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martedì 3 agosto 2021

Come Funziona un Vaccino ad RNA (Pfizer, Moderna) ? Come Si Generano le Varianti ?

Sul finire del 2019 in Cina scoppiò un'epidemia virale ad opera del SARS-CoV-2 (vedi qua per dettagli), che presto si diffuse in Europa ed in tutto il resto del Mondo, diventando una Pandemia, tutt'oggi (2021) presente. 

Il contagio tra le persone avviene tramite le vie aeree ed il decorso dell'infezione, soprattutto (ma non solo) negli anziani e nei soggetti più fragili, può aver esiti nefasti, talvolta letali. In assenza di un Vaccino o di un'efficace cura i Governi dovettero imporre i lockdown, per limitare quanto più possibile la trasmissione del Virus ed impedire che i reparti di terapia intensiva fossero saturi di malati COVID-19.

Sin da subito si capì che i Vaccini sarebbero stata l'unica soluzione e, mai come in questo caso, tutte le Nazioni investirono ingenti somme di denaro per ridurre i tempi. Un Vaccino per essere approvato deve passare test rigorosi, con numerosi volontari, affinché esso risulti EFFICACE e SICURO (due parametri indispensabili  e di egual importanza).

Dopo circa un anno arrivò Pfizer, il primo vaccino approvato contro il SARS-CoV-2. Sicurezza ed efficacia vengono prima di "velocità"; il fatto che si sia prodotto in tempi record è dovuto al fatto che si è partiti già con metà lavoro fatto (si era già studiato per il SARS-CoV, ma poi fu abbandonato) ed al fatto che ci ha lavorato il mondo intero (non uno o due gruppi). Quindi se sentite dire "Vaccino sperimentale", sappiate che è un'enorme fesseria.

Com'è Fatto il Nostro Sistema Immunitario ?

Riassumendo e semplificando a livello elementare possiamo dire che quando il nostro corpo vede/incontra per la prima volta un elemento estraneo (ad esempio un Virus) si attiva per produrre anticorpi specifici contro quell'elemento.

I Linfociti B, una classe di Globuli Bianchi, iniziano a "studiare" il Virus, si specializzano e differenziano in cellule in grado di produrre anticorpi specifici, che si legano (attaccano) ad un pezzo (antigene) di quel Virus. Il legame anticorpo-antigene neutralizza il Virus. Il problema è che il processo di "specializzazione" dei Linfociti B richiede tempo e, la prima volta, la risposta sarà tardiva, regalando così tempo prezioso al patogeno.


Come Funzionano i Vaccini ?

Di fatto i Vaccini mimano l'infezione, ovvero stimolano i nostri Linfociti B a produrre anticorpi X, contro il patogeno X. Se in futuro questo stesso patogeno tornerà, il nostro corpo sarà già pronto per debellarlo e la risposta immunitaria sarà rapida, in quanto ci saranno già anticorpi contro X, oppure cellule già specializzate per produrre anticorpi contro X.

In passato i Vaccini contenevano una forma attenuata (talvolta morta) del Virus patogeno. Oggi nessuno dei Vaccini contro il SARS-CoV-2 contiene il SARS-CoV-2 (né vivo, né attenuato, né morto), ma solo un suo pezzettino.

Cloni Linfociti B

Risposta Immunitaria


Come Funzionano i Vaccini ad mRNA Contro il SARS-CoV-2 (ad esempio Pfizer e Moderna) ?

La proteina Spike (vedi qua per dettagli) è la chiave d'ingresso che il Coronavirus utilizza per entrare nelle nostre cellule. Per questo motivo la proteina Spike del SARS-CoV-2 è particolarmente conservata, perché se muta troppo il Virus non può più infettare e quindi muore, facendo morire con sè quella mutazione. 

Per questa ragione si è deciso di utilizzare Spike come antigene, così da far produrre Anticorpi contro Spike. Il fatto che non possa "cambiare molto" dà maggiori possibilità che gli Anticorpi prodotti riconoscano le future varianti del SARS-CoV-2, sebbene il rischio che alcune varianti possano eluderli (Vaccine Escape) rimane concreto. 

Nei Vaccini ad RNA non è contenuta la proteina Spike, bensì quel frammento di RNA (mRNA) che serve (un po' come fosse il manuale d'istruzione) per la sua produzione. 

In laboratorio si amplifica un pezzettino dell'RNA del SARS-CoV-2 (chiamiamolo per comodità mRNA-spike) e successivamente lo si "incapsula" all'interno di una membrana lipidica (grasso). Questo involucro (nanoparticella) viene fatto per proteggere l'mRNA che, per sua natura, è una molecola estremamente instabile, che viene degradata velocemente. 

La siringa viene utilizza per iniettare a livello intramuscolare la soluzione contenente l'mRNA-spike. Successivamente queste "sfere di grasso contenenti l'mRNA-spike" entreranno (per endocitosi) nelle nostre cellule e libereranno l'mRNA nel citoplasma. I nostri ribosomi inizieranno a tradurlo nella proteina Spike (che vi ricordo è solo una delle 29 proteine del SARS-CoV-2). La proteina Spike rappresenta l'antigene grazie al quale i nostri Linfociti B produrranno anticorpi-anti-Spike. Dopo qualche settimana dalla vaccinazione avremo sia anticorpi contro il SARS-CoV-2 (nello specifico contro la sua proteina Spike), sia Linfociti "specializzati" nella loro produzione (che poi si trasformeranno in Cellule della Memoria, che rimarranno per anni nel nostro sangue, pronte per riattivarsi se necessario).

Quindi non temete, non vi inietteranno il SARS-CoV-2, vi inietteranno solo un pezzettino del suo RNA. La proteina Spike che produrrete è assolutamente innocua e non potrà in alcun modo formare una nuova generazione di Virus (mancano le altre 28 proteine ed il genoma ad RNA); è un po' come se smontassero un fucile e vi dessero solo il grilletto. 

Funzionamento Vaccini ad mRNA

Un altro mito da sfatare è :

"Il vaccino ad RNA è pericoloso perché modifica il nostro DNA"

Questa è una Fake News a tutti gli effetti. Il DNA delle nostre cellule è racchiuso all'interno del Nucleo, che lo separa dal citoplasma. L'mRNA-spike rimane esclusivamente nel citoplasma e, non entrando nel nucleo, non può venire a contatto con il nostro DNA. Tra l'altro l'mRNA-spike viene presto degradato dai nostri enzimi (RNasi) e, anche se fosse a contatto (e non lo è) con il nostro DNA non è in grado né di inserirsi, né di modificarlo. 

Riassumendo :

  • l'mRNA-spike è solo un frammento dell'RNA del SARS-CoV-2
  • l'mRNA-spike serve per produrre (codificare) la proteina Spike, la quale indurrà la produzione di anticorpi contro di essa
  • l'mRNA-spike non interagisce in alcun modo con il nostro DNA
  • l'mRNA-spike non viene replicato (duplicato) dalle nostre cellule
  • l'mRNA-spike viene presto degradato (distrutto) dalle nostre cellule
  • La proteina Spike, da sola, è totalmente inoffensiva 
  • Nel vaccino ad mRNA non è presente né il SARS-CoV-2, né nessun altro Virus
Piccola parentesi, nei vaccini "classici" (es. Astrazeneca), si usa l'Adenovirus (un virus molto stabile ed innocuo per l'uomo) come vettore. Questo Adenovirus viene modificato e contiene anche quel pezzettino di DNA (che verrà poi trascritto in mRNA-spike) SARS-CoV-2 che codifica per la proteina Spike. In questo caso (es. Astrazeneca) il tragitto siringa-cellula è affidato all'innocuo Adenovirus invece che alle Nanoparticelle lipidiche (come in Pfizer e Moderna).

Vettori a Virus o ad mRNA

Cosa si Intende per Variante del Virus ? 

"Le Varianti Sono Generate dai Vaccini ?" 

La frase soprariportata avrà indubbiamente fatto ribaltare Darwin nella sua tomba. Il principio base della Teoria Evoluzionistica di Darwin è proprio "L'ambiente non genera le mutazioni, ma seleziona quelle più vantaggiose" (chi avesse voglia di approfondire il concetto di Evoluzione clicchi qui).

In altri termini, le mutazioni sono eventi del tutto casuali e, ad ogni ciclo replicativo, il SARS-CoV-2 ha una minima probabilità di commettere qualche errore, dando alla generazione successiva un RNA leggermente diverso dal suo. La probabilità è bassa, ma moltiplicata per miliardi e miliardi di replicazioni, diventa concreta. 

Come detto sopra, una mutazione potrebbe casualmente essere: indifferente (la maggior parte), svantaggiosa o vantaggiosa. 

Una mutazione svantaggiosa (pensate ad un Virus che produce la proteina Spike malfunzionante) si perde nel corso di una o più generazioni (non riesce più ad infettare o poco).

Una mutazione vantaggiosa (pensate ad un Virus che produce una proteina Spike più efficace) prenderà il sopravvento, dato che i Virus che la posseggono (es. variante Delta del SARS-CoV-2) infettano (si duplicano) più facilmente.

In altre parole è una sorta di gara, i mutanti che hanno un vantaggio (infettano di più), corrono più veloci e diventeranno maggioritari nella popolazione.

Se però una buona fetta della popolazione è vaccinata, il vantaggio per il Virus non sarà più semplicemente "infettare più velocemente", ma diventerà anche "infettare chi è vaccinato". Per questo motivo, durante la fase di vaccinazione, bisognerebbe limitare al massimo la circolazione virale, così da ridurre la probabilità che si generi (casualmente) un mutante virale resistente ai vaccini.

I Vaccini non inducono varianti, semplicemente le possono selezionare (Se nessuno è vaccinato un Virus resistente ai vaccini non ha alcun vantaggio rispetto agli altri). Non fraintendete queste righe, VACCINARSI è CRUCIALE per USCIRNE con il minor numero di morti, alternativamente, lasciando circolare il Virus liberamente si arriverebbe all'immunità ammalandosi (invece che vaccinandosi), facendo morire oltre il 2% della popolazione (ed anche in quest'ultimo caso poi si potrebbero selezionare Virus in grado di reinfettare i guariti).

Al momento (Estate 2021) le varianti maggiormente diffuse non eludono il sistema immunitario dei vaccinati e, anche nel caso di infezione, i vaccinati non sviluppano la forma grave della malattia. 

Infine ricordatevi che nessun vaccino è sicuro al 100% sul 100% delle persone. Ma se tutti si vaccinano il Virus non può più circolare e, così, si protegge anche quell'1% a cui il vaccino non ha funzionato. Quindi Vaccinarsi è un dovere verso sé stessi, ma anche (e soprattutto) verso gli altri.

venerdì 30 luglio 2021

Cos'è un Virus ad RNA come il SARS-CoV-2 ? - Struttura e Ciclo Infettivo (semplificati)

A lungo si è dibattuto (a livello filosofico più che altro) sul fatto se i Virus fossero o meno essere viventi. Questo perché nessun Virus (sia a DNA che ad RNA) è in grado di aver vita autonoma e essendo parassiti obbligati.

Il Virus, a differenza di un Batterio (organismo unicellulare), NON è UNA CELLULA.

I Batteri, anche quelli patogeni, sfruttano l'ospite per ricavarne energia, ma hanno al loro interno tutto il necessario per duplicarsi. Esistono infatti Batteri ambientali che vivono senza infettare alcun ospite ed in laboratorio possono esser cresciuti in culture, dando loro solo gli "elementi" base (glucosio etc.) per la loro sopravvivenza. I Virus, invece, possono crescere in cultura solo se si dà loro un ospite da infettare. 

Esistono migliaia di Virus differenti, alcuni infettano solo batteri (es. il Fago lambda), altri infettano le piante, altri gli insetti, altri i mammiferi. Detto questo, spesso sono monofagi, ovvero infettano un'unica specie. Quando si parla di "salto di specie" ci si riferisce ad un Virus che, mutando, è diventato in grado di infettare una specie che prima gli era immune; ovviamente più le due specie sono affini più il "salto di specie" è probabile. In altri termini è molto più facile che un Virus dei pipistrelli (mammiferi) diventi capace di infettare l'uomo (mammifero), rispetto ad una rana (anfibio), così come è praticamente impossibile (parola da non utilizzare mai parlando di Scienza) che un Virus dei Vegetali inizi ad infettare gli Animali.

I Virus ad RNA sono un'immensa famiglia, caratterizzata dall'avere l'RNA (invece che il DNA) come Acido Nucleico. Al loro interno troviamo il gruppo dei Coronavirus a cui appartengono i comuni Virus influenzali (es. HCoV-229E), oltre al SARS-CoV-2 , che causa la malattia nota come COVID-19 (clicca qui per informazioni sui Vaccini ad RNA).

N.B. 

- SARS-CoV-2 (virus severe acute respiratory syndrome coronavirus 2) è il nome del Virus

- COVID-19 (COronaVIrus Disease-2019) è la malattia provocata dal SARS-CoV-2 

SARS-CoV-2

Struttura del SARS-CoV-2 :

Il genoma è formato da una molecola di RNA a singolo filamento (single-stranded RNA) della lunghezza di circa 30.000 ribo-nucleotidi. Giusto per dare un ordine di grandezza con dei numeri, il genoma umano è di circa 3 miliardi di nucleotidi. Il nucleotide (che diventa ribo-nucleotide se c'è RNA al posto di DNA) è il mattoncino con cui si costruisce il DNA (o l'RNA), ne esistono 4 diversi e la loro sequenza determinerà le caratteristiche del vivente. Per analogia pensate all'RNA (od al DNA) come se fosse una "parola" ed al nucleotide (4 diversi) come se fosse una "lettera" (21 diverse).

L'RNA del SARS-CoV-2 viene tradotto (grazie ai nostri Ribosomi), producendo 29 proteine. Alcune di esse servono per la replicazione/trascrizione dell'RNA virale (RTC complex), altre sono proteasi (tagliano le proteine), altre ancora stimolano la risposta immunitaria.  (Ref 1-2)

Solo 4 proteine vengono definite proteine strutturali, in quanto formano fisicamente l'involucro del Virus; esse sono :

1) Nucleocapsid Protein (Proteina-N): questa proteina, la più abbondante ed espressa sin dai primi stadi dell'infezione, lega l'RNA virale e lo avvolge formando una sorta di nucleo protettivo. Inoltre aiuta l'RNA ad entrare nella cellula ospite ed ad interagire con gli apparati cellulari di quest'ultima.

2) Membrane Protein (Proteina-M): è una proteina transmembrana che media le interazioni proteina-proteina e guida il processo di assemblaggio dell'involucro virale all'interno dell'ospite, oltre a facilitare l'innesto della proteina Spike.

3) Envelope Protein (Proteina-E): si tratta di una Viro-porina, ovvero una sorta di minuscolo canale ionico che attraversa la membrana. Insieme alla Proteina-M è essenziale per il corretto assemblaggio e rilascio della nuova generazione di Virus.

4) Spike Protein (Proteina-S): è la glicoproteina con cui il Virus lega il recettore posto sulla membrana della cellula bersaglio. E' indispensabile affinché il Virus possa entrare e parassitare le nostre cellule.

Le proteine S, E ed M, insieme al doppio strato fosfolipidico, formano il Capside (l'involucro esterno del SARS-CoV-2) (Ref 2).

Proteine Strutturali

Come Avviene l'Infezione da parte del SARS-CoV-2 ? - Basi Molecolari

Il Virus entra nel nostro corpo tramite le vie respiratorie e si lega ai recettori ACE2, situati sulla membrana delle cellule dell'epitelio nasale. Il legame tra Spike (del Virus) e ACE2 (delle nostre cellule) è altamente specifico (un po' come se fosse "chiave-serratura") ed è il primo (ed indispensabile) step dell'infezione. Il SARS-CoV-2 può infettare tutte le altre cellule che esprimano (abbiano) il recettore ACE2 (es. cellule del Cuore, Rene, Intestino).

Tramite un processo sul quale non mi soffermerò, il legame Spike-ACE2 innesca una serie di reazioni che permettono l'entrata del Coronavirus in cellula (Ref 3-5).

All'interno della cellula l'RNA del Virus verrà tradotto dai Ribosomi dell'ospite, producendo le proteine Virali, le quali sintetizzeranno altro RNA virale. In altre parole il Virus ha usato le vostre cellule per produrre un gran numero delle 4 proteine strutturali (vedi sopra), oltre a quelle che servono per fare più copie (replicazione) del proprio genoma (RNA). A questo punto ci sono tutti i pezzetti (4 proteine strutturali + RNA + fosfolipidi dell'ospite) per formare la nuova generazione di Virus, si tratta solo di assemblarli.

Anche per l'assemblaggio il Virus ha bisogno degli apparati (Golgi e Retticolo Endoplasmatico) dell'ospite (Ref 4-5). 

Finito il ciclo i neo-Virus fuoriescono tramite esocitosi od uccidendo la cellula ospite e sono pronti per infettare nuove cellule. 

Ho volutamente tralasciato moltissimi dettagli, il tutto è ovviamente molto più complesso; tuttavia può dare un'infarinatura a tutti coloro che non hanno fatto studi medico-scientifici.

Legame Spike-ACE2

Ciclo Infettivo SARS-CoV-2


Referenze

1) A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019.

Zhu N, Zhang D, Wang W, Li X, Yang B, Song J, et al.

N Engl J Med. 2020;382(8):727–33 – DOI: 10.156/NEJMoa2001017


2) Structural Proteins in Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2.

Satarker S, Nampoothiri M.

Arch Med Res. 2020 Aug;51(6):482-491.- DOI: 10.1016/j.arcmed.2020.05.012.


3) The protein expression profile of ACE2 in human tissues.

F. Hikmet, L. Mear, M. Uhlen, C. Lindskog.

bioRxiv, (2020); DOI: 10.1101/2020.03.31.016048.


4) Drugs targeting various stages of the SARS-CoV-2 life cycle: Exploring promising drugs for the treatment of Covid-19.

Ramarao Poduri, Gaurav Joshi, Gowraganahalli Jagadeesh.

Cellular Signalling 74 (2020) 109721 - DOI : 10.1016/j.cellsig.2020.109721


5) A comprehensive review about SARS-CoV-2

SK Manirul Haque , Omar Ashwaq , Abdulla Sarief  & Abdul Kalam Azad John Mohamed 

FUTURE VIROLOGYVOL. 15, NO. 9REVIEW  - doi.org/10.2217/fvl-2020-0124