Batteri specchio: gli scienziati chiedono lo stop alle ricerche

L'articolo è stato realizzato da Luca Cavallo all'interno del corso Scrivere di scienza: realizzare un prodotto di divulgazione scientifica, sotto la supervisione di Simone Angioni e dei docenti della SISSA di Trieste. Torneremo in aula con una nuova edizione del corso il 12 marzo. 

Confronting risks of mirror life, questo è il titolo dell’articolo pubblicato il 12 dicembre scorso sulla rivista Science e che porta la firma di un totale di 38 eminenti esperti nei campi della microbiologia, della fisiologia e della biologia degli ecosistemi e tra i quali compaiono due premi Nobel. Nell’articolo, accompagnato da un report tecnico di circa 300 pagine, viene chiesto il blocco delle ricerche volte alla produzione dei batteri specchio, così come il taglio dei fondi destinati alle stesse. Qualora dovessero sfuggire al controllo dell’uomo, aggiungono gli autori, i batteri specchio sarebbero una minaccia non solo per l’essere umano, ma per qualsiasi ecosistema e di fronte alla quale saremmo quasi inermi [1].

Cosa sono i batteri specchio?

Per comprendere perché si parla di batteri specchio è opportuno fare un passo indietro e introdurre il concetto di “chiralità”, ovvero la proprietà di alcune molecole di esistere in due forme uguali ma con orientamento opposto e speculari l’una all’altra, chiamate enantiomeri. Un esempio di questa proprietà è dato dalle nostre mani, le quali pur essendo uguali non possono essere sovrapposte, un po’ come se una fosse l’immagine riflessa dell’altra. In natura viene utilizzata soltanto una delle due varianti. Gli amminoacidi, ad esempio, di cui sono composte le proteine, sono tutti orientati a sinistra, mentre il DNA è orientato verso destra. Non è ancora chiaro il motivo per cui esista questa esclusività e anzi l’omochiralità resta uno dei più grandi misteri della biologia. Tornando ai batteri specchio, a questo punto dovrebbe essere più chiara la loro definizione: batteri creati artificialmente e composti interamente da molecole che sono immagini speculari di quelle esistenti in natura. 

Da non più di vent’anni e grazie alla cooperazione di molti campi come la biologia, la chimica, la fisica, la matematica e l’ingegneria è nata la biologia di sintesi [2], la quale si occupa di modificare organismi viventi o di disegnare e ricreare parti di essi in modo artificiale. Chi tra i lettori mastica un po’ più di scienza avrà certamente notato che «modificare organismi viventi» suona molto simile a “organismi geneticamente modificati”, qualcosa che ormai è presente nella nostra realtà quotidiana e certo non fa scalpore. Tuttavia, la biologia di sintesi a cui lavorano gli scienziati che sognano di ottenere i batteri specchio punta non tanto a modificare qualcosa di già esistente, quanto a creare organismi viventi (o parti di essi) a partire da ciò che vivente non è. 

Perché la creazione di una vita-specchio è importante per la ricerca? 

La capacità di sintetizzare cellule viventi specchio è ancora lontana e non saremo a quel punto almeno per i prossimi dieci anni [1]. Facendo un paragone si potrebbe dire che se l’obiettivo finale è quello di costruire un grattacielo per ora abbiamo solo i mattoni. Nella biologia i mattoni sono gli amminoacidi, molecole che incatenandosi le une alle altre formano i peptidi (pochi amminoacidi) e le proteine (molti amminoacidi) e che sono alla base della struttura e delle funzioni dei nostri grattacieli, le cellule. Detto ciò, affinché si arrivi alla sintesi di batteri specchio è necessario che gli sforzi della tecnologia vadano in due direzioni: la prima è la realizzazione di peptidi specchio e la seconda - tanto complessa quanto entusiasmante (e potenzialmente pericolosa) - è la sintesi in laboratorio di cellule artificiali in grado di auto-sostenersi [3].  Allo stato dell’arte, lo sviluppo di peptidi e proteine con orientamento opposto a quello presente in natura è in una fase già avanzata e la sua applicazione ha permesso di realizzare nuovi farmaci più resistenti alla degradazione da parte del nostro organismo e pertanto aventi un’azione più prolungata ed efficiente [4]. Più complicato invece è il percorso che porta alle cellule artificiali.

Avere tra le mani un batterio specchio ed essere in grado di studiarlo avrebbe molteplici finalità. Lo si potrebbe sfruttare per la produzione più veloce di peptidi e proteine specchio e sarebbe la base per lo studio di meccanismi cellulari ancora poco noti e di nuove terapie innovative con impatto in molti campi della medicina. A questo si aggiunge ovviamente l’interesse puramente accademico, con la possibilità di rispondere a domande fondamentali della biologia, come quali sono gli elementi necessari affinché ci sia la vita [5].

La preoccupazione degli scienziati

Essere in grado di realizzare qualcosa non significa necessariamente essere preparati a quello che potrebbe seguirne. Sono della stessa opinione i 38 scienziati autori del report che riporta in modo dettagliato quelli che sono i rischi derivanti dalla sintesi dei batteri specchio e perché si dovrebbero bloccare i fondi a tutte le ricerche che hanno questo come obiettivo. In un articolo pubblicato su Science lo stesso giorno del report, Robert Service riporta le parole di alcuni degli scienziati che hanno apposto la loro firma, tra cui il chimico Jack Szostak della University of Chicago, insignito del Nobel per la medicina nel 2009, che parla dei possibili effetti catastrofici e dei danni irreversibili se ci dovesse essere un contatto tra i batteri specchio e l’ambiente esterno [6]. Quello che più preoccupa è la capacità di questi batteri di evadere l’azione del sistema immunitario umano che basa il riconoscimento dei corpi estranei proprio sulla chiralità di questi ultimi, ciò renderebbe i batteri specchio difficilmente eliminabili e in grado di infettare l’ospite [1]. Per citare Timothy Hand, co-autore del report e immunologo alla University of Pittsburgh: «Sarebbero invisibili al sistema immunitario finché non fosse troppo tardi»[6]. Le conseguenze sarebbero imprevedibili e non ricadrebbero soltanto sull’uomo, ma anche su animali, piante e tutti gli ecosistemi presenti sul nostro pianeta, essendo i batteri specchio fondamentalmente inaccessibili anche ai loro predatori naturali – i batteriofagi – e ai normali antibiotici.

Si sta guardando, ovviamente, al peggiore dei quadri possibili e che in teoria si eviterebbe sfruttando le misure di contenimento di cui tutti i laboratori sono forniti e che impediscono la fuoriuscita di materiale biologico pericoloso nell’ambiente esterno. Il passato ci ha però insegnato che, oltre ai possibili limiti tecnici, l’errore umano è una variabile che non è possibile trascurare e che bisogna avere la certezza che qualora si dovesse presentare una situazione di emergenza saremmo in grado di gestirla senza rischi per l’uomo. Almeno al momento, questa certezza non c’è.

Del coro degli autori del report che esprimono la loro contrarietà alle ricerche sui batteri specchio, fa parte anche la voce di Katarzyna Adamala, biologa di sintesi alla University of Minnesota, che fino a poco tempo fa era tra coloro che speravano in finanziamenti nazionali per proseguire le ricerche su questi batteri, e solo recentemente ravvedutasi [6]. Ad ogni modo, non tutti i suoi colleghi hanno cambiato opinione rispetto alla creazione della vita specchio, definendo anzi la richiesta di stop come una reazione esagerata a un potenziale rischio che non si presenterebbe se non in futuro e che attualmente risulta solo teorico. Andrew Ellington della University of Texas definisce addirittura irresponsabile avanzare una simile petizione, poiché i batteri specchio non avrebbero in ogni caso la capacità di rappresentare una vera minaccia dovendo competere con i batteri presenti in natura [6]. 

La richiesta dei 38 scienziati autori del report non vuole essere perentoria, quanto piuttosto invitare alla discussione non solo i colleghi, ma anche i politici, gli investitori e la comunità in generale. La raccomandazione è quella di introdurre regolamentazioni e leggi che prevengano la creazione dei batteri specchio senza che questo impedisca l’avanzamento delle ricerche sui peptidi e sulle proteine specchio, i quali hanno già dimostrato di essere di ampie applicazioni [1] e decisamente più sicuri. 

Alla luce di quanto detto, il punto di incontro tra i favorevoli e i contrari ai batteri specchio è lo stato embrionale della ricerca. Da una parte, questo spinge i primi a sottolineare come un’interruzione così prematura degli stanziamenti impedirebbe i naturali progressi della biologia di sintesi, dall’altra, gli ultimi avvertono che, anche se non ancora lì, ci arriveremo. E sarà già troppo tardi. 

Aggiungerei che sebbene il taglio dei finanziamenti possa sembrare una scelta drastica, se ciò servisse a scongiurare la creazione di quella che potrebbe trasformarsi in un’arma biologica, allora questo diventa non solo lecito, ma necessario.

[1] K. P. Adamala et al., «Confronting risks of mirror life», Science, vol. 386, fasc. 6728, pp. 1351–1353, dic. 2024, doi: 10.1126/science.ads9158.

[2] K. L. Garner, «Principles of synthetic biology», Essays Biochem., vol. 65, fasc. 5, pp. 791–811, nov. 2021, doi: 10.1042/EBC20200059.

[3] K. Adamala et al., «Technical Report on Mirror Bacteria: Feasibility and Risks», 2024, doi: 10.25740/cv716pj4036.

[4] L. Zhao e W. Lu, «Mirror image proteins», Curr. Opin. Chem. Biol., vol. 22, pp. 56–61, ott. 2014, doi: 10.1016/j.cbpa.2014.09.019.

[5] N. J. Gaut e K. P. Adamala, «Reconstituting Natural Cell Elements in Synthetic Cells», Adv. Biol., vol. 5, fasc. 3, p. 2000188, mar. 2021, doi: 10.1002/adbi.202000188.

[6] «Leading scientists warn against developing ‘mirror-image’ bacteria». 12 dicembre 2024. doi: 10.1126/science.zmatxfw.