Kati Karikó, domatrice di mRNA

SPECIALE CORONAVIRUS

Siete stati vaccinati? Vi state gustando un po’ di ritrovata libertà? State cominciando a dimenticare la paura? Se il vaccino anti-Covid-19 che vi hanno fatto è a mRNA, per la protezione e il sollievo siete anche un po’ in debito con una signora ungherese dall’improbabile traiettoria di vita e lavoro.

Katalin Karikó (Foto: Wikipedia)

Oggi le nostre cellule possono fare una cosa inedita e insperata. Possono funzionare come una sorta di stampante 3D, producendo in proprio e in sicurezza una qualsiasi proteina dettata da istruzioni contenute in un RNA messaggero (mRNA) prodotto in laboratorio. Il mRNA è un po’ come un software, che con qualche riga di codice dice alla stampante 3D che cosa produrre. Può essere fornito dall’esterno, avvolto in un involucro di nanolipidi, tramite una semplice iniezione intramuscolare.

Ora la cosa sembra molto semplice e funziona, ma arrivarci è stato tutto fuorché banale, per usare un eufemismo. La vicenda della tecnologia a mRNA, e di Katalin Karikó che l’ha tenacemente perseguita, è stata anzi delle più improbabili, come ha raccontato Gina Kolata ad aprile 2021 sul New York Times.

Figlia di un macellaio, cresciuta in Ungheria, Karikó dice di avere sempre saputo di voler fare la scienziata, ancora prima di averne visto uno, di scienziato. Dopo la laurea, l’università ungherese in cui faceva i primi passi da ricercatrice non aveva più soldi per pagarla, perciò ha deciso di emigrare.

Siamo negli anni Ottanta. Moglie, marito, figlia di due anni: una giovane famiglia ungherese vola negli Stati Uniti. Unico bene, l’equivalente di circa 1200 dollari odierni, cuciti nell’orsacchiotto della bambina, per evitare la confisca da parte delle guardie di frontiera.

Approdata nell’ottima Università della Pennsylvania, la dottoressa Karikó è colei che, nel gergo non sempre gentile dei ricercatori, potrebbe essere definita un’eterna post-doc. Bravissima e stabilmente precaria, la dottoressa saltabecca da un laboratorio all’altro, sempre appesa alla speranza di essere accettata da uno scienziato, dopo che il precedente o se n’è andato o ha cambiato carriera.

Ma per lei ciò non sembra essere un problema. Tuttora, molti anni dopo, la sua felicità è stare al bancone di laboratorio a fare e pensare esperimenti di ottima scienza. Di tutto il resto –della carriera, di uno stipendio decente, per non parlare dei brevetti o della fama – non si è mai curata.

Fin dall’inizio della sua tortuosa carriera è ossessionata dal mRNA. Una molecola di mRNA contiene le istruzioni per fabbricare una specifica proteina. Le istruzioni sono una copia di un pezzo di DNA che si trova nel nucleo: l’mRNA le trasporta nel citoplasma, alle macchine cellulari che sintetizzano le proteine. Mentre DNA e RNA sono pura informazione, le proteine sono gli oggetti molecolari di cui siamo fatti: quelli che costruiscono, fanno funzionare, riparano il nostro corpo.

L’idea semplice e audace di Kati Karikó va però oltre la dotazione naturale di mRNA e proteine. Lei voleva sintetizzare uno specifico mRNA in laboratorio per iniettarlo in un organismo. Con quella istruzione le cellule di tale organismo avrebbero fabbricato una specifica proteina che altrimenti non sarebbe stata prodotta. Lo scopo ultimo è farci fabbricare da noi, internamente, quelle proteine dettate da istruzioni esterne, da usare per prevenire o curare potenzialmente qualunque problema.

Peccato che fino a poco tempo fa il mRNA fosse una molecola indomabile. Dai miei tempi remotissimi di giovane ricercatrice, ricordo che in laboratorio tutti detestavano l’mRNA perché era una sostanza incredibilmente abbondante e instabile. Si infilava dappertutto, contaminava ogni esperimento, si degradava in continuazione.

Ogni scienziato assennato stava alla larga dal mRNA. Soprattutto, quasi nessuno credeva che da quella materia intrattabile potesse saltare fuori qualcosa di maneggevole. Anche per queste ragioni la dottoressa Karikó e i suoi collaboratori hanno incontrato notevoli difficoltà a trovare soldi per le proprie ricerche e a pubblicare i risultati.

«La maggior parte della gente rideva di noi» ha detto a Gina Kolata il dottor Elliot Barnathan, un cardiologo che è stato il primo capo della Karikó a UPenn. Quando gli esperimenti in laboratorio sembravano promettere bene, il dottor Barnathan aveva però cambiato lavoro.

Fortuna ha voluto che la dottoressa Karikó sia potuta passare nel laboratorio del dottor Langer. Un neurochirurgo, il dottor Langer sperava di usare l’mRNA per curare i pazienti che sviluppano trombi e ictus dopo un’operazione al cervello. Dopo qualche tentativo fallito, in cellule di laboratorio e in conigli proni agli ictus, anche il dottor Langer aveva gettato la spugna.

Di nuovo senza un laboratorio e senza un capo, un giorno la dottoressa Karikó incontra per caso un ricercatore che non conosce, alla macchina delle fotocopie. È Drew Weissman, un allievo di Anthony Fauci che sta lavorando a un vaccino anti-HIV. Lei la spara grossa: «Con l’mRNA posso fare qualunque cosa», anche un vaccino anti-AIDS.

Drew Weissman (Foto: Wikipedia)

Gli esperimenti di Karikó erano in realtà in stallo. Riusciva a far produrre le proteine dettate dai suoi mRNA a cellule in coltura, ma non ai topini che avevano qualche problema e nessuno capiva bene perché.

Dopo le iniezioni di mRNA i topi si ingobbivano, gli si arruffava il pelo, smettevano di mangiare e di correre. Da queste reazioni, che denotavano una forte infiammazione, Weissman e Karikó avevano capito che il sistema immunitario del topo riconosceva l’mRNA come qualcosa di estraneo e pericoloso, come fosse originato da microbi invasori.

Era peraltro strano che l’mRNA scatenasse un’infiammazione. Sia noi, sia i topi ne produciamo in continuazione e a palate, e il sistema immunitario non fa una piega. Che cosa aveva di diverso l’mRNA prodotto dalla dottoressa Karikó, rispetto a quello endogeno?

La soluzione è venuta da un esperimento di controllo. Mentre l’mRNA sintetizzato da Karikó scatenava una forte reazione immune, il tRNA umano utilizzato come controllo non faceva niente di simile. Un singolo nucleotide di differenza – la pseudouridina nel tRNA umano al posto dell’uridina in quello sintetico – lasciava tranquille le difese. Anche nell’mRNA umano, si è poi scoperto, è utilizzata questa particolare molecola. I vaccini a mRNA contengono dunque un mRNA sintetico che è però totalmente identico a quello da noi prodotto ed è per questo totalmente fisiologico.

Piccola parentesi immunologica. Il problema in cui erano incappati Karikó e Weissman è in realtà un utilissimo e antichissimo meccanismo di difesa che intercetta rapidamente la presenza di DNA e RNA microbico. Si tratta di un’attività del sistema immunitario innato, quello più veloce, che condividiamo con gran parte degli animali. Più precisamente, sono i cosiddetti “toll-like receptors” che si trovano su numerose cellule nell’organismo a riconoscere, tra le altre cose, gli acidi nucleici di batteri e virus.

I connotati che catturano l’attenzione dei toll-like receptors sembrano essere le conformazioni strane di DNA e RNA. Oppure il fatto che queste molecole si trovino in aree dell’organismo dove non dovrebbero essere. Il riconoscimento è generale e non specifico. Vengono infatti identificate caratteristiche comuni a molti microrganismi (e non a un singolo batterio o virus, per cui è invece all’opera il sistema immunitario adattativo, con i linfociti B e T). Per la scoperta dei toll-like receptors e di questi meccanismi dell’immunità innata, nel 2011 Bruce A. Beutler e Jules A. Hoffmann hanno ricevuto il premio Nobel per la fisiologia o la medicina.

Bruce Beutler e Jules Hoffmann (Foto: Nobelprize.org)

Dopo che Karikó e Weissman hanno inserito la pseudouridina nei loro preparati, Il mRNA sintetico è diventato non solo tollerabile, ma anche dieci volte più potente. L’idea che l’mRNA potesse essere usato per alterare le funzioni di una cellula aveva a questo punto ottenuto una prova di principio di efficacia e tollerabilità non solo nei topi ma anche in un primate, una scimmia, con i risultati finalmente pubblicati nel 2005 sull’autorevole rivista Immunity.

Ciò nonostante, nel 2005 lo scetticismo sul possibile uso clinico dell’mRNA era ancora fortissimo. Nessuno ancora credeva che questa intrattabile molecola potesse diventare un farmaco, una terapia, un vaccino. Karikó e Weissman hanno presentato invano dati e speranze a una miriade di aziende farmaceutiche, biotech, venture capitalist. Hanno perfino fondato un piccolo spin-off universitario, che però non ce l’ha fatta a sopravvivere, e l’università alla fine ha venduto i brevetti.

Finalmente due piccole biotech hanno preso nota del lavoro di Karikó e Weissman. Sono state la Moderna negli Stati Uniti e la BioNTech in Germania. Nel 2013 la dottoressa Karikó è stata assunta alla BioNTech. Il resto è storia, attuale e futura. Chissà quante malattie potremo prevenire e curare con l’mRNA sintetico.

Come funzionano I vaccini anti-covid-19 a mRNA, in un video della PBS (Youtube)

 

Quali sono i principali vantaggi della tecnologia a mRNA? Innanzitutto la velocità impressionante con cui si può sviluppare un preparato da zero, conoscendo solo la sequenza genetica per la proteina che si vuole produrre. Lo abbiamo visto nel caso dei vaccini anti-Covid-19: è bastato che le informazioni sul genoma del patogeno fossero pubblicate su internet, senza che il virus abbia dovuto essere spedito da un laboratorio all’altro né essere cresciuto in coltura. Il vaccino, a base di mRNA per la proteina “Spike” di SARS-CoV-2, è stato pronto in pochissimo tempo. Dopo le sperimentazioni cliniche che ne hanno appurato sicurezza ed efficacia, i vaccini a mRNA anti-Covid-19 sono stati somministrati a oggi in circa 500 milioni di dosi nel mondo, secondo Our World in Data.

Le istruzioni che si possono inserire negli mRNA sono potenzialmente infinite e non limitate ai vaccini. Di conseguenza, le proteine prodotte possono essere di qualsiasi tipo, con i più svariati effetti terapeutici desiderati. Insomma, la tecnologia è straordinariamente agile e versatile, e vedremo in futuro quali e quanti usi clinici se ne riuscirà a fare.

In debito con Kati Karikó e Drew Weissman siamo dunque tutti nel mondo. Anche chi è ancora in attesa di un vaccino, o chi ha fatto un vaccino diverso, o ancora chi per diverse ragioni non riceverà alcuna vaccinazione. Se piano piano il mondo uscirà dalla pandemia di Covid-19, sarà anche grazie alla persistenza ostinata di Kati Karikó e Drew Weissman, su un’idea semplice ma difficilissima da realizzare.

(Lo dico tra parentesi, per scaramanzia: a Stoccolma qualcuno ha sicuramente preso nota).

 

Per scrivere questo post ho consultato: Gina Kolata, Kati Karikó Helped Shield the World From the Coronavirus, The New York Times (8/4/2021); Julia Kollewe, Covid vaccine technology pioneer: ‘I never doubted it would work’, The Guardian (21/11/2020); University of Pennsylvania mRNA Biology Pioneers Receive COVID-19 Vaccine Enabled by their Foundational Research, Penn Medicine News. Nella foto in apertura (University of Pennsylvania) Kati Kariko e Drew Weissman ricevono, a fine 2020, il vaccino a mRNA sviluppato grazie alle loro scoperte.

Per la lezione

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