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Fabio Deotto

Come evolvono gli Hantavirus

Da quanto è stato accertato un focolaio di hantavirus sulla nave da crociera MV Hondius, lo scorso 2 maggio, lo spettro del Covid è tornato ad aggirarsi per il mondo. Nonostante si tratti di un virus diverso, con una diversa letalità, nonché diverse modalità di trasmissione e incubazione, buona parte delle parole scritte sull’argomento si è concentrata sulla possibilità di una nuova pandemia globale. È comprensibile: sono passati solo sei anni da quando un virus ha abbassato le saracinesche del mondo, e alcuni aspetti sono tristemente simili: basti ricordare che cosa è successo sulla nave Diamond Princess, rimasta bloccata in quarantena per due settimane del 2020 al largo di Yokohama. 

Al momento, però, l’OMS ha diffuso rassicurazioni circostanziate sul perché non ci troviamo di fronte a un “nuovo Covid”: in questo caso la trasmissibilità è nettamente più bassa e sembra legata a contatti stretti e prolungati con persone con sintomi. Inoltre, la sua elevata letalità, combinata a una bassa trasmissibilità, rende più improbabile lo sviluppo di una pandemia.

Un parallelo utile tra l’inizio della pandemia di coronavirus e la situazione in cui ci troviamo oggi riguarda i comuni elementi di incertezza. Il ceppo hantavirus Andes, ad oggi l’unico ad aver mostrato una capacità di trasmissione interumana, è oggetto di studio almeno dal 1996, data del primo spillover documentato in Argentina. Ma rimangono alcune lacune da colmare. Quello che sappiamo sulle modalità di trasmissione da umano a umano deriva dall’osservazione di pochi focolai in ambienti rurali; non è ancora chiaro perché alcune persone sembrino in grado di diffondere il virus più di altre (i cosiddetti “superspreader”); inoltre, poiché nei pochi focolai con trasmissione interumana documentati fino ad oggi l’attenzione era inizialmente rivolta ai pazienti sintomatici gravi, non abbiamo sufficienti dati a disposizione per sapere con certezza se le persone infette siano in grado di diffondere il virus anche da asintomatiche, sebbene esistano evidenze di infettività in presenza di sintomi lievi. 

Un ulteriore elemento è legato al fatto che gli hantavirus appartengono a quel novero di virus a RNA che si replicano senza un meccanismo di correzione degli errori. A causa di ciò, come vedremo, questi virus mutano in modo talmente rapido da creare continuamente nuove varianti. Come ha mostrato il virologo Åke Plyusnin già nel 1996, nelle popolazioni selvatiche di roditori gli hantavirus esistono come “nuvole” di varianti in continua evoluzione dove la variante più diffusa funge da baricentro. Si comportano come una “quasispecie”, per utilizzare un concetto elaborato negli anni ‘70 dal chimico fisico tedesco Manfred Eigen, e questa è una delle ragioni per cui è più difficile sviluppare vaccini efficaci, e per cui oggi i virus di questo tipo sono osservati speciali.

C’è chi vede il Premio Nobel come un traguardo, chi come un trampolino di lancio per studi più ambiziosi. Dopo che nel 1967 Manfred Eigen vinse il Nobel per la Chimica grazie al suo lavoro sulla cinetica delle reazioni ultraveloci, si dedicò a sbrogliare un interrogativo che aveva tenuto svegli migliaia di scienziati prima di lui: com’è nata la vita sul pianeta Terra? Nel caso di Eigen, però, la questione era più specifica: com’è stato possibile che dal caos chimico primordiale emergesse un’informazione biologica stabile? Com’è successo, insomma, che molecole capaci di replicarsi siano emerse senza che esistessero già gli enzimi necessari a replicarle?

Il lavoro di Eigen si basava più sulle equazioni di cinetica chimica che sull’osservazione biologica, perciò provò ad affrontare la questione da un’angolazione diversa. Invece di ideare un disegno sperimentale da eseguire in laboratorio, cominciò a studiare una situazione ipotetica in cui delle molecole fossero in grado di replicarsi autonomamente, con un certo grado di errore. L’idea era che potessero coesistere diverse sequenze autoreplicanti in competizione tra loro, che coesistevano in una “nuvola” di varianti. In assenza di una pressione biologica complessa come quella osservata da Darwin (dopotutto non esistevano ancora gli organismi), la sola pressione selettiva era la competizione chimica per i nucleotidi disponibili. Ma siccome ogni molecola produceva in continuazione nuove varianti, questa selezione operava su una popolazione in costante trasformazione, quella che Eigen definì una “coda di cometa di copie errate” (anche se negli anni successivi avrebbe impiegato il termine “quasispecie”), il cui baricentro poteva variare a seconda delle condizioni.

Era un’intuizione straordinaria per l’epoca. Negli anni ‘70 selezione e mutazione erano considerati eventi concettualmente separati: si presupponeva che la selezione avvenisse su tipi fissi in competizione tra loro, mentre la mutazione era un evento raro che interveniva tra un ciclo selettivo e l’altro. La grande intuizione di Eigen fu capire che questa lettura poteva essere valida solo quando gli errori di copia sono estremamente rari (come avviene negli organismi a DNA). Quando invece gli errori sono la norma, come nel sistema che aveva ipotizzato, allora ogni replicazione doveva inevitabilmente produrre varianti, e i due processi diventavano inseparabili. 

Come modello matematico funzionava, ma perché avesse una vera rilevanza occorreva osservare quella dinamica in un sistema sperimentale reale. Le cose cambiarono quando Eigen venne a conoscenza degli esperimenti che Sol Spiegelman aveva condotto all’Università dell’Illinois negli anni ‘60. Mentre studiava il fago Qβ, un virus a RNA che infetta esclusivamente batteri, Spiegelman aveva notato che l’RNA di questo virus era in grado di replicarsi isolato in vitro a partire da un substrato di nucleotidi; non solo, se sottoposto a replicazione seriale, l’RNA tendeva a eliminare via via il materiale genetico superfluo, evolvendo spontaneamente verso sequenze più corte e più velocemente replicabili.

Era una scoperta cruciale: significava che quello che Eigen aveva ipotizzato in via teorica era corretto, ed era già osservabile in alcuni tipi di virus. Nei decenni successivi, in particolare grazie al lavoro di Esteban Domingo, diventò chiaro che il concetto di quasispecie poteva aiutare a comprendere meglio il comportamento di virus patogeni come l’influenza, l’HIV e, naturalmente, gli hantavirus.

C’è un motivo se molti virus a RNA si comportano come quasispecie: a differenza del DNA, il sistema di replicazione dell’RNA (la RNA polimerasi) non dispone di un sistema di “correzione di bozze” che interviene a correggere gli errori di replicazione. Il risultato è che i virus a RNA si replicano con una quantità di errori tra le diecimila e centomila volte superiore rispetto a quelli a DNA a doppia elica. 

Una delle cose che rende particolarmente insidiosi virus come Sars-CoV-2, HIV-1 e Andes è la loro capacità di trasformarsi velocemente. Ora, dobbiamo essere cauti, dal momento che la pericolosità di un virus non dipende unicamente dalla sua eterogeneità, ma il modello della quasispecie può aiutarci a comprendere meglio la potenziale evoluzione di virus di questo tipo, e a non farci cogliere impreparati.

Come abbiamo visto, non solo questi virus mutano in continuazione, ma esistono come una distribuzione di “copie errate”. Questo significa che nel momento in cui viene sviluppato un vaccino capace di produrre anticorpi contro una specifica variante (ipotizziamo: quella più diffusa nella quasispecie), è possibile che esistano altre varianti che quegli anticorpi non riconoscono, e che nel giro di poco tempo il baricentro di quella nuvola di varianti si sposti in modo da sfuggire al vaccino.

Tecnicamente, un vaccino contro gli hantavirus esiste già. È stato sviluppato alla fine degli anni ‘80, in Corea, uno dei paesi che ogni anno registra la maggiore incidenza relativa di infezioni da hantavirus (tra le 300 e le 600), nonché quello in cui il virus è stato identificato nel 1976 (il nome deriva dal fiume Hantaan). L’hantavax però è un vaccino tradizionale, che si basa cioè sull’introduzione nell’organismo di una versione inattivata del patogeno, oltretutto a partire da ceppi di hantavirus asiatici che presentano antigeni diversi da quelli delle varianti Andes. Ma il problema vero è un altro: anche volendo, per sviluppare un vaccino a virus inattivato ci vogliono anni. E noi abbiamo bisogno di intervenire in tempi il più possibile brevi. 

Per questo motivo, al momento, gli sforzi si stanno concentrando su un vaccino a mRNA. Che poi è lo stesso approccio utilizzato per SARS-CoV-2, un altro virus a RNA con alta capacità mutazionale (anche se, rispetto ad altri virus a RNA, un rudimentale sistema di contenimento dell’errore ce l’ha). 

A differenza dei vaccini a virus inattivato, il vaccino a mRNA non ha bisogno di introdurre nell’organismo la proteina virale che funge da antigene, si limita a consegnare alla cellula le istruzioni per sintetizzarla. L’RNA messaggero (o mRNA) è la molecola che trasporta le istruzioni dal DNA ai ribosomi, che sulla base di essa producono le proteine che poi vengono presentate al sistema immunitario. Questo non solo permette di velocizzare enormemente la produzione del vaccino, ma consente anche di aggiornarlo con relativa rapidità nel momento in cui il virus evolve sviluppando varianti diverse. Inoltre, rende possibile utilizzare sequenze di mRNA capaci di produrre più proteine bersaglio, o di includere più sequenze nella stessa iniezione.

Il vaccino su cui oggi sta lavorando Moderna, e che ha già dato risultati promettenti nella sperimentazione sui topi, punta a coprire una porzione il più possibile ampia delle varianti esistenti. I successi registrati nella copertura vaccinale contro le varianti di Covid fanno ben sperare, ma come dicevamo all’inizio gli hantavirus sono patogeni differenti, con caratteristiche evolutive particolari che potrebbero richiedere di valutare strategie ulteriori.

Dai dati che abbiamo a disposizione emerge che il paziente zero di questo focolaio si è imbarcato sulla MV Hondius pochi giorni dopo aver concluso un viaggio di quattro mesi attraverso Cile, Uruguay e Argentina. Non stiamo dunque parlando di un turista che ha visitato aree a rischio, ma di una persona che si è esposta per mesi a un ambiente endemico dove il virus circola nei roditori da millenni. Era il primo aprile. L’uomo è morto l’11 aprile, sua moglie quindici giorni dopo. Il 2 maggio una terza passeggera è morta a bordo della nave, e lo stesso giorno un passeggero britannico, evacuato giorni prima e ricoverato in terapia intensiva a Johannesburg, è risultato positivo all’hantavirus. A quel punto l’OMS è stata allertata e sono state attivate le strategie di contenimento.

In questo momento i passeggeri dell’Hondius e le persone con cui sono entrati in contatto sono sotto stretta sorveglianza, e come ha giustamente rimarcato l’OMS non ci sono ragionevoli motivi per paventare una nuova pandemia in stile Covid. Di qui al 21 giugno, data in cui finirà la quarantena per le ultime persone esposte, vale però la pena adoperare un grado di accortezza in più, e approfittarne per conoscere meglio un virus che presenta importanti differenze con altri a cui siamo più abituati.

Un dato rassicurante è che, sebbene mostrino un errore di replicazione superiore ai coronavirus, gli hantavirus si replicano più lentamente di altri virus a RNA: hanno tempi di incubazione molto lunghi, e dunque un tasso di sostituzione a lungo termine più basso. Questo suggerisce che il virus difficilmente abbia subito evoluzioni radicali a bordo della nave. Il vero elemento preoccupante, semmai, non riguarda questo focolaio e la nave in cui è scoppiato, ma le zone di contatto tra fauna selvatica ed esseri umani dove i salti di specie diventano più probabili. 

A differenza di altri virus a RNA, gli hantavirus hanno un asso nella manica. L’RNA virale, infatti, non evolve solo per le mutazioni dovute agli errori della polimerasi, ma anche per meccanismi di ricombinazione (lo scambio di porzioni di RNA tra due virus diversi durante una coinfezione), e di riassortimento (quando, in un virus a RNA segmentato, i segmenti si rimescolano in una nuova composizione). La mutazione porta a un cambiamento graduale delle caratteristiche del virus, mentre la ricombinazione può comportare dei “salti” nell’evoluzione di nuove varietà, che diventano ancora più bruschi nel caso del riassortimento.

Ora, gli hantavirus hanno un RNA organizzato in segmenti autonomi, e sono dunque soggetti a riassortimento, ma perché questo riassortimento avvenga è necessario che un ospite sia infettato contemporaneamente da due ceppi diversi del virus. Questo consente di escludere che un evento di questo tipo abbia interessato i passeggeri della nave. Una conferma in questo senso è arrivata dall’analisi delle prime sequenze genomiche dei passeggeri infetti. “I tre genomi hantavirus analizzati hanno sequenze coerenti l’una con l’altra, il che suggerisce che il virus non sia andato incontro a un riassortimento.” ha dichiarato il virologo Damien Tully, professore associato della London School of Hygiene and Tropical Medicine, “Questo implica che il virus che ha dato origine al focolaio sia con ogni probabilità emerso da una linea virale singola e relativamente stabile, piuttosto che da un rimescolamento recente tra virus diversi.” 

Ma anche una volta che questo focolaio sarà spento, com’è prevedibile e auspicabile, il problema rimarrà anche lontano dalla nave e dal dibattito mediatico, e interessa gli animali che fungono da serbatoio naturale del virus, e gli ambienti in cui vivono.

Una ricerca pubblicata su Nature nel 2022 prevede che da qui al 2070, a causa delle variazioni nelle temperature e del cambio dei pattern di precipitazione, almeno 3800 specie di mammiferi (tra cui diversi roditori) cambieranno il proprio areale, spostandosi in luoghi in cui sarà molto più facile entrare in contatto con gli esseri umani. Nel frattempo, l’espansione umana in aree selvatiche, attraverso deforestazione e urbanizzazione, sta aumentando sensibilmente il rischio di trasmissione di malattie, in particolare quelle portate da zanzare e roditori. Questo significa che la crisi climatica e i processi di antropizzazione stanno aumentando anno dopo anno la probabilità di esposizione umana ad animali infetti, e dunque la probabilità di nuovi salti di specie.

Per scongiurare una prospettiva di progressivo aumento del rischio ci sono diverse cose che possiamo fare: potenziare i sistemi di sorveglianza genomica sulle specie che fungono da serbatoio naturale del virus, lavorare su farmaci antivirali che sfruttino la tendenza di questi virus all’errore di replicazione per spingerli oltre la soglia di sopravvivenza, predisporre soluzioni vaccinali preventive, e tutti quegli approcci che puntano all’integrazione salute umana, animale e ambientale riconducibili al framework One Health.

Sono tutte misure utili, e sarà cruciale implementarle in parallelo, ma rischiano di non essere sufficienti se non affrontiamo il problema strutturale, ossia la pressione antropica sugli ambienti. Di fronte a un virus che muta rapidamente e in modo imprevedibile, la vera soluzione a lungo termine non è trovare l’arma perfetta per sconfiggere il virus, ma ridurre le probabilità di entrarci in contatto.

È una lezione che avremmo dovuto imparare già ai tempi del Covid, e che ora ci ritroviamo costretti a ripassare. Se davvero vogliamo che non emerga un “nuovo Covid”, allora dobbiamo imparare a giocare d’anticipo. Oltre a prepararci a nuove possibili emergenze, è fondamentale ridurre le condizioni che permettono alle pandemie di svilupparsi.