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Ruolo delle scienze 'omiche' ed evoluzione nella terapia della fibrosi cistica

I primi casi di fibrosi cistica sarebbero comparsi nel 3000 a.C. e nell’antichità le mamme riconoscevano il bambino affetto da tale grave malattia per il sapore di sale nel baciargli la fronte. In tal modo, la saggezza popolare aveva già anticipato quanto l'osservazione medica avrebbe poi scoperto negli anni '50 indicando nella concentrazione di sali nel sudore, il metodo di diagnosi per la Fibrosi Cistica. È proprio questa caratteristica del sudore particolarmente salato, avvertito dalle madri quando baciavano i bambini affetti, che farà chiamare la Fibrosi Cistica “la malattia del bacio salato”.

La fibrosi cistica (CF), malattia genetica autosomica recessiva, è responsabile di una elevata  morbidità e, fino a non molto tempo fa, una precoce mortalità. E’ causata da mutazioni, circa 2000, nel gene regolatore della conduttanza transmembrana (CFTR ), situato sul braccio lungo del cromosoma 7, che determinano un anomalo trasporto di cloruro e sodio, soprattutto attraverso gli epiteli delle vie respiratorie ed intestinali, responsabili di  secrezioni dense e viscose, e degli epiteli delle ghiandole sudoripare responsabili del sudore che sa di sale. Oltre ai polmoni la malattia colpisce criticamente anche pancreas, fegato ed intestino. 

Nonostante il miglioramento generale in termini di sopravvivenza dei soggetti FC, le secrezioni dense favoriscono le infezioni broncopolmonari croniche ingravescenti, in particolare durante l'adolescenza, portano con il progressivo declino della funzione polmonare.  
Gli Pseudomonas sono la causa principale di tali infezioni respiratorie croniche, attraverso un caratteristico meccanismo di comunicazione tra batteri, fenomeno di recente messo in luce e chiamato “quorum sensing” (o quorum quenching). Tale meccanismo permette l'aggregazione in colonie (chiamate "biofilm") di tali germi con la costituzione di strutture liposaccaridicche (LPS)  che li proteggono dalle difese innate dell'organismo e dagli antibiotici. Questo avviene perché dei lipopolisaccaridi dall'interno degli Pseudomonas, passano sulla membrana esterna cambiando la struttura chimica delle parete rendendoli così resistenti. 

La diagnosi genetica della malattia, con la scoperta delle numerosissime mutazioni a carico del gene CFTR, è il risultato di lunghi studi e ricerche. Infatti, con la scoperta della struttura a doppia elica del DNA, negli anni 1950 da parte di Robert Watson (Watson), è iniziata l’era della biologia molecolare e un notevole progresso si è avuto con l’invenzione della Polymerase Chain Reaction da parte di Kary B. Mullis, premio Nobel nel 1993, tecnica che ha aperto la strada del sequenziamento rapido e allo studio del DNA (Mullis). Solo con il sequenziamento del genoma umano, cioè l’identificazione dell’esatta sequenza delle basi azotate (A: Adenina, C: Citosina, T: Timina e G: Guanina) che compongono il nostro codice genetico e la mappatura, ovvero la determinazione della posizione occupata da ciascun gene rispetto agli altri, annunciato da Bill Clinton nel Giugno del 2000, è però esplosa l’era della biologia molecolare.

E’ infatti diventata reale la possibilità di conoscere il genoma umano, cioè il complesso di geni che recano una serie di istruzioni per la sintesi di decine di migliaia di sostanze: documento immenso e unico che identifica l’individuo, frutto di un'evoluzione durata miliardi di anni e trasmesso da ogni cellula madre alla cellula figlia. E’ inoltre emersa evidente l’esigenza di svelare le cause che determinano la diversità genetica, nel soggetto normale e nelle varie patologie, di chiarire i rapporti fra espressione genica e malattia e di comprenderne i meccanismi molecolari. Così ha preso origine quella che viene chiamata la “Omics Revolution” cioè lo sviluppo delle cosiddette scienze omiche. Sono così nati i neologismi: genomica, che analizza la sequenza e la funzione dell'intero DNA di un organismo, istruzioni necessarie alla cellula per organizzarsi e sopravvivere; trascrittomica, che studia la frazione del genoma che viene trascritta in acido ribonucleico (RNA), cioè il trasporto dell’informazione genetica, contenuta nell’acido deossiribonucleico (DNA) dei geni del nucleo delle cellule, in molecole corrispondenti di RNA; proteomica, che identifica e quantizza il proteoma, termine con cui dal 1995 viene definito l’intero complesso di proteine, presenti in una cellula, le funzioni, attività, interazioni molecolari e, mettendole in relazione con le conoscenze cliniche, può dare indicazioni di valore diagnostico e prognostico; lipidomica, indaga il tipo, la quantità e lo stato di equilibrio funzionale degli acidi grassi dei lipidi presenti sulle membrane cellulari: dà informazioni sul funzionamento dei sistemi biologici e può identificare delle malattie anche a livello pre-clinico, fornire strategie nutrizionali, nutraceutiche e/o terapeutiche personalizzate, mirate a riportare la membrana cellulare nella situazione ottimale di composizione e funzionalità; metabolomica  (dal greco metabole, che significa cambiamento), è lo studio sistematico dei piccoli metaboliti presenti nei liquidi organici, nei tessuti o nelle cellule e quindi dei prodotti finali della espressione genica. Sono pertanto le “impronte chimiche” lasciate dai vari processi cellulari. Studiando il profilo metabolico, si ottiene una fotografia del funzionamento di tutte le vie metaboliche dei sistemi biologici che li hanno prodotti.

Tali dati, correlati con le conoscenze cliniche,  possono dare informazioni molto precise sullo stato di salute, se squilibri biochimici alla base delle patologie e, di conseguenza, intervenire per migliorarli (Joseloff E,). Poiché si avvale di dati scientifici, è stata definita dalla Scuola Medica di Harvard il modo migliore per raggiungere l'ottimale dal punto di vista della salute. Infatti, dai dati ottenuti da tale scienza, è possibile, in varie condizioni patologiche, iniziare per tempo eventuali terapie e, in ambito nutrizionale, prevenire e mantenere costante il benessere psicofisico con il consiglio di adeguati stili di vita, diete personalizzate, vitamine ecc. 

Negli ultimi anni, le scienze omiche hanno assunto un ruolo sempre più importante ed è emersa la possibilità di interferire sull’azione dei geni per  modulare il fenotipo del soggetto CF. Tali studi hanno recentemente assunto una progressiva accelerazione, grazie alla scoperta di composti, denominati “correttori” o ”potenziatori”, in grado di agire alla radice della malattia, correggendo il difetto di maturazione della proteina CFTR o potenziando la sua attività. Questo soprattutto per quanto riguarda la mutazione del genotipo CFTR ΔF508 responsabile della forma clinica più frequente e più grave che interessa oltre l’80% dei malati nel mondo e il 70% dei malati in Italia. Uno di questi composti può essere somministrato anche per os cosa che agevolerebbe di molto la terapia di questa malattia (Odolczyk N.)

In ambito di terapia genica invece, ricercatori italiani, ricorrendo alla tecnica chiamata 'editing del genoma' ideata dal premio Nobel per la Medicina Mauro Capecchi, dopo lunghe indagini iniziate nel 2007 presso l’Istituto San Raffaele-Telethon per la terapia genica di Milano, e pubblicate sulla rivista Nature, le ultime due giorni fa (Genovese P.), sono riusciti ad agire direttamente sul gene malato dell’animale da esperimento, responsabile di una grave immunodeficienza ereditaria, senza introdurre dall’esterno la copia sana del gene anomalo. Tale tecnica, utilizzando dei particolari 'bisturi molecolari (endonucleasi naturali)' taglia il gene anomalo e riscrive una sequenza corretta di Dna fornita alla stessa cellula che poi popolerà tutte le altre cellule dell’organismo: il difetto viene quindi corretto agendo  direttamente sul codice della vita. Vi sono pertanto fondati motivi per ritenete che in un prossimo futuro, agendo in modo sempre più preciso sulle staminali, sarà possibile superare alcuni dei più importanti ostacoli che oggi rallentano l'applicazione della terapia genica di molte malattie e fra queste anche la Fibrosi Cistica.

- Watson JD, Crick FHC. A structure for deoxyribose nucleic acid. Nature 1953;171:737-38
- Mullis KB. The unusual origin of the Polymerase Chain Reaction. Scientific American 1990;262:36-43.
- Joseloff E, Sha W, Bell SC, Wetmore DR, et al. Serum metabolomics indicate altered cellular energy metabolism in children with cystic fibrosis. Pediatr Pulmonol. 2014;49(5):463-72.
- Odolczyk N. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23982976 .
- Genovese P, Schiroli G, Escobar G. et al. Targeted genome editing in human repopulating haematopoietic stem cells. Nature. 2014 May 28.