Sequenziare il genoma del Sars-Cov2, l’Italia è in ritardo

Durante la fase acuta dell’epidemia nel nostro Paese le indagini sono state tralasciate, perdendo molte informazioni utili per conoscere e contrastare il virus. Ma non è troppo tardi per recuperare, anche in previsione di una seconda ondata. Servono però risorse e integrazione tra ricerca e Ssn. *Dal numero 180 del magazine

genoma Sars-Cov2

C’è chi ha utilizzato la sequenza del genoma del Sars-Cov2 per convertirla in una melodia, come ha fatto l’Istituto superiore di sanità “sonificando” una porzione del genoma. O chi, come il Massachusetts Institute of Technology (Mit) di Boston, sempre grazie alla tecnica di sonificazione, ha tradotto in musica la struttura della famosa proteina spike, assegnando a ciascun amminoacido una nota unica su scala musicale. Conoscere la sequenza del nuovo coronavirus consente però ben altri vantaggi. Come mapparlo nel tempo e nello spazio, tracciando quanti ceppi vi sono in circolazione, studiarne la diffusione e riconoscere l’origine dei focolai, anche per prevenire un’ipotetica seconda ondata. Ma anche comprendere nel dettaglio il funzionamento del Sars-Cov2 e cogliere eventuali mutazioni per migliorare la diagnostica e la cura e comprendere la suscettibilità alla malattia.

“Conoscere vita, morte e miracoli del nemico per combatterlo” insomma, come ha scritto sulle pagine di D la Repubblica la senatrice e docente dell’Università degli Studi di Milano, Elena Cattaneo. Obiettivo che si può raggiungere solo con il sequenziamento di più campioni possibili del genoma di Sars-Cov2 e la successiva condivisione con la comunità scientifica, in modo da confrontare le sequenze dei vari ceppi circolanti. Una strategia che l’Italia non ha perseguito a suo tempo, all’apice dell’epidemia, lasciandosi scappare molti dati. Per un problema di mentalità e organizzazione o più probabilmente perché in quei mesi le priorità erano altre, era salvare vite umane. Ma oggi, che l’emergenza sanitaria è passata, l’Italia dovrebbe, più di ogni altra cosa, puntare su questa strategia.

Le informazioni nelle basi azotate 

La conoscenza del coronavirus inizia da quella del suo genoma. Questo è composto da 30 mila basi azotate – adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T) – che racchiudono informazioni importanti sull’origine del virus, sulla codifica di proteine, come la spike, la chiave di entrata nell’organismo umano, o altri componenti del virus, o ancora sul meccanismo di azione di Sars-Cov2. Una volta eseguito il sequenziamento i ricercatori non fanno altro che trascrivere questa lunga sequenza, per poterla analizzare e confrontare. In tal modo si sono accorti che non tutte le sequenze del Sars-Cov2 in giro per il mondo sono uguali, ma presentano differenze di lettere lungo la sequenza, mutazioni che possono influenzare il comportamento del nuovo coronavirus e che è importante conoscere.

Vincenza Colonna, genetista e bioinformatica del Cnr di Napoli, intervenuta in un’audizione alla Commissione sanità del Senato sulle strategie anti e post Covid-19 lo scorso maggio, ha ricordato che per esempio le mutazioni potrebbero ridurre l’efficienza di un test diagnostico. Gli attuali test molecolari si basano su “sonde” che sono in grado di agganciare sequenze specifiche del Dna del virus ottenuto con i tamponi. “Esiste una mutazione di tre lettere in una parte della sequenza che viene usata come sonda” ha spiegato Colonna. “Per cui per alcune varianti di virus, la sonda potrebbe non essere efficace e il test fallire. Per fortuna questo non succede, perché sono usate più sonde e il riconoscimento del virus avviene lo stesso”.

Domande senza risposta 

Se questo era solo un esempio di come le mutazioni che sorgono naturalmente nel genoma del Sars-Cov2 potrebbero avere un peso nella pratica quotidiana, è ben noto che studiarle potrebbe anche dare risposte a molte delle numerose domande rimaste inevase. Per esempio perché alcune persone hanno mostrato pochi o nessun sintomo al contrario di altre, o perché ci sono state così tante differenze a livello clinico. Massimo Delledonne, professore di genetica presso l’Università degli Studi di Verona, ricorda come il sequenziamento genico sia utile sia per il tracciamento del virus, per capire come si sia diffuso e da dove provengono i ceppi virali, ma anche per capire come stia evolvendo, se c’è un rapporto tra i pazienti che hanno avuto una carica virale altissima e gli asintomatici nei quali invece è bassissima e se tra questi casi esiste una differenza di ceppi.

Commenta Delledonne: “Non sappiamo, ad esempio, quanto muta un dato ceppo con il passare del tempo e se nelle persone rimaste infette per oltre un mese il ceppo è lo stesso o è cambiato”. Una risposta potrebbe appunto arrivare dall’analisi integrata di sequenze virali e umane di pazienti asintomatici e sintomatici, per capire perché alcuni pazienti si ammalano di più e altri di meno. In questo modo, come ha osservato Colonna, potremmo assegnare alla variabilità della risposta al Sars-Cov2 una base genetica. In fin dei conti la pandemia è partita proprio da una mutazione delle proteine spike che ha dato al virus la capacità di entrare nell’organismo umano. Mutazioni in altre parti del genoma possono conferire al virus la capacità di aggredire il sistema vascolare o un altro organo. “Per questo – come sottolinea ancora Colonna – studiare il Sars-Cov2 senza conoscerne la sequenza genomica è come voler riparare la macchina senza conoscere come funziona il motore”.

Esempi virtuosi

Alcuni Paesi come Regno Unito, Nuova Zelanda e Australia hanno compreso dall’inizio l’importanza di conoscere il nemico per poterlo attaccare meglio. Tanto da decidere di investire sin da subito sul sequenziamento del genoma. Soprattutto in un’ottica di prevenzione, per arginare nuovi eventuali focolai e un’ipotetica seconda ondata. Il ruolo fondamentale della genomica per tracciare e controllare rapidamente nuovi focolai infettivi è confermato anche in letteratura, con uno studio pubblicato nel 2017 su Frontiers in microbiology (The Public Health Impact of a Publically Available, Environmental Database of Microbial Genomes) che mostra come detti focolai tendano a essere più brevi e più piccoli quando si usa la genomica per tenere traccia dei contagi.

Nello stato del Victoria, in Australia, prima ancora che il primo caso arrivasse da Wuhan il 19 gennaio, i ricercatori di un laboratorio di Melbourne avevano iniziato a prepararsi a sequenziare i genomi Sars-Cov2, convertendo la loro ricerca da malattie di origine alimentare al Covid-19. Hanno sequenziato ogni caso positivo ricevuto, tanto da coprire i tre quarti dei circa 1.700 casi dello Stato. Una delle coperture di sequenziamento più completa al mondo per un focolaio di malattia infettiva, come riporta un articolo pubblicato su Nature a firma di Claire Watson.

Questi dati sono serviti per esempio a comprendere l’origine dei focolai, come nel caso riportato da Watson, di un operatore sanitario che aveva contratto l’infezione in un evento sociale e non da un paziente in ospedale, come inizialmente si pensava. Le informazioni sono servite per impedire un’indagine inutile, su un possibile focolaio in ospedale. In Nuova Zelanda invece è stato sequenziato il 25% dei 1.154 casi segnalati nel paese, ma l’obiettivo è superare il 70%: ogni sequenza in più infatti, sarà utile per individuare i casi successivi.

Il Cog-Uk

Nel Regno Unito invece lo scorso marzo è nato il Covid-19 Genomics UK Consortium (Cog-Uk) – che raggruppa centri di ricerca e laboratori universitari – per fornire un sequenziamento rapido e su larga scala del genoma del virus. Supportato da un finanziamento di 20 milioni di sterline (da parte del Dipartimento per la salute e l’assistenza sociale del Regno Unito (Dhsc), Uk Research and Innovation (Ukri) e Wellcome Sanger Institute), finora ha sequenziato oltre 32 mila genomi virali, che saranno combinati con set di dati clinici ed epidemiologici per guidare gli interventi e le politiche di salute pubblica nel Regno Unito. Analisi successive serviranno per valutare l’efficacia di nuovi trattamenti e interventi non farmacologici sulla popolazione affetta da Covid e sulla sua diffusione.

Fornirà informazioni sull’esistenza o meno di epidemie dovute a trasmissioni dall’esterno o all’interno della comunità. I dati consentiranno inoltre ai ricercatori di identificare e comprendere i cambiamenti genetici che influenzano la facilità con cui il virus è trasmesso e la gravità dei sintomi che provoca. Le informazioni serviranno anche a monitorare in tempo reale l’impatto di trattamenti e vaccini non appena introdotti.

“Tutte informazioni utili a informare gli organismi decisionali che si occupano delle politiche di prevenzione e del controllo del contagio” commenta Colonna. “Eseguire il sequenziamento genico di un virus equivale a prendere le sue impronte digitali, ed è quello che si sta facendo nel Regno Unito. Il Cog-Uk è in grado di dire quanti ceppi virali si sono estinti e quante volte il Sars-Cov2 è entrato in Uk: non una volta ma almeno 1.300 volte dai dati emersi. Il che dimostra come non si sia agito subito, né arginato il flusso continuo di persone infette”.

Un’occasione mancata 

E in Italia? Nel nostro Paese sono state fatte pochissime sequenze come confermano sia Colonna sia Delledonne. E altrettanto poche sono state condivise nelle banche dati internazionali. Verso la metà di giugno Colonna riferisce che su GenBank – una banca dati ad accesso pubblico – si trovavano circa 24 sequenze depositate da ricercatori italiani, il 4 maggio, prima dell’audizione in senato erano 7 su circa 2.501 totali. Mentre su Gsaid – una piattaforma ad accesso ristretto – il 4 maggio erano 69 su 16.071 totali a livello mondiale.

“È grave e non si può rimediare – ammonisce Colonna – perché la fase acuta è passata. Abbiamo perso una fascia importante di dati che avremmo dovuto raccogliere e avremmo dovuto farlo nelle regioni in cui l’emergenza era meno grave. Ci ho provato in Basilicata, dove ho iniziato un progetto con questo obiettivo, ma non siamo stati capaci di sequenziare nulla, perché l’accesso ai campioni non è immediato e semplice”.

Inoltre al momento mancano anche linee guida per il sequenziamento del virus e un protocollo validato da applicare sul territorio nazionale. Delledonne riferisce di averci lavorato per oltre due mesi autofinanziandosi e grazie all’aiuto di aziende come Illumina e Qiagen che hanno donato il materiale e gli hanno permesso di lavorare.

“Gli ospedali hanno ancora tantissimi campioni conservati nelle loro biobanche. Questo paese potrebbe ora recuperare il tempo perduto investendo prima di tutto risorse per fare una valutazione delle metodologie a disposizione, in modo da dare indicazioni sui protocolli più affidabili da utilizzare in modo omogeneo” afferma. “Ognuno ha fatto per sé con quel poco di risorse che aveva, con la conseguenza che non sappiamo quanto i genomi oggi disponibili siano rappresentativi della popolazione italiana. Questo fa sì, come continua a raccontare Delledonne, che i ricercatori non riescano a studiare bene il virus nei tamponi più recenti, dove la carica virale è molto bassa: “Il ceppo è diverso? Non possiamo fare supposizioni senza informazioni”.

Studi intra e inter-ospite 

Ad ogni modo, il centro veronese di Delledonne è stato uno di quelli che ha sequenziato più genomi di Sars-Cov2 in Italia. Sebbene al momento l’esperto non possa commentare i primi risultati, perché ancora non pubblicati, dal suo punto di vista sembrano essere molto interessanti. Sarà poi il confronto con il virologo a dare una conferma in più di quanto visto sui genomi analizzati, per capire se eventuali mutazioni presenti hanno un peso o possono essere trascurate.

A grandi linee però si può dire che gli obiettivi degli studi sono in sostanza due: prima di tutto capire quanti e quali ceppi sono in circolazione in Italia (“perché non esiste un unico ceppo italiano o lombardo o veneto” precisa). In secondo luogo, studiare la variabilità inter e intra-ospite. “Perché non è detto che nelle persone che restano positive per 40 giorni il Cov2 che le ha infettate all’inizio non sia mutato nel tempo. Devo cercare di caratterizzare meglio il virus alla fine per vedere se è uguale a quello inziale. Studiare i punti di forza e debolezza del nostro nemico è doveroso”.

Una ricerca a tappeto sul genoma del virus aiuterebbe a combatterlo meglio, dalla messa a punto di farmaci al capire quali siano le basi genetiche del virus che cambiano e gli permettono di adattarsi. “Ora che l’emergenza è passata potremmo concentrarci di più sui campioni che abbiamo negli ospedali, che ci permetterebbero di caratterizzare meglio il virus circolante” aggiunge Delledonne. “Sarebbe bello che l’Italia finanziasse una ricerca simile, fornirebbe molte risposte”.

Creare integrazione 

Al primo posto tra i problemi che hanno impedito il sequenziamento del genoma di Sars-Cov2 in Italia, c’è ancora una volta la mancata disponibilità di risorse. “Speriamo che i prossimi provvedimenti facilitino o incoraggino i ricercatori a sequenziare il virus” ha concluso Delledonne. Sequenziare il genoma di un virus non costa poi così tanto, come riferisce Colonna: “Oggi il costo si aggira intorno ai 100-200 euro, al pari di una qualsiasi altra prestazione ambulatoriale come una Tac”. A essere mancata è stata soprattutto l’organizzazione e la mentalità. Oggi, come sottolinea la genetista, manca un’integrazione tra la ricerca genomica e il Servizio sanitario nazionale. “E questo è un problema” aggiunge.

Il sistema più logico sarebbe stato, in caso di risultato positivo al Sars-Cov2, inviare il campione di virus – prelevato con tampone orofaringeo – direttamente a un laboratorio in grado di sequenziarlo. Invece non è stato così. “La gestione e l’accesso ai campioni è stata complessa, perché solo alcuni ospedali erano autorizzati a raccoglierli, creando non poche difficoltà ai ricercatori” precisa. Non una critica quella di Colonna, che ricorda come le priorità al tempo fossero altre, ma piuttosto un suggerimento: quello di parlare di più di genomica e creare una filiera integrata della ricerca nel sistema sanitario. Per sequenziare più genomi e non trovarci impreparati la prossima volta.

Il contributo dell’Africa

Persino l’Africa, con le sue limitate risorse, ha contribuito nel suo piccolo al sequenziamento del Sars-Cov2, per tracciare i casi di Covid-19. Negli ultimi anni infatti – soprattutto in seguito all’epidemia del virus Ebola – i laboratori africani hanno potenziato le proprie capacità di sequenziamento genomico. In modo da gestire questo tipo di analisi internamente anziché esternalizzarle. L’African center of excellence for genomics of infectious diseases (Acegid) della Redeemer University – il centro che ha analizzato il primo campione di Covid-19 in Nigeria lo scorso marzo – nel gennaio del 2014 ha ricevuto le prime attrezzature e personale, grazie a un investimento di otto milioni di dollari statunitensi, della Banca mondiale.

Sempre nel 2014, l’Acegid ha fornito la prima diagnosi accurata del virus Ebola in Nigeria grazie al sequenziamento. Il centro in realtà, attualmente avrebbe abbastanza esperienza e attrezzature per sequenziare tutti i casi confermati dall’Africa, come riporta Christian Happi, direttore di Acegid al The Scientist. Ma avrebbe bisogno di più reagenti e personale aggiuntivo per supportare focolai più grandi. L’Africa Center for Disease Control (Cdc) sta incoraggiando i paesi che hanno la capacità, di sequenziare i propri campioni e gli altri ad inviarli a istituzioni come Acegid.

L’Organizzazione mondiale della sanità, inoltre, ha supportato i governi africani fornendo loro kit diagnostici. E formando gli operatori sanitari. Tanto che oggi sarebbero 46 i Paesi in grado di testare Covid-19. Benché la maggior parte dei Paesi del continente non disponga di attrezzature sofisticate, le precedenti esperienze con focolai di malattie infettive, ha reso la maggior parte di loro pronta per affrontare una nuova epidemia. Come ha confermato Akebe Luther King Abia, un microbiologo ambientale camerunese dell’Università di KwaZulu-Natal in Sudafrica. Un contributo importante in un’emergenza globale di questo tipo.