Uno studio pubblicato su "Nature" da un gruppo guidato da Anne Willis dell'Università di Cambridge ha descritto un possibile effetto non previsto dei vaccini a mRNA, quelli utilizzati contro SARS-CoV-2: la produzione di piccole quantità di proteine non volute.

La buona notizia è che la ricerca scientifica procede spedita su questo fronte evidenziando aspetti mai studiati della biologia molecolare. La rivoluzionaria tecnologia a mRNA è considerata promettente per aggredire anche altre malattie. Inoltre – con buona pace dei complottisti – questi risultati sono stati pubblicati da una delle riviste scientifiche più note al mondo.

Lo studio
Nel dettaglio si è osservato che l'uso di mRNA modificato come lo è nei vaccini per COVID-19 può far sì che il macchinario cellulare che legge la ricetta codificata dall'mRNA per creare le proteine – noto come ribosoma – rallenti, si fermi e poi ricominci a leggere, ma partendo da un punto leggermente diverso della stringa. Un fenomeno noto come frameshifting. Nella maggior parte dei casi, ciò si traduce in un nonsenso e il processo si arresta senza che l’organismo se ne accorga, ma raramente – e questo è l’effetto sotto i riflettori – può portare all'aggiunta di una nuova stringa di amminoacidi.

Il Nobel per la medicina Katalin Karikó racconta come si è arrivati al vaccino contro COVID-19

di Tanya Lewis/Scientific American

Che cosa significa? Significa che oltre alla risposta immunitaria principale guidata dal vaccino contro la proteina spike caratteristica del coronavirus, possono insorgere altre risposte minori mirate alle nuove sequenze proteiche. È fondamentale precisare che queste risposte sono state osservate solo nei linfociti T di alcuni soggetti, vaccinati con mRNA. Questo effetto è stato dimostrato sia in topi che in un gruppo geneticamente diverso di esseri umani che avevano ricevuto vaccini a base di mRNA, ma non dosi di vaccino ad adenovirus. In quest'ultimo caso non sono state osservate modifiche nella sintesi proteica.

Nello specifico, il gruppo ha confrontato le reazioni immunitarie dei topi vaccinati con il vaccino a mRNA per COVID-19 prodotto da Pfizer con quelli vaccinati con il vaccino di AstraZeneca osservando che i topi vaccinati con Pfizer avevano generato anticorpi contro le proteine derivate dal frameshift, mentre gli animali vaccinati con il vaccino di AstraZeneca, no.

Il gruppo ha quindi esaminato le risposte immunitarie in 20 persone che avevano ricevuto il vaccino AstraZeneca e in 21 che avevano ricevuto il vaccino Pfizer. I campioni di sangue di circa un terzo dei soggetti che hanno ricevuto il vaccino Pfizer hanno mostrato una reazione immunitaria alle proteine frameshifted, mentre nessuno dei campioni dei soggetti che hanno ricevuto il vaccino AstraZeneca lo rilevava. In ogni modo, nessuno dei partecipanti allo studio ha riportato effetti collaterali dal vaccino.

Come funziona la tecnologia a mRNA
I filamenti di mRNA trasmettono i progetti codificati nei geni delle cellule alle loro "centraline", i ribosomi, per la produzione di proteine. L'mRNA è costituito da quattro unità di base, ovvero quattro molecole chiamate rispettivamente citosina (C), guanina (G), adenina (A) e uridina (U). I ribosomi leggono l'mRNA tre basi alla volta (ogni tripletta di nucleotidi è detta codone), e ognuno di questi codoni specifica un amminoacido nella proteina. I potenziali vaccini e terapie a base di mRNA consistono in un mRNA artificiale che contiene la ricetta per una specifica proteina. Per i vaccini, l'obiettivo è generare una risposta immunitaria alla proteina – per esempio la proteina spike – mentre le terapie a base di mRNA mirano a indurre le cellule di una persona a produrre una proteina in grado di trattare una malattia.

In arrivo i nuovi vaccini contro SARS-CoV-2

di Cristina Da Rold

Ma poiché la presenza di RNA estraneo di solito significa che un virus sta attaccando, le cellule tendono a riconoscerlo e a distruggerlo. Katalin Karikó e Drew Weissman dell'Università della Pennsylvania decine di anni fa hanno scoperto che se si alterava una delle basi dell'mRNA, sostituendo l'uridina con la pseudouridina, il filamento modificato poteva eludere la distruzione abbastanza a lungo da permettere alle cellule di produrre la proteina desiderata. Nell'mRNA del vaccino, uno dei quattro elementi costitutivi dell'RNA è stato sostituito da una variante modificata chimicamente. Oltre ai normali elementi costitutivi citosina, guanina e adenina, contiene infatti l'elemento costitutivo 1-metilpseudouridina al posto dell'uridina. Di conseguenza, l'mRNA innesca una risposta immunitaria innata meno forte – che si manifesta dopo la vaccinazione con sintomi simili a un'infezione – e da esso si formano più proteine.

La ricerca, per la quale quest'anno Karikó e Weissman hanno ricevuto il premio Nobel per la medicina o la fisiologia, ha contribuito ad accelerare lo sviluppo di potenziali vaccini e terapie a base di mRNA.

Un effetto già noto
Lo studio non è stato accolto dalla comunità scientifica con preoccupazione. Karikò ha osservato che questo fenomeno – in medicina si parla di frameshift ribosomiale – si verifica anche in modo naturale nell’mRNA non modificato, anche se con molta minor frequenza rispetto alla tecnologia dell'mRNA che utilizza l'1-metilpseudouridina.

Per esempio, la sequenza di basi UUC nell'mRNA significa che l'amminoacido fenilalanina è incorporato nella proteina in quello specifico punto della stringa. Se la catena di RNA si sposta di una posizione, il gruppo di lettura di tre elementi inizia improvvisamente con il blocco di base UC e si completa con il blocco di base successivo del gruppo di tre, ossia un codice completamente diverso. In questo caso l'amminoacido incorporato è invece la serina, indipendentemente dal blocco di costruzione successivo. I due blocchi di costruzione rimanenti del gruppo di tre vengono nuovamente letti insieme alla lettera successiva, e così via. Il risultato è una proteina completamente diversa.

Queste proteine frameshifted possono naturalmente ampliare la risposta immunitaria dell'organismo, quindi è possibile che i vaccini COVID-19 mirati agli spike ricevano una spinta dalla lettura errata.  

La buona notizia è che non è complesso risolvere il problema e procedere con la ricerca per migliorare l’efficacia di questi sistemi per lo sviluppo di nuovi farmaci. Il gruppo ha scoperto che i ribosomi rallentano quando incontrano le pseudouridine, soprattutto quando la sequenza ne contiene diverse in fila. Questo probabilmente perché le basi alterate non si adattano bene ai ribosomi come quelle standard, il che aumenta la possibilità di frameshift.

L’intricata storia dei vaccini a mRNA

di Elie Dolgin

La soluzione è questa: poiché l'mRNA può utilizzare diversi codoni per un dato amminoacido, le molecole possono essere progettate per evitare i codoni a rischio di slittamento. Per esempio, i progettisti di mRNA possono usare la sequenza UUC (due pseudouridine e una citidina) invece di UUU (tre pseudouridine). Entrambe codificano per lo stesso amminoacido, ma la prima dovrebbe produrre meno errori. I ricercatori hanno quindi sviluppato un algoritmo che identifica le sequenze potenzialmente problematiche e le sostituisce con quelle che hanno meno probabilità di causare errori. Grazie ai codoni sinonimi, la stessa proteina viene quindi prodotta, ma in modo più accurato.

Che cosa dobbiamo pensare?
Chiaramente non è possibile sapere chi fra i vaccinati può aver manifestato questo meccanismo ed eventualmente se esso ha interferito nella loro fisiologia. In ogni modo nessuna delle persone esaminate nello studio ha riportato effetti collaterali dal vaccino in questione e questo, secondo i ricercatori, è un’evidenza del fatto che non ci sono prove che la proteina frameshifted sia dannosa.

Sicuramente un risultato come questo obbliga a riconsiderare alcuni aspetti della ricerca medica sulle tecnologie a m-RNA attualmente in fase di sperimentazione rispetto a questo effetto non previsto. Pensiamo ai vaccini contro il cancro, progettati per innescare risposte immunitarie alle proteine specifiche del tumore. È probabile che i pazienti affetti da cancro abbiano ricevuto altri trattamenti che alterano l'immunità, quindi potrebbero essere più vulnerabili alle proteine sbagliate e alle reazioni immunitarie che potrebbero scatenare.

L’immunizzazione ha sempre due volti. Purtroppo sappiamo che nessun farmaco – e nemmeno nessun vaccino – è perfetto, nel senso di non portare con sé alcun effetto collaterale. I singoli individui possono soffrire di rari effetti collaterali più gravi a causa della diversità genetica degli esseri umani che per lo più non possono essere previsti perché la medicina ancora non conosce tutti i meccanismi biomolecolari esistenti in natura né anche qualora li conoscesse sarebbe comunque in grado oggi di mappare ed esaminare il profilo genetico di ogni essere umano prima di proporre un farmaco. Il meccanismo di profilo di sicurezza vaccinale è statistico: si osserva che cosa accade in un campione molto ampio di individui e con che frequenza.