Serpenti: progressi verso un antiveleno universale

Scoperti anticorpi che proteggono dal veleno letale di mamba, cobra e krait, ma non da quello delle vipere

[4 Marzo 2024]

Ogni anno, soprattutto in Asia e Africa, tra le 81.000 e le 138.000 persone muoiono a causa del morso di un serpente, mentre più di 400.000 persone subiscono disabilità permanenti, il che fa di questi incidenti  una delle malattie tropicali trascurate più mortali e invalidanti. Con un complesso cocktail di proteine ​​​​dannose, il veleno di serpente agisce come un’“ arma chimica ”, attaccando il sistema nervoso, i tessuti o il flusso sanguigno. Rispetto al loro impatto devastante, il livello di ricerca sui morsi di serpenti velenosi è scarso e nel 2017 l’Organizzazione mondiale della sanità ha elencato questi morsi come una malattia tropicale trascurata con la massima priorità.

Gli attuali antiveleni vengono prodotti immunizzando gli animali con veleno di serpente e solitamente ognuno funziona solo contro una singola specie di serpente. Ciò significa che devono essere prodotti molti antiveleni diversi per trattare i morsi di serpente nelle diverse regioni. Poi ci sono gli shock anafilattici provocati dagli stessi antidoti antiveleno.

Lo studio “Synthetic development of a broadly neutralizing antibody against snake venom long-chain α-neurotoxins”, pubblicato recentemente su Science Translational Medicine da un team di ricercatori dello Scripps Research Institute, del Liverpool School of Tropical Medicine e dell’Indian Institute of Science, illustra lo sviluppo di  «Un anticorpo in grado di bloccare gli effetti delle tossine letali presenti nei veleni di un’ampia varietà di serpenti presenti in Africa, Asia e Australia».

L’anticorpo protegge i topi dal veleno normalmente mortale di serpenti come amba neri e cobra reali e Scripps Research spiega che «La nuova ricerca ha utilizzato forme di tossine prodotte in laboratorio per selezionare miliardi di diversi anticorpi umani e identificarne uno in grado di bloccare l’attività delle tossine. Rappresenta un grande passo avanti verso un antiveleno universale che sarebbe efficace contro il veleno di tutti i serpenti».

L’autore senior dello studio, Joseph Jardine, immunologo, microbiologo ed esperto di ingegneria proteica di Scripps Research, ha detto che «Gli antiveleni esistono, ma sono costruiti con una tecnologia vecchia di 100 anni. Questo anticorpo agisce contro una delle principali tossine presenti in numerose specie di serpenti che contribuiscono a decine di migliaia di morti ogni anno. Questo potrebbe essere incredibilmente prezioso per le persone nei paesi a basso e medio reddito che hanno il maggior numero di morti e feriti dovuti a morsi di serpente».

Precedentemente, Jardine e i suoi colleghi avevano studiato come gli anticorpi ampiamente neutralizzanti contro il virus dell’immunodeficienza umana (HIV) possano funzionare prendendo di mira le aree del virus che non possono mutare e si sono resi conto che la sfida di trovare un antiveleno universale era simile alla loro ricerca di un vaccino contro l’HIV: «Proprio come le proteine ​​dell’HIV in rapida evoluzione mostrano piccole differenze tra loro, i diversi veleni di serpente hanno variazioni sufficienti per cui un anticorpo che si lega a uno generalmente non si lega agli altri – spiegano i ricercatori – Ma come l’HIV, anche le tossine dei serpenti hanno regioni conservate che non possono mutare, e un anticorpo mirato a quelle potrebbe funzionare contro tutte le varianti di quella tossina».

Il nuovo studio, che è stato in gran parte condotto mentre Jardine e i suoi colleghi erano presso l’organizzazione di ricerca scientifica no-profit IAVI, ha  isolato e confrontato le proteine ​​del veleno di una varietà di elapidi, un importante gruppo di serpenti velenosi che comprende mamba, cobra e krait, e ha scoperto che «Un tipo di proteina chiamata tossine a tre dita (3FTx), presente in tutti i serpenti elapidi, conteneva piccole sezioni che sembravano simili tra le diverse specie. Inoltre, le proteine ​​3FTx sono considerate altamente tossiche e sono responsabili della paralisi di tutto il corpo, rendendole un bersaglio terapeutico ideale».

Per tentare di scoprire un anticorpo per bloccare la 3FTx, i ricercatori hanno creato una piattaforma innovativa che ha inserito i geni per 16 diverse  3FTx nelle cellule di mammifero, che hanno poi prodotto le tossine in laboratorio. Il team ha utilizzato una libreria di oltre 50 miliardi di anticorpi umani diversi e ha testato quali si legavano alla proteina 3FTx del krait bungaro fasciato o bungaro di Taiwan o cinese (Bungarus multicinctus), che presentava il maggior numero di somiglianze con altre proteine 3FTx. Questo ha ristretto la ricerca a circa 3.800 anticorpi. Quindi, i ricercatori hanno testato questi  anticorpi per vedere se riconoscevano anche altre quattro varianti 3FTx e tra i 30 anticorpi identificati in quello screening, uno – il 95Mat5 – si è distinto per avere le interazioni più forti tra tutte le varianti della tossina.

La principale autrice dello studio, Irene Khalek di Scripps Research, devidenzia che «Siamo stati in grado di approfondire la piccolissima percentuale di anticorpi che erano reattivi in ​​modo crociato per tutte queste diverse tossine. Questo è stato possibile solo grazie alla piattaforma che abbiamo sviluppato per schermare la nostra libreria di anticorpi contro più tossine in parallelo».

L’altro autore principale dello studio, Kartik Sunagar, capo del laboratorio di venomica evolutiva dell’Indian Institute of Science e autore principale dello studio, ricorda che «Questi animali vengono esposti a vari batteri e virus durante la loro vita. Di conseguenza, gli antiveleni includono anche anticorpi contro i microrganismi, che sono terapeuticamente ridondanti. La ricerca ha dimostrato che meno del 10% di una fiala di antiveleno contiene effettivamente anticorpi mirati contro le tossine del veleno di serpente».

Jardine, Khalek, Sunagar e i loro colleghi hanno testato l’effetto di 95Mat5 su topi ai quali erano state iniettate tossine provenienti dal Bungarus multicinctus, dal cobra sputatore indiano, dal mamba nero e dal cobra reale e dicono che «In tutti i casi, i topi che hanno ricevuto contemporaneamente un’iniezione di 95Mat5 non solo sono stati protetti dalla morte, ma anche dalla paralisi».

Quando i ricercatori hanno studiato esattamente perchè 95Mat5 fosse così efficace nel bloccare le varianti 3FTx, hanno scoperto che «L’anticorpo imita la struttura della proteina umana a cui solitamente si lega 3FTx». E’ interessante notare che anche gli anticorpi contro l’HIV ad ampia azione che Jardine ha precedentemente studiato funzionano imitando una proteina umana e lo scienziato sottolinea che «E’ incredibile che per due problemi completamente diversi, il sistema immunitario umano sia convergente su una soluzione molto simile. E’ stato anche emozionante vedere che potevamo creare sinteticamente interamente un anticorpo efficace: non abbiamo immunizzato alcun animale né utilizzato alcun serpente».

«Se me lo avessero chiesto 6 anni fa, avrei detto che ero fuori di testa a pensare di poter neutralizzare il veleno di un serpente prendendo di mira una sola tossina», ha detto Sunagar a Science – Questo risolve due problemi contemporaneamente. Primo, si tratta di un anticorpo interamente umano e quindi è possibile prevenire gli effetti collaterali, inclusa l’anafilassi fatale, occasionalmente osservati in pazienti trattati con antiveleno convenzionale. Secondo, questo significherebbe che in futuro non sarà necessario danneggiare gli animali per produrre questo antidoto salvavita».

Ma i ricercatori avvertono che «Sebbene 95Mat5 sia efficace contro il veleno di tutti gli elapidi, non blocca il veleno delle vipere, il secondo gruppo di serpenti velenosi». Il team di Jardine sta ora ricercando anticorpi ampiamente neutralizzanti contro un’altra tossina degli elapidi, oltre a due tossine delle vipere e ipotizza che «La combinazione di 95Mat5 con questi altri anticorpi potrebbe fornire un’ampia copertura contro molti, o tutti, i veleni di serpente».  Jardine ha detto a Science che «Non dovremmo  più immagazzinare centinaia di antiveleni. Potremmo  immagazzinarne uno unico universale».

La Khalek conclude: «Pensiamo che un cocktail di questi quattro anticorpi potrebbe potenzialmente funzionare come antiveleno universale contro qualsiasi serpente rilevante dal punto di vista medico nel mondo».