Il Plasmodium falciparum, il parassita che causa la forma più mortale di malaria negli esseri umani, è un maestro evasore e ha schivato tutti i tentativi di un vaccino efficace e duraturo. Ora, utilizzando un metodo sofisticato che caratterizza il modo in cui gli anticorpi rispondono a tutte le circa 5.400 proteine del parassita, i ricercatori di Chan Zuckerberg Biohub–San Francisco (CZ Biohub SF) e UC San Francisco (UCSF) hanno creato la prima mappa ad alta risoluzione della risposta immunitaria umana a P. falciparum, offrendo informazioni su ciò che rende questo parassita un agente patogeno così persistente.
In uno studio pubblicato su eLife il 10 marzo, i ricercatori hanno impiegato un metodo sofisticato per abbattere le proteine che compongono P. falciparum nei pezzi riconosciuti dal nostro sistema immunitario e poi li hanno esposti al sangue di 198 adulti e bambini ugandesi. I risultati hanno mostrato che gli anticorpi si legano a molte regioni di P. falciparum che non generano una risposta anticorpale di lunga durata, un’apparente “tattica di deviazione” che costringe il sistema immunitario a generare risposte di breve durata.
“La malaria è una professionista quando si tratta di evasione immunitaria“, ha affermato Joe DeRisi, Presidente di CZ Biohub SF, co-autore senior dello studio. “Ma piuttosto che usare la furtività, le nostre nuove scoperte suggeriscono che il parassita della malaria sta fondamentalmente lanciando uno spettacolo pirotecnico che distrae il sistema immunitario, facendogli inseguire obiettivi che alla fine non sono utili per sviluppare una protezione a lungo termine“.
Un nemico sofisticato
Per quanto riguarda il motivo per cui è stato così difficile trovare un vaccino durevole contro la malaria, gli esperti sottolineano la complessità del ciclo di vita del parassita. P. falciparum cambia profondamente mentre si muove attraverso il corpo umano, prima scivolando attraverso il flusso sanguigno come un verme unicellulare e poi moltiplicandosi nelle cellule del fegato prima di esplodere nel sistema circolatorio per divorare ripetutamente il contenuto dei globuli rossi come combustibile per moltiplicarsi.
Il parassita è anche geneticamente complesso, con centinaia di proteine che si pensa siano dedicate all’evasione immunitaria. Le proteine del parassita presentano anche un gran numero di semplici sequenze ripetute che hanno sconcertato gli scienziati per decenni.
Di fronte a un nemico così sofisticato, forse non sorprende che sia le nostre risposte immunitarie naturali che gli sforzi per creare un vaccino falliscano. Solo con molte esposizioni ripetute nel corso della loro vita le persone nelle regioni di trasmissione della malaria smettono di ammalarsi quando vengono infettate dal parassita e talvolta anche questo non è sufficiente.
Il lungo lasso di tempo per sviluppare l’immunità lascia i bambini particolarmente a rischio. Inoltre, l’immunità conquistata a fatica, diminuisce rapidamente: è probabile che le persone che lasciano le aree ad alta trasmissione perdano la loro protezione e si ammalino di nuovo al loro ritorno.
Queste sfide allo sviluppo dell’immunità naturale si sono trasferite agli sforzi per i vaccini. Il vaccino noto come RTS,S, il primo ad essere approvato per la malaria, richiede una serie di quattro iniezioni ed è efficace solo per il 30% circa contro la forma di malattia grave e la protezione che conferisce diminuisce dopo pochi mesi.
“Ci sono molte cose che non sappiamo su come si sviluppa l’immunità alla malaria“, ha affermato Bryan Greenhouse, Professore di medicina presso l’UCSF e co-autore senior del nuovo articolo. “Ciò è in gran parte dovuto alla mancanza di strumenti per caratterizzare in modo completo la risposta del sistema immunitario. I nuovi metodi che abbiamo sviluppato in questo studio, tuttavia, contribuiranno a colmare questa lacuna”.
Mappatura della risposta immunitaria
Per capire meglio perché è così difficile sviluppare l’immunità alla malaria, i ricercatori di Biohub SF e UCSF hanno sfruttato una potente tecnologia chiamata PhIP-Seq, che ha permesso loro di analizzare in laboratorio come ha reagito il sistema immunitario delle persone esposte a P. falciparum.
L’approccio prevedeva di prendere tutte le circa 5.400 proteine che compongono il parassita P. falciparum – il “proteoma” del parassita – e tagliarle in centinaia di migliaia di pezzi, approssimando la scala su cui lavora il nostro sistema immunitario quando va a caccia di pezzi di agenti patogeni per bersaglio. I ricercatori hanno quindi progettato virus per visualizzare ciascuno di questi minuscoli pezzi – come soldati che sventolano la bandiera di un esercito avversario – e li hanno mescolati in piatti di laboratorio con il sangue dei partecipanti allo studio.
“Quello che abbiamo fatto è creare un elenco di tutti i componenti di tutte le proteine che la malaria potrebbe mostrare al nostro sistema immunitario”, ha detto DeRisi, Professore di biochimica e biofisica all’UCSF. “Possiamo vedere esattamente ciò che vede il nostro sistema immunitario e cercare di capire come sta rispondendo”.
Ora i ricercatori hanno potuto analizzare quali parti del parassita hanno attivato gli anticorpi nel sangue umano per combattere la malattia. Se il sistema immunitario ha già incontrato un pezzo e ha prodotto anticorpi, allora gli anticorpi dovrebbero mostrare reattività a quei pezzi nella piattaforma PhIP-seq.
Come previsto, i campioni raccolti da un gruppo di controllo di adulti statunitensi, che, per la maggior parte, probabilmente non erano mai stati esposti alla malaria, hanno mostrato una reattività molto ridotta ai frammenti proteici del parassita. Ma quando il team ha esaminato il sangue donato dagli ugandesi, ha osservato modelli interessanti.
Il sangue degli ugandesi conteneva anticorpi contro molti componenti del parassita della malaria, ma più comunemente contro frammenti proteici chiamati “elementi ripetuti”. Gli elementi ripetuti sono aree di una proteina in cui le sequenze di amminoacidi che la compongono si ripetono più e più volte e si pensa che servano a poco nella funzione della proteina.
Curiosamente, la risposta agli elementi ripetuti dipendeva fortemente dall’esposizione. I bambini ugandesi che vivono con un’esposizione estremamente elevata alla malaria – una media di 49 volte l’anno attraverso punture di zanzare infette – hanno mostrato una reattività circa doppia rispetto a molti di questi elementi ripetuti rispetto ai bambini che vivevano in aree di esposizione moderata – cinque morsi infetti all’anno.
Ma la reattività ad alcuni di questi elementi ripetuti è diminuita nel tempo più della reattività alle regioni non ripetute. La netta differenza suggerisce che mentre gli anticorpi contro questi elementi ripetuti dominano la risposta immunitaria alla malaria, questa risposta è fugace e può scomparire più rapidamente delle risposte alle regioni non ripetute.
“Quelle ripetizioni non tendono ad essere obiettivi molto buoni quando si tratta di creare una difesa a lungo termine“, ha affermato Madhura Raghavan, studiosa post-dottorato in biochimica e biofisica presso l’UCSF e autrice principale del nuovo studio. “Le risorse immunitarie sono limitate e, nel caso della malaria, i nostri corpi sembrano fare un grave errore di calcolo su ciò a cui mirano per creare un’immunità naturale“.
DeRisi ha concordato, aggiungendo: “Il nostro sistema immunitario entra in azione per affrontare queste esche. È una tale distrazione che il corpo perde l’opportunità di sviluppare una difesa che sarebbe effettivamente utile la prossima volta“.
I risultati probabilmente sono un’importante lezione per lo sviluppo del vaccino, che in genere si basa sull’imitazione della difesa immunitaria del corpo, senza necessariamente valutarne l’efficacia. In effetti, il vaccino RTS,S utilizza un elemento ripetuto di P. falciparum come bersaglio, una possibile spiegazione per la sua bassa durabilità.
Immagine: panoramica PhIP-seq e pipeline di analisi. Credito: eLife (2023). DOI: 10.7554/eLife.81401
Armati del loro nuovo elenco del proteoma di P. falciparum, i ricercatori di Biohub hanno in programma di continuare a testare le risposte immunitarie alla malaria in Uganda, osservando poi come queste risposte cambiano nel tempo e con diversi livelli di esposizione. Ulteriori dati, si aspettano i ricercatori, alla fine li guideranno a componenti specifici delle proteine del parassita che potrebbero essere la chiave per innescare una risposta immunitaria più efficace attraverso la vaccinazione.
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“Sfortunatamente, la malaria è semplicemente una parte normale della vita quotidiana per molte persone e l’immunità è l’unica cosa che impedisce loro di ammalarsi o morire continuamente”, ha detto Greenhouse. “È fondamentale continuare a lavorare per comprendere meglio l’immunità se vogliamo avere la possibilità di sviluppare un vaccino efficace e salvavita”.
Fonte:eLife
