Lotta internazionale al coronavirus: dalla piattaforma di screning genetico al gioco pubblico on-line per trovare farmaci

Centinaia di clinici in tutto il mondo si stanno riunendo nel tentativo di studiare alcuni tipi di casi gravi della nuova malattia da coronavirus. Il progetto, guidato dall’investigatore Howard Hughes Medical Institute (HHMI) Jean-Laurent Casanova alla Rockefeller University, cerca di identificare gli errori genetici che rendono alcuni pazienti più giovani particolarmente vulnerabili al virus che causa COVID-19, la malattia respiratoria infettiva nota anche come malattia di coronavirus 2019. Casanova mira a arruolare 500 pazienti a livello internazionale che soddisfano tre criteri generali: hanno meno di 50 anni, sono stati diagnosticati con COVID-19 e ricoverati in un’unità di terapia intensiva e non hanno gravi malattie di base, come diabete, malattie cardiache o polmonari. Studiando il DNA di questi pazienti, gli scienziati possono individuare mutazioni genetiche che rendono alcune persone più sensibili alle infezioni. Tali informazioni potrebbero un giorno aiutare i medici a identificare le persone che sono maggiormente a rischio di sviluppare una grave malattia coronavirus. Potrebbe anche offrire indizi per gli scienziati alla ricerca di nuove terapie. Ad esempio, se le cellule dei pazienti non producono abbastanza di una particolare molecola, i medici potrebbero essere in grado di offrire un supplemento come trattamento.

Quel giorno potrebbe essere ancora lontano anni ma il team di Casanova è ottimista. Hanno già iniziato ad arruolare pazienti e hanno iniziato a sequenziare i loro “esomi”, precisando tutte le lettere del DNA in ogni gene del genoma di una persona. Alla fine dell’anno scorso, quando le prime infezioni da coronavirus hanno iniziato a manifestarsi in Cina, Casanova ha iniziato a contattare i suoi colleghi lì. Sebbene i casi più gravi sembrassero concentrarsi tra gli adulti più anziani e quelli con altre condizioni, Casanova era interessato ai valori anomali: bambini e giovani adulti colpiti duramente dalla malattia che non avevano nessuno dei soliti fattori di rischio, come l’età. Il suo team ha dato il via a un nuovo progetto per studiare questi misteriosi casi e a gennaio – poche settimane dopo l’epidemia di Wuhan – ha iniziato a arruolare pazienti. I medici hanno inviato sangue e DNA dei pazienti al suo laboratorio e i ricercatori lì e altrove hanno iniziato a processare i campioni, i primi passi necessari affinché gli scienziati scrutassero il genoma dei pazienti. Ora il progetto è globale e Casanova sta collaborando con scienziati e operatori sanitari dall’Europa all’Africa, all’Asia e all’Australia.

La caccia alle basi genetiche di gravi malattie infettive non è una novità per il team di Casanova. Quello che stanno facendo con il coronavirus è quello che il suo laboratorio ha fatto per 25 anni con altre infezioni. Cercano punti deboli nel sistema immunitario delle persone: piccoli cambiamenti genetici che rendono le persone più vulnerabili alle malattie. Il suo gruppo ha precedentemente cercato i genomi di pazienti infetti da virus, batteri, funghi e persino parassiti. L’infezione più vicina a COVID-19 studiata dal suo team è la polmonite influenzale grave, per la quale hanno scoperto tre legami genetici. Hanno anche identificato specifici errori genetici che possono predisporre i pazienti con herpes all’encefalite virale. E hanno scoperto che i bambini con mutazioni in un gene dell’immunità chiamato IFN-gamma sono vulnerabili ai batteri che causano la tubercolosi. Questi bambini producono bassi livelli di interferone-gamma, che è fondamentale per combattere le infezioni batteriche. Il Dr. Casanova ha messo in pratica queste scoperte in modo clinico: spera di identificare i geni problematici nei pazienti con infezione da coronavirus grave che possono portare a vantaggi clinici simili.

La cosa migliore che la maggior parte di noi può fare per combattere COVID-19 è stare a casa, per frenare la diffusione della malattia respiratoria. Ma chiunque abbia un computer può intervenire anche più attivamente: aiutando gli scienziati a progettare farmaci per combattere il virus ora responsabile di centinaia di migliaia di infezioni in tutto il mondo. L’investigatore David Baker, che lavora presso l’Istituto medico Howard Hughes, crea nuove proteine ​​su misura per compiti specifici. Ora, il suo team dell’Università di Washington è alla ricerca di proteine ​​che potrebbero impedire al romanzo coronavirus (chiamato SARS-CoV-2) di infettare le cellule umane – e stanno arruolando cittadini scienziati per aiutare tramite un gioco per computer gratuito chiamato Foldit (letteralmente “ripiegalo”). I giocatori di tutto il mondo competono per risolvere i puzzle delle proteine ​​in modo digitale, progettando molecole con determinate specifiche. Gli scienziati stanno ora sfidando i giocatori a progettare proteine ​​in grado di penetrare nel nuovo coronavirus e bloccarne l’ingresso nelle cellule. Tali proteine ​​potrebbero essere potenzialmente sviluppate in farmaci antivirali, per ridurre la gravità dei sintomi dei pazienti. I mattoni delle proteine ​​chiamati amminoacidi si uniscono per formare lunghe catene. Quelle catene si accartocciano in strutture tridimensionali più compatte – una forma finita di una proteina.

I ricercatori possono prevedere come una catena potrebbe crollare o lavorare all’indietro, per capire quali combinazioni di aminoacidi creano una particolare struttura proteica. Il team di Baker ha una buona idea del tipo di proteine ​​che stanno cercando. Come altri coronavirus, il virus che causa COVID-19 può infettare le cellule attraverso la sua “proteina spike”. Questa proteina si attacca su alcune cellule umane, lasciando che il virus passi attraverso la membrana esterna per moltiplicarsi all’interno. Una proteina che afferra la proteina “spike” del coronavirus potrebbe essere in grado di eseguire interferenze, impedendo al virus di legarsi alle cellule. Trovare una tale proteina è un compito scoraggiante: ci sono “appena” diversi miliardi di possibilità. Le cellule costruiscono proteine ​​da un kit di venti aminoacidi standard. Ogni proteina può avere centinaia di aminoacidi collegati tra loro, producendo miliardi di configurazioni. Tuttavia, il laboratorio di Baker utilizza algoritmi informatici su misura per accelerare il processo di progettazione delle proteine. Data una forma bersaglio, il loro programma restituisce combinazioni di aminoacidi che, una volta piegate, potrebbero produrre qualcosa di simile. Gli algoritmi possono anche calcolare l’ipotetica stabilità delle proteine, il che riflette la probabilità che mantengano la loro forma proposta nella vita reale.

Il Dr. Brian Koepnick, ricercatore nel laboratorio di Baker che aiuta a gestire Foldit, è ottimista: “Il gioco funziona insieme a questo programma per computer, ma consente agli umani di prendere le redini. I giocatori possono costruire una proteina da zero e modificarla mentre vanno, cercando di soddisfare i criteri di progettazione mentre competono per il punteggio di stabilità più alto. Stiamo trovando il modo in cui esseri umani e computer possono lavorare insieme per risolvere questo problema, piuttosto che fare affidamento sui punti di forza dell’uno o dell’altro. Scopriamo che la creatività del crowdsourcing è davvero molto utile: se chiedi a 100 persone di fare qualcosa, lo faranno in 100 modi diversi. Questo è davvero prezioso per noi in problemi di progettazione di proteine. Dal 2008, quando il gioco è stato lanciato dal nostro laboratorio, abbiamo presentato quasi 2000 diversi puzzle di progettazione proteica a centinaia di migliaia di giocatori di Foldit. Abbiamo scoperto che i giocatori di Foldit possono davvero realizzare progetti straordinari che si piegano come previsto. Siamo davvero entusiasti di vedere ora cosa escogitano i giocatori di Foldit per COVID-19. Il nostro team ha avuto successo usando una strategia simile per progettare inibitori del virus dell’influenza. In generale, i coronavirus sembrano mutare meno dei virus dell’influenza. Questo li rende un po’ più facili da raggiungere”.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD; specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

Kerner G et al., Casanova JL, Bustamante J. J Clin Invest. 2020 Mar 12.

Casanova JL, Bonagura V. J Clin Immunol. 2019 Nov; 39(8):751-752.

pagina web fold.it Solve puzzles for Science.

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Informazioni su Dott. Gianfrancesco Cormaci 2447 Articoli
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry specialty in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Detentore di un brevetto sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento immunologicamente neutralizzata (owner of a patent concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di un libro riguardante la salute e l'alimentazione, con approfondimenti su come questa condizioni tutti i sistemi corporei. - Autore di articoli su informazione medica, salute e benessere sui siti web salutesicilia.com e medicomunicare.it
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