosaici, essendo stati originati da parassiti genetici di
diverse specie di batteri, animali e piante. Attraverso la creazione di
una tale vasta gamma di varietà di vettori promiscui, l’ingegneria
genetica ha effettivamente aperto delle autostrade al trasferimento
genico orizzontale ed alla ricombinazione, mentre precedentemente questi
processi erano strettamente regolati, con accesso ristretto, attraverso
sentieri piccoli e tortuosi. Queste autostrade del trasferimento genico
orizzontale mettono in comunicazione specie di ogni regno e dominio con
popolazioni microbiche di Escherichia coli, attraverso il misto
vassoio universale dell’ingegneria genetica. Attualmente, in nessun
paese, c’è una legislazione atta a prevenire la fuga e/o rilascio
nell’ambiente di vettori artificiali e di costrutti di DNA nudo.
Terje Traavik,
Direttore scientifico dell’Istituto di Ecologia Genica dell’Università
di Tromsø
(Norvegia),
fu il primo ad avvertire il suo governo e la comunità internazionale dei
pericoli legati ai costrutti di DNA, che realizzati in maniera crescente
dall’industria biotecnologica vengono scaricati nell’ambiente. Traavik
fu allarmato dal fatto che durante uno dei suoi esperimenti di routine,
insieme ai suoi colleghi, iniettando del DNA nudo di un virus della
poliomielite umana in conigli, come controllo, osservò che il virus
intatto non determinò alcuna infezione, mentre con sua grande sorpresa
il genoma del DNA virale nudo determinò, nei conigli iniettati, un
‘infezione esplosiva.
Pertanto, la
semplice manipolazione di genomi virali nudi usati dall’ingegneria
genetica è di per se un pericolo.
Pericoli
derivanti dal trasferimento orizzontale del DNA transgenico
Siccome
i vettori artificiali ed i costrutti artificiali sono costituiti
prevalentemente da materiale genetico proveniente da virus e batteri che
causano malattie, essi si ricombineranno facilmente con le razze
naturali. In questo processo potrebbero essere create nuove razze più
pericolose. Questo è quanto ci dice anche il buon senso comune.
Quanto la crescita commerciale dell’ingegneria genetica ha contribuito
all’aumento dell’uso di medicine e antibiotici per malattie infettive
nel corso degli ultimi 30 anni? Con l’idea che la risposta potrebbe
essere positiva, Mae Wan Ho e collaboratori avviarono una grande
inchiesta pubblica. Naturalmente, l’ingegneria genetica non era la sola
da accusare; l’abuso e super abuso di antibiotici, la distruzione
ecologica, il deterioramento della sanità pubblica, la malnutrizione, la
povertà, la disintegrazione sociale, l’aumento dei viaggi e dei
trasporti, le guerre, ecc., hanno fatto la loro parte.
L’indagine fu
pubblicata nel 1998 sulla rivista Microbial Ecology in Health and
Disease (Ecologia dei microbi nella salute e malattia), edita da un
ecologista microbiologo dell’Istituto di Karolinska, Stoccolma, Svezia.
Già allora, vi erano ormai rimasti pochi dubbi per i genetisti
microbiologi medici che il trasferimento genico orizzontale e la
ricombinazione sono stati responsabili della creazione di nuovi patogeni
e diffusione della resistenza dei patogeni ad antibiotici e medicine. Si
può affermare che la frequenza e portata del trasferimento genico
orizzontale possono essere aumentati da quando è iniziata l’ingegneria
genetica. La pubblicazione fu inviata a diverse agenzie nazionali ed
internazionali, tra cui l’Organizzazione Mondiale della Salute (WHO:
World Health Organization) e l’Esecutivo della Salute e Sicurezza (HSE:
Health and Safety Executive) del Regno Unito (UK).
La WHO
inizialmente rispose subito con un categorico no, ma dopo rispose che
l’argomento sollevato era stato preso in considerazione; dopo di ciò, il
più completo silenzio. L’HSE sembrò molto più sensibile e dopo una serie
di scambi epistolari, autorizzarono la loro propria indagine alla
Timms-Wilson e colleghi del Laboratorio di Ecologia e Microbiologia
Molecolare (Molecular Microbial Ecology Laboratory), Istituto di
Virologia e Microbiologia Ambientale di Oxford.
L’indagine giunse
alle seguenti conclusioni.
“Questo rapporto mostra che, nonostante si riconosce un ruolo al
trasferimento orizzontale nell’evoluzione dei patogeni, è improbabile
che una razza benigna si trasformi in una razza patogena attraverso
l’acquisizione di geni trasferiti orizzontalmente da un MGM
(microrganismo geneticamente modificato)”. In conclusione, il rapporto
raccomanda che l’accertamento dei rischi sarà considerato sulla “base di
caso per caso”, un cliché burocratico nella gestione della biosicurezza,
che effettivamente permette al mondo degli affari (business) di
continuare indisturbato come prima.
E’ da dire che il
gruppo di Ho non fu il primo a sospettare che l’ingegneria genetica può
inavvertitamente creare nuovi virus e batteri infettivi. I pionieri
dell’ingegneria genetica, verso la metà degli anni 1970’, chiesero una
moratoria - la famosa dichiarazione di Asilomar – precisamente perché si
preoccuparono di questa ovvia possibilità. Sfortunatamente, gli
scienziati cedettero alle pressioni commerciali e la moratoria ebbe vita
breve. Questo argomento non fu mai risolto. Anche se, scoperte
successive hanno fatto crescere di molto la sua rilevanza e specialmente
la persistenza di DNA in tutti gli ambienti, tra cui l’intestino lungo
dell’uomo dopo la morte degli organismi che lo abitano, e la facilità
con cui tutte le cellule, comprese quelle degli esseri umani, assorbono
il DNA estraneo.
Creazione
incidentale di virus assassini con l’ingegneria genetica
A
gennaio 2001, il sospetto della creazione di virus assassini attraverso
l’ingegneria genetica venne alla luce. Alcuni ricercatori in Australia,
durante un esperimento di ingegneria genetica, apparentemente innocente,
trasformarono incidentalmente il virus innocuo dell’esantema del topo
(mouse-pox virus) in un patogeno che uccideva tutte le sue vittime.
Inoltre, i ricercatori mostrarono uno dei modi in cui questo potrebbe
avvenire: inserendo nel virus un gene codificante per una proteina che
sopprime il sistema immunitario, interleuchina-4. Geni simili a questo
sono presenti nelle colture farmaceutiche esistenti nei campi
sperimentali in Canada, come scoperto da Joe Cummins. Ci sono molte
opportunità per virus benigni, presenti nell’ambiente, di diventare
simili a virus assassini, semplicemente attraverso l’assorbimento dalle
colture farmaceutiche del gene che codifica la proteina che sopprime
l’immunità.
Il trasferimento
genico orizzontale insieme alla ricombinazione è una delle principali
strade per generare patogeni (l’altra è la mutazione) e, come già detto,
l’ingegneria genetica non è altro che un’agevolazione al trasferimento
genico orizzontale. E’ come giuocare alla lotteria – dal punto di vista
del patogeno virulento – più biglietti uno compra più aumenta la
probabilità di vincere.
Ma ciò non è tutto, i genetisti hanno intenzionalmente creato super
virus ibridi in laboratorio, durante ricerche di routine, su patogeni
pericolosi e per produrre vaccini. C’è un virus chiamato SHIV, un virus
ibrido tra virus dell’uomo e virus AIDS della scimmia, che uccide in
qualche settimana, usato di routine come virus per combattere e saggiare
i vaccini di AIDS. Molti vaccini AIDS stessi - fatti con geni di
glicoproteine (gp 120) del virus dell’immunodeficienza umana (HIV) –
sono così pericolosi che un gruppo di virologi diretti da Veljko
Veljkovic dell’Istituto di Scienze Nucleari, Belgrado, Yugoslavia, ha
richiesto di bloccare gli esperimenti clinici.
Il gene gp 120 è
simile alla regione variabile (V) degli anticorpi dell’immunoglobulina
umana che lega gli antigeni estranei e può perciò interferire con la
risposta all’immunità. Il gene gp 120, inoltre, ha speciali “punti caldi
per la ricombinazione” (recombination hotspots) siti in zone del DNA
particolarmente incline alla ricombinazione. Questi siti sono simili a
quelli presenti nelle immunoglobuline umane come in quelle di molti
virus e batteri, e quindi possono facilmente essere ingaggiati nel
trasferimento genico orizzontale e ricombinazione per creare nuovi e
pericolosi patogeni.
La società ProdiGene, recentemente querelata per aver contaminato
colture alimentari con colture farmaceutiche ingegnerizzate al fine di
produrre vaccini e medicine, ha inserito il gp 120 nelle piante di mais.
Veljko Veljkovic e Mae Wan Ho dichiararono al giornale AID Science che
questo modo di fare equivale alla messa in circolazione di una lenta e
sottile arma biologica.
La maggior parte
dei patogeni mortali prodotti dall’ingegneria genetica saranno creati e
liberati nell’ambiente quando nessuno se l’aspetta. Ecco perché notevoli
quantità di DNA transgenico, con geni virali e batterici, ricchi di
novità e combinazioni innaturali con geni di altri organismi, sono di
routine liberate nell’ambiente dalle attrezzature usate come contenitori
dei residui di DNA transgenico, ancora con il presupposto, pienamente
screditato, che il DNA una volta scaricato nell’ambiente si disintegra
subito. Il DNA transgenico è anche rilasciato deliberatamente
nell’ambiente con le colture GM (geneticamente modificate) che generano
polline, polvere e avanzi; tra le colture GM ci sono quelle
ingegnerizzate con materiali genetici che producono medicine e vaccini.
I genetisti microbiologi possono allevare e identificare meno dell’uno
percento di tutti i batteri presenti nell’ambiente. Le possibilità di
creare nuovi patogeni attraverso il trasferimento genico orizzontale e
la ricombinazione del DNA transgenico sono infinite.
Il DNA
transgenico ed il cancro
Mae Wan
Ho parlando di cancro ha affermato che esso può essere generato
dall’integrazione di geni estranei - inseriti nei costrutti – nel genoma
delle cellule attraverso la terapia genica.
La terapia genica è semplicemente la “modificazione genetica” di cellule
umane, usando costrutti molto simili a quelli usati nella modificazione
genetica di animali e piante. La cosa allarmante su i casi di cancro in
Francia è che sono stati ottenuti pochi (9 in tutto) successi, dopo 14
anni di prove cliniche e ricerche in terapia genica in Europa e negli
Stati Uniti. I pazienti furono trattati con una procedura disegnata
apposta per minimizzare i rischi di cancro.
Invece di esporre
i pazienti umani direttamente al costrutto contenente il gene estraneo
(transgenico), furono prelevate dal midollo spinale del paziente alcune
cellule e furono trasformate, fuori dal corpo del paziente, usando un
vettore ottenuto da un retrovirus (originatosi da RNA) contenente il
costrutto transgenico. Tra tutte le cellule trasformate si scelsero
quelle desiderate e si rimisero nel paziente. La domanda rimasta senza
risposta, anzi la domanda mai posta durante l’inchiesta che ne seguì, è
se il costrutto transgenico si mosse di nuovo, dopo che le cellule
furono ritrapiantate nel paziente. La caratterizzazione molecolare non
fu eseguita sino a quando non accadde la prima tragedia.
Nel primo
paziente, il vettore retrovirale che conteneva i geni estranei erano
saltati in un gene, LM02, la cui super-espressione condusse alla
proliferazione incontrollata dei globuli bianchi, contenenti questa
aberrazione, che è responsabile della leucemia. Venne fuori che il
vettore retrovirale si era integrato nello stesso gene nel secondo
paziente per sviluppare la leucemia. Da allora, una simile terapia è
stata identificata in un terzo bambino che almeno dopo poco tempo non
mostrava ancora segnali di leucemia. Il 10 febbraio del 2003, i membri
dell’Istituto Nazionale della Salute (NIH: National Institute of Health)
degli Stati Uniti, e quelli del Comitato Consultivo sul DNA Ricombinante
(RAC: Recombinant DNA Advisory Committee) si incontrarono e decisero di
raccomandare che questo particolare tipo di terapia genica dovrebbe
essere applicata solo se i pazienti non rispondono ad altri trattamenti,
come al convenzionale trapianto di midollo spinale prelevato da donatori
compatibili. Essi, comunque, omisero di dire che altri vettori
comportano lo stesso rischio, tralasciando il fatto che tutto il DNA
transgenico comporta gli stessi rischi.
I pericoli del
trasferimento genico orizzontale provocati dall’ingegneria genetica sono
riassunti nel Riquadro 3.
Riquadro 3
Pericoli
potenziali del trasferimento genico orizzontale causato dall’ingegneria
genetica
- Generazione di
nuovi virus, attraverso incroci tra specie diverse, che causano
malattie.
- Generazione di
nuovi batteri che causano malattie.
- Diffusione di
geni per la resistenza a medicine ed antibiotici tra patogeni virali e
batterici, rendendo incurabili le infezioni.
- L’inserzione dei
costrutti a caso nei genomi delle cellule producono effetti dannosi,
cancro incluso.
- Riattivazione e
ricombinazione con virus dormienti (presenti in tutti i genomi) può
generare virus infettivi.
- Diffusione di
nuovi geni pericolosi e costrutti di geni mai esistiti.
- Moltiplicazione
di impatti ecologici dovuti a tutti i fattori su elencati.
Il DNA
transgenico non è uguale al DNA naturale
I
fautori dell’ingegneria genetica amano rassicurare il pubblico
affermando che il DNA è DNA, non importa come si fa o si ottiene. Essi
dicono, abbiamo mangiato una quantità di DNA con i nostri cibi e non
siamo mai diventati cavoli o mucche. Quindi, perché dovremmo
preoccuparci del DNA transgenico?
E’ stato già spiegato perché dovremmo preoccuparci del DNA transgenico
(vedi Riquadro 3). E’ bene notare che il DNA transgenico oltre ad essere
fatto prevalentemente da geni di virus e batteri che causano malattie,
questi geni sono messi insieme in combinazioni che non sono mai esistite
in miliardi d’anni d’evoluzione.
Per vedere quanto è diverso il DNA transgenico da quello naturale è
necessario conoscere la sua struttura di base.
I geni non vengono
mai trasferiti da soli. Essi svengono trasferiti in unità detti
costrutti, noti come cassette di espressione di geni. Ciascun
gene deve essere accompagnato da uno speciale pezzo regolatore di
materiale genetico, il promotore, che segnala alla cellula di
accendere il gene, cioè, di agganciare i fattori della trascrizione e
l’RNA polimerasi che trascrive la sequenza del DNA del gene in RNA.
All’altro estremo del gene ci deve essere un altro segnale, un
terminatore, per fermare la trascrizione e far si che quanto è stato
trascritto possa essere ulteriormente processato e tradotto in proteina.
La più semplice cassetta di espressione è simile a questa: Generalmente,
ciascun pezzo del costrutto (promotore, gene, terminatore) deriva da una
fonte diversa. Il gene stesso può anche essere composto da pezzi di
diversa origine. Diverse cassette sono, frequentemente, legate in serie
o “accatastate” nel costrutto finale. Almeno una delle cassette di
espressione sarà quella con il gene marcatore per la resistenza
all’antibiotico, che consente alle cellule, che hanno introdotto il
costrutto estraneo, di essere scelte con l’uso di antibiotici, che
spesso restano nell’organismo transgenico.
I blocchi di
materiale genetico del costrutto, sopra disegnato, di diversa origine,
sono legati da semplici linee per indicare la potenziale debolezza dei
legami che tengono uniti i materiali genetici. Tali costrutti
artificiali sono noti per essere strutturalmente instabili, rispetto al
DNA naturale, tendendo a rompersi ed a riarrangiarsi, tanto che
l’instabilità dei vettori artificiali meriterebbe una trattazione a
parte. L‘instabilità strutturale aumenta il trasferimento genico
orizzontale e la ricombinazione. Inoltre, certi tipi di costrutti
transgenici sono extra-instabili, quindi particolarmente inclini al
trasferimento genico orizzontale e ricombinazione con tutti i rischi
annessi e connessi.
Il promotore
CaMV 35S
Il
virus del mosaico del cavolfiore (CaMV) infetta piante della famiglia
dei cavoli. Uno dei suoi promotori, il promotore 35S, è stato ampiamente
usato in colture GM sin dall’inizio dell’ingegneria genetica, prima che
venissero alla luce alcuni suoi caratteri preoccupanti. Il più serio di
questi è che il promotore 35S sembra avere un “punto caldo per la
ricombinazione” (recombination hotspot), per cui esso tende a
ricombinare con altro DNA, benché ciò apparve evidente, definitivamente,
solo molto più tardi.
Sin dall’inizio degli anni 1990, sono sorti maggiori dubbi a proposito
della sicurezza di geni virali che erano stati incorporati nelle piante
GM per renderle resistenti agli attacchi da virus. Molti dei geni virali
tendono a ricombinare con altri virus per generare nuove ed a volte
super infezioni da virus. Joe Cummins, Professore Emerito all’Università
del Western Ontario, Canada, nel 1994, fu per lo più una voce solitaria
nel fare delle osservazioni sul promotore CaMV 35S.
Promotore Gene
Terminatore
Nel
1999, l’evidenza definitiva sul punto caldo alla ricombinazione del
promotore CaMV 35S venne fornita da due lavori pubblicati
indipendentemente da due gruppi di ricercatori. E’ abbastanza singolare
il fatto che Mae Wan Ho e collaboratori incapparono in uno dei due
lavori consultando la bibliografia in internet sotto la voce
“instabilità transgenica”.
Ciò spinse il gruppo di Ho a fare un’analisi critica sulla sicurezza che
comporta questo ed altri risultati relativi al promotore CaMV 35S, al
fine di avviare un dibattito tra scienziati o almeno così pensavano. Il
gruppo mise in evidenza che il punto caldo alla ricombinazione del
promotore CaMV 35S è affiancato da diversi elementi, noti per essere
coinvolti nella ricombinazione, praticamente simili ad altri punti caldi
alla ricombinazione, ivi inclusi gli estremi del vettore del DNA di
Agrobacterium tumafaciens, frequentemente usato per ottenere piante
transgeniche. Il sospettato meccanismo della ricombinazione – rottura
della doppia elica di DNA e successiva riparazione – richiede qualche o
nessuna sequenza omologa di DNA, tanto che la ricombinazione tra
transgeni virali e virus infettivi è stata ampiamente dimostrata.
Inoltre, il promotore funziona con efficienza in tutte le piante, alghe
verdi, lieviti ed Escherichia coli. Il promotore ha una struttura
modulare, con parti comuni a, ed interscambiabili con, promotori di
molti altri virus di piante e animali.
Queste scoperte
suggeriscono che i costrutti transgenici con il promotore CaMV 35S
dovrebbero essere particolarmente instabili ed inclini al trasferimento
genico ed alla ricombinazione, con tutti i rischi che ne conseguono:
mutazioni geniche dovute a inserzioni casuali, cancro, riattivazione di
virus dormienti e generazione di nuovi virus. Queste considerazioni
furono particolarmente rilevanti alla luce del rapporto di Ewen e
Pusztai, pubblicato sulla rivista The Lancet, nel quale si
evidenziava che certe patate transgeniche contenenti il promotore CaMV
35S possono essere nocive per i ratti. Gli autori suggerirono che una
parte significativa degli effetti potrebbe essere dovuta “al costrutto o
alla trasformazione genetica (o a entrambi)”.
Conseguentemente,
Il gruppo di Ho chiese l’immediato ritiro di tutte le colture GM
contenenti il promotore CaMV 35S.
Quando, finalmente, il lavoro del gruppo di Ho fu accettato per la
pubblicazione, la rivista, Ecologia di Microbiologia per la Salute e la
Malattia (Microbial Ecology in Health and Disease), venne fuori con un
articolo pubblicato sul proprio website intitolato un “argomento caldo”.
Nel giro di un giorno, qualcuno di nome Klaus Amman organizzò almeno
nove critiche che rimbalzarono in internet, andando dall’abusivo e
condiscendente al relativamente moderato. Dopo si apprese che Klaus
Amman è una figura chiave nello stabilire (o insidiare) gli standards
della sicurezza a livello internazionale.
Amman è Direttore
dell’orto botanico dell’Università di Bern, Svizzera. Amman, insieme a
John Beringer, Julian Kinderlerer, Alan McHughen and Mark Tepfer (autore
di una delle critiche), formò la Società Internazionale per la
Biosicurezza della Ricerca, di cui cura la rivista La Ricerca per la
Biosicurezza Ambientale (Environmental Biosafety Resaerch).
Egli inoltre siede nel Comitato Direttivo dei seguenti gruppi: La
Fondazione per la Scienza Europea; Accertamento degli Impatti delle
Piante Geneticamente Modificate (AIGM); Gensuisse; Gruppo per la
Promozione di MG, fondato dall’industria farmaceutica Interfarma e
Internutrition; Gruppo per la promozione dei cibi GM, il cui gruppo di
lavoro è formato da rappresentati dell’industria alimentare, come
Nestlè, Monsanto, Hoffmann La Roche, DuPont e Syngenta.
Amman è anche
co-editore del website la Bio-Sfera Francofirte-Berna (Bio-Scope
Frankfurt-Bern), sostenuto da Europabio, un gruppo industriale per MG.
Amman con CS Prakash e altri firmò una “lettera aperta alla Commissione
per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite” (aprile 2000). La
lettera avvertiva la Commissione contro la “necessità di una super
regolazione” delle MG e che “un’aderenza molto stretta alle regole di
precauzione potrebbe significare una vera minaccia per l’ambiente e le
popolazioni di esseri umani intorno al mondo”. Ovviamente, detta lettera
era destinata ad essere contro il Protocollo sulla Biosicurezza di
Cartagena che fu finalmente accettata in gennaio del 2000, dopo una
lunga e difficile negoziazione avviata almeno nel 1995. In effetti, la
proposta per un protocollo internazionale sulla biosicurezza, per
regolare l’ingegneria genetica, fu presentata per la prima volta dalla
Malesia alla Convenzione sulla Diversità Biologica delle Nazioni Unite,
intorno al 1990. Il principio di precauzione è custodito gelosamente,
come una reliquia, nella Protocollo sulla Biosicurezza di Cartagena, che
dopo (4 marzo 2003) fu siglato da 45 Paesi, ivi inclusa l’Unione
Europea; benché non siano diminuiti i tentativi di scalzarlo.
Amman, inoltre, è
editore di una lista elettronica fortemente pro-MG e da allora è stato
accusato di svolgere un ruolo di leader, insieme a CS Prakash, nel
mobilizzare gli attacchi sul lavoro di David Quist and Ignacio Chapela,
pubblicato su Nature e riguardante la contaminazione transgenica
di razze locali di mais.
Per quanto riguarda gli attacchi mossi contro il lavoro del gruppo di Ho
sul CaMV, curiosamente, la critica più moderata fu quella della
Monsanto, mentre la più violenta fu quella di Paul Christou, il leader
di una delle tematiche di ricerca al JIC (John Innes Centre) che aveva
fornito l’evidenza molecolare del punto caldo della ricombinazione, ma
aveva sbagliato nel tirare le conclusioni, quelle che al gruppo di Ho
sembrarono le più ovvie.
Il gruppo di Ho
rispose a tutte le critiche in un lavoro che fu fatto circolare in
internet, e successivamente pubblicato in una rivista scientifica. Ad
oggi, nessuno ha reagito alle loro risposte.
Sfortunatamente, le osservazioni più oltraggiose e violente furono
inserite in un pezzo “analysis” scritto da un editore di Nature
Biotechnology con il titolo “Business and regulatory new” (Nuovi
affari e regolatori) pubblicato in gennaio 2000. Quella ”analysis”
mescolando opinioni con “sentito dire” conteneva diffamazioni e calunnie
tali che convinsero la rivista a dare, giustamente, al gruppo di Ho la
possibilità di rispondere. Con grande ritardo e disinvoltura l’ufficio
di Nature biotechnology prese in considerazione le e-mails di Mae
Wan Ho. La risposta fu finalmente pubblicata diversi mesi più tardi, cui
seguì, tuttavia, un altro attacco, ma questa volta, Nature
biotechnolgy si rifiutò di dare al gruppo di Ho la possibilità di
replicare.
Tutte le critiche
scientifiche sostanziali apparvero finalmente in un lavoro pubblicato in
una rivista nella quale apparve anche il lavoro originale del gruppo di
Ho. Roger Hull, del JIC, fu il primo autore e Phil Dale, un membro della
ACNFP, il terzo autore. Le loro principali critiche scientifiche
sbollirono nelle seguenti.
Primo, la gente ha mangiato virus di cavoli e cavolfiori infetti per
anni senza subire danni, perciò perché dovremmo preoccuparci del
promotore CaMV 35S? Secondo, le piante sono già cariche di sequenze di
pararetrovirus, non diversi da CaMV, perciò perché ci dovrebbero essere
dei rischi?
Il gruppo di Ho
confutò tutte le critiche in un lavoro, più lungo dell’originale,
pubblicato subito dopo nella stessa rivista, dove mise in evidenza, tra
le altre cose, che la gente non ha mangiato il promotore CaMV 35S
strappato dal suo contesto genetico evolutivo naturale ed inserito nel
DNA transgenico.
Il fatto che le piante sono “cariche” di sequenze di pararetrovirus
simili al CaMV ed altri potenziali elementi mobili può solo peggiorare
le cose. I pararetrovirus sono virus che usano la trascriptasi inversa,
ma per la replicazione non dipendono dall’integrazione nel genoma
dell’ospite.
I pararetrovirus
includono una famiglia che contiene i patogeni umani, il virus
dell’epatite B. E’ importante sapere che il promotore CaMV 35S potrebbe
attivare i virus dormienti come quello dell’epatite B, che come sappiamo
si integrò, nel corso dell’evoluzione, in alcuni genomi umani e sembra
essere associato alla malattia.
Tutti o quasi tutti gli elementi integrati nei genomi nel corso
dell’evoluzione dovrebbero essere stati “addomesticati” e quindi non
sono più mobili. Ma l’integrazione dei costrutti transgenici contenenti
il promotore 35S può mobilizzare detti elementi. Elementi che a loro
volta possono fornire funzioni di aiuto per destabilizzare il DNA
transgenico e funzionare da substrati per la ricombinazione e per
generare più elementi esotici invasivi.
Da allora è emersa
l’evidenza che l’integrazione di geni estranei in genomi associati alle
modificazioni genetiche di Arabidopsis possono davvero attivare
trasposoni e sequenze provirali, conducenti alla destabilizzazione del
genoma. Perciò, il gruppo di Ho non era lontano dalla verità.
A Roger Hull gli fu chiesto da un gruppo locale chiamato “Cittadini
Interessati di Wivenhoe” di rispondere al gruppo di Ho.
Hull inizialmente promise che avrebbe risposto, ma dopo un lungo
ritardo, scrisse dicendo che ne aveva discusso con il Direttore dello
JIC e decise di non rispondere, ma di “redigere un documento istruttivo
rivolto a decisionisti e opinionisti”.
Nel corso del
dibattito con i critici, il gruppo di Ho trovò persino prove più
schiaccianti.
Emerse che benché il CaMV infetta solo le piante e la famiglia dei
cavoli, il suo promotore 35S è promiscuamente attivo in tutte le specie
viventi, non solo batteri, alghe, funghi e piante, ma anche animali e
cellule umane, così come apparve in un lavoro scientifico datato 1990. I
genetisti che avevano incorporato il promotore CaMV 35S praticamente in
tutte le colture GM ora commercializzate sembrano ignorare tutto ciò e,
comunque, ancora oggi non lo ammettono
pubblicamente.
ACRE (Advisory
Committee on Releases to the Environment) non ha scuse per l’omissione
di detta informazione nel suo ultimo Rapporto, poiché su questo Mae Wan
Ho ha, più volte, richiamato l’attenzione, sia per iscritto sia
oralmente, a diversi incontri aperti al pubblico. Al di là delle
scenate, comunque, il promotore CaMV 35S è stato silenziosamente
ritirato. Esso non appare più nella maggior parte della produzione di
colture GM.
La recente evidenza relativa alla contaminazione transgenica di razze
locali di mais messicano suggerisce che le previsioni del gruppo di Ho
riguardanti il promotore CaMV 35S siano state accettate.
Perché il DNA
transgenico è più predisposto al trasferimento orizzontale
Il DNA
transgenico è diverso dal DNA naturale per molti aspetti, i quali
contribuiscono tutti ad aumentare la predisposizione al trasferimento
orizzontale in genomi di organismi non imparentati, nei quali il DNA
transgenico può ricombinarsi anche con nuovi geni (Riquadro 4).
Riquadro 4
Maggiore
probabilità alla diffusione orizzontale del DNA transgenico
- Il DNA
transgenico è stato progettato per saltare nei genomi.
- I costrutti
genici innaturali tendono ad essere strutturalmente instabili e quindi
si rompono e si legano o si ricombinano con altri geni.
- I meccanismi che
permettono ai costrutti di geni estranei di saltare nei genomi
consentono loro di saltare di nuovo fuori e di reinsirirsi in un altro
sito o in un altro genoma. Per esempio, l’enzima integrasi, che
catalizza l’inserzione del DNA virale nel genoma ospite, funziona anche
come disintegrasi, catalizzando la reazione inversa. Queste integrasi
appartengono ad una superfamiglia di enzimi simili, presenti in tutti i
genomi, dai virus e batteri alle piante superiori ed animali. Le
ricombinasi ed i trasposoni sono simili.
- Le estremità dei
più comuni vettori usati per piante transgeniche, il T-DNA dell’Agrobacterium,
sono dei punti caldi per la ricombinazione (siti che finiscono per
rompersi e rilegarsi). Inoltre, un punto caldo per la ricombinazione è
associato anche al promotore del virus del mosaico del cavolfiore (CaMV)
ed a molti terminatori, il che significa che tutto o parti del DNA
integrato avrà o avranno una aumentata inclinazione ad un trasferimento
genico orizzontale secondario ed alla ricombinazione.
- Una recente
evidenza indica che i costrutti di geni estranei tendono ad integrarsi
nei genomi in corrispondenza dei punti caldi alla ricombinazione, che di
nuovo tenderebbe ad aumentare i cambiamenti del DNA transgenico
disintegrandosi e trasferendosi orizzontalmente.
- Il DNA
transgenico spesso ha altri segnali genetici, tali come origini di
replicazione lasciati dai vettori plasmidi. Anche questi sono punti
caldi di ricombinazione e inoltre possono permettere al DNA transgenico
di essere replicato indipendentemente come plasmidio, cioè pronto per
essere trasferito orizzontalmente tra i batteri.
- Lo stress
metabolico sugli organismi ospiti dovuto alla continua super espressione
dei geni estranei legati a promotori aggressivi, come il CaMV 35S,
aumenteranno anche l’instabilità del DNA transgenico, facilitando quindi
il trasferimento genico orizzontale.
- Il DNA
transgenico è tipicamente un mosaico di sequenze di DNA provenienti da
molte specie diverse e loro parassiti genetici; queste omologie indicano
che il DNA transgenico sarà più incline a ricombinarsi con, e trasfersi
con successo verso, genomi di molte specie con la stessa efficacia dei
loro parassiti genetici. Generalmente, la ricombinazione tra omologhi si
verifica con una frequenza che è di mille o un milione di volte
superiore a quella con cui si verifica la ricombinazione tra non
omologhi.
Per
approfondimenti si consiglia la lettura del libro “Living with the
Fluid Genome” di Mae Wan Ho, pubblicato nel 2003 da “The Institute
of Science in Society” PO Box 32097 London NW1 OXR, UK and The Third
World Network 121-S Jalan Utama 10450 Penang, Malaysia.
Mae Wan Ho è
Direttrice del “The Institute of Science in Society” PO Box 32097 London
NW1 OXR, UK, ed è Editore della prestigiosa rivista trimestrale “Science
in Society”.
Il libro “Living
with the Fluid Genome” è una grazia divina, in quanto contiene
verità che ci aiutano a comprendere quanto sia pericolosa l’ingegneria
genetica e quindi quanto sia fondamentale che i nostri governanti siano
adeguatamente informati al fine di promulgare leggi atte ad evitare che
il flagello dell’ingegneria genetica, cioè il trasferimento genico
orizzontale, crei problemi di sopravvivenza, tra l’altro irreversibili,
alla specie umana ed a tutta la biosfera.
