Malattie trasmesse dalle zanzare e tecniche di controllo

In questo articolo non parleremo solo di una categoria particolarmente fastidiosa di insetti, le zanzare che trasmettono malattie all’uomo, ma parleremo anche di bioingegnerizzazione, paratransgenesi e organismi geneticamente modificati! Tutti processi all’apparenza complessi ma utili per il controllo di questi insetti e che spiegheremo passo passo.

Negli ultimi anni, infatti, a causa di una pandemia che ha sconvolto le nostre vite, tutti noi abbiamo preso dimestichezza con il termine zoonosi. L’EFSA (European Food Safety Authority, l’Autorità Europa per la Sicurezza Alimentare), in particolare, definisce le zoonosi come “infezioni o malattie che possono essere trasmesse direttamente o indirettamente tra gli animali e l’essere umano”^[1].

Oltre al SARS-CoV-2, però, anche le zanzare e le malattie zoonotiche associate ad esse hanno avuto e hanno tutt’ora un impatto notevole sulla storia umana, da un punto di vista sia prettamente sanitario che economico.

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Zanzare e malattie: un po’ di storia

Per molti secoli la comprensione delle malattie malattie ad elevata trasmissione, come il tifo, il colera o la malaria, non è stata ben compresa.

Fu solo a seguito dell’introduzione del microscopio che iniziò una vera e propria rivoluzione nella comprensione della trasmissione di molte malattie. Ad esempio, il medico e militare francese Charles Louis Alphonse Laveran fu il primo ad osservare, intorno al 1880, il plasmodio della malaria, ossia il microorganismo responsabile di questa patologia nell’uomo. Il sergente militare Ronald Ross, nel 1897, provò invece che erano le zanzare a trasmettere la malaria all’uomo, scoperta per la quale ricevette il premio Nobel nel 1902^[2].

Quali malattie trasmettono le zanzare?

Nel mondo esistono oltre 3.000 specie di zanzare e, di queste, quelle ematofaghe (ovvero che si nutrono di sangue) con importanza sanitaria appartengono principalmente a tre gruppi:

• il genere Anopheles;
• il genere Culex;
• il genere Aedes.

Il genere Anopheles è diffuso nelle regioni tropicali e sub-tropicali e comprende oltre 400 specie di zanzare, di cui circa 60 sono in grado di trasmettere la malaria. Di queste, tuttavia, solo 30 sono quelle maggiormente coinvolte nella trasmissione e hanno quindi un’importante ruolo vettoriale^[3].

Il genere Culex comprende invece la nostra zanzara comune, attiva soprattutto di sera e cosmopolita. Le zanzare del genere Culex sono ritenuti i vettori primari di alcuni virus, come il virus del Nilo Occidentale (West Nile Virus) e il virus Usutu.

Il genere Aedes comprende infine zanzare che trasmettono virus come Dengue, zika, febbre gialla e Chikungunya. Queste zanzare possono pungere anche di giorno. Le zanzare del genere Aedes comprendono a loro volta due specie di particolare interesse sanitario: Aedes albopictus è la nota zanzara tigre, ormai cosmopolita, di colore nero e con una striatura bianca sul torace; Aedes aegipty è diffusa principalmente nelle zone tropicali e sub-tropicali ed è invece di colore marroncino.

Tecniche di controllo delle zanzare vettori di malattie

Per il controllo e la lotta alle zanzare vettori di malattie, e più in generale a tutti gli insetti che possono essere vettori di malattie, esistono diverse tecniche:

• insetticidi e larvicidi;
• controllo simbiotico;
• tecnica dell’insetto sterile;
• bioingegnerizzazione;
• paratransgenesi;

Insetticidi e larvicidi

Tra le diverse tecniche di controllo di zanzare vettori di malattie, quella più diffusa ed utilizzata è probabilmente l’impiego di insetticidi. Gli insetticidi comprendono tantissime classi di composti, ma quelle più usate per il controllo delle zanzare comprendono il DDT, gli organofosfati, i carbammati, i piretroidi e neonicotitinoidi. Gli insetticidi possono essere usati sia come larvicidi che adulticidi, sebbene con modalità di applicazione differenti.

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Gli adulticidi sono utilizzati in tre modi diversi. Il primo metodo si basa sull’utilizzo in ambienti chiusi e i prodotti vengono spruzzati direttamente sulle pareti delle case. Il secondo consiste invece nell’utilizzo di zanzariere impregnate di insetticida, che forniscono una doppia protezione, sia di tipo meccanico che biologico (questi metodi sono utilizzati soprattutto in Africa per il controllo della malaria). Il terzo metodo, spesso utilizzato anche alle nostre latitudini, viene infine effettuato tramite diversi dispositivi montati su veicoli per spruzzare gli insetticidi sulla vegetazione.

I larvicidi vengono invece usati in acquitrini e in acque stagnanti. I larvicidi, tuttavia, sono più complessi da applicare in quanto, spesso, tali acquitrini non sono facilmente raggiungibili.

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Controllo simbiotico

Il controllo simbiotico è una strategia innovativa e molto diffusa che prevede l’utilizzo di microganismi, soprattutto batteri del genere Wolbachia.

Wolbachia è un batterio parassita di artropodi estremamente diffuso: si sospetta che circa il 66% delle specie si artropodi ospiti questo batterio^[4]. Si tratta di un batterio intracellulare presente nei sistemi riproduttivi degli artropodi e che viene trasmesso solo dalle madri ai figli per via trans-ovarica, ovvero attraverso le uova.

Oltre ad essere molto diffuso, Wolbachia ha la capacità di ridurre la vita degli artropodi o la loro diffusione, in quanto esso è un ottimo manipolatore della riproduzione degli insetti. Ma come agisce nello specifico? Come abbiamo detto, solo le femmine trasmettono il batterio alla prole; una volta all’interno delle uova, Wolbachia, a seconda della specie infettata, è in grado di:

1. uccidere gli embrioni maschi;
2. femminizzare i maschi;
3. rendere sterili i maschi attraverso un meccanismo di incompatibilità citoplasmatica^[5].

La strategia più utile per il controllo delle zanzare vettori di malattie è in particolare l’incompatibilità citoplasmatica, in quanto questo fenomeno permette una rapidissima diffusione di Wolbachia nella popolazione. Infatti, le femmine infettate con il parassita hanno un maggiore successo riproduttivo rispetto a quelle non infettate, in quanto possono produrre prole vitale sia con maschi infetti che con maschi non infetti; al contrario, le femmine non infette possono produrre prole vitale solo con maschi non infetti^[5].

Esiste infine un particolare tipo di Wolbachia, detto Wolbachia popcorn (per la particolare massa simile a popcorn che forma all’interno dell’ospite), che è in grado di ridurre enormemente la vita degli artropodi, in particolare delle zanzare. I ricercatori hanno quindi messo a punto alcuni sistemi per l’introduzione forzata di questo batterio in insetti che solitamente non lo ospitano, come la zanzara Aedes aegipty. Questo sistema non solo ha permesso di ridurre la vita delle zanzare e di conseguenza la loro capacità vettoriale ma anche di stimolare il loro sistema immunitario aumentandone la resistenza ai patogeni, rendendole di conseguenza più resistenti all’infezione di patogeni umani^[6].

Tecnica dell’insetto sterile

La tecnica dell’insetto sterile è una tecnica che consiste nell’allevamento in massa di insetti sterilizzati tramite raggi gamma o raggi X. Tali insetti vengono poi rilasciati in massa nell’ambiente e, quando si accoppieranno, non produrranno prole. In questo modo, si determina il rapido declino della popolazione bersaglio.

Questa pratica presenta però un problema nel caso delle zanzare, dove si è dimostrata poco efficace. I maschi di zanzara allevati artificialmente, infatti, spesso perdono la capacità di accoppiarsi in natura, rendendo così questa tecnica poco utilizzata per il controllo di zanzare vettori di malattie. Si sterilizzano preferibilmente i maschi perché è stato osservato che provocano una diminuzione della popolazione più rapida^[7].

Manipolazione genetica: bioingegnerizzazione

La manipolazione genetica viene utilizzata già da molti anni per il controllo di insetti in ambito agricolo. Negli ultimi anni, però, viene ormai utilizzata anche per il controllo di insetti vettori di malattie, ad esempio nella creazione di zanzare transgeniche. Le zanzare (e gli insetti in generale) ottenute con queste tecniche vengono considerate veri e propri organismi geneticamente modificati e, per questo, il loro utilizzo è fortemente regolamentato in Europa.

Come funziona questo metodo?  Ha diversi approcci. L’approccio più diffuso prevede la distruzione del cromosoma X degli spermatozoi degli insetti. In questo modo, gli insetti produrranno spermatozoi contenenti esclusivamente cromosomi Y, ovvero il cromosoma maschile. Questo comporterà, dopo l’accoppiamento, la nascita di prole unicamente maschile. Dopo diverse generazioni, le popolazioni saranno composte unicamente da maschi e andranno così a collassare numericamente. Questa tecnica è però applicabile solo ad alcune specie di zanzare, ovvero solo a quelle specie con la determinazione del sesso tramite i cromosomi sessuali^[8].

Come avviene la distruzione del cromosoma X? Bisogna necessariamente trovare una sequenza di DNA presente solo sul cromosoma X e ripetuta, poiché il taglio deve avvenire più volte per essere efficace. Nel processo vengono utilizzate le endonucleasi, enzimi che sono capaci di riconoscere una specifica sequenza di DNA, legarsi ad essa e letteralmente tagliarla. Un esempio di queste endonucleasi è l’I-PpoI, che è in grado di riconoscere una sequenza di un gene ribosomiale delle zanzare Anopheles presente esclusivamente sul cromosoma X^[8].

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Paratransgenesi

La partaransgenesi è una strategia meno conosciuta rispetto alla transgenesi (l’inserimento in un organismo di un gene proveniente da un’altra specie) ma comunque di enorme importanza. Questa tecnica prevede l’ingegnerizzazione genetica non direttamente degli insetti vettori (in questo caso le zanzare) ma piuttosto dei loro microrganismi simbionti: lo scopo è quello di indurre i microrganismi a produrre molecole anti-patogeno e immunostimolanti. La paratransgenesi, insomma, funziona come un vero e proprio cavallo di Troia, in cui le zanzare vengono nutrite con un batuffolo di cotone contenente i batteri geneticamente modificati^{[11, 12]}.

Le zanzare aventi i batteri simbionti modificati hanno assunto dei veri e propri superpoteri: sono molto più resistenti ai patogeni e pertanto diffonderanno con meno efficacia la malattia.

Conclusioni

Nel tempo, alle tecniche più semplici di controllo delle zanzare vettori di malattie, come l’utilizzo di insetticidi e larvicidi, si sono aggiunte via via tecniche più complesse e mirate: l’obiettivo di queste tecniche è l’eradicazione dei patogeni a trasmissione vettoriale. Ogni tecnica presenta ovviamente diversi sia vantaggi che svantaggi e nessuna, da sola, si è dimostrata efficace al cento per cento. Per questo motivo è di fondamentale importanza l’impiego della “Integrated management Strategy” che prevede l’impiego integrato di diverse strategie, in cui diverse tecniche contribuiscono all’approccio integrato.

Referenze

1. European Food Safety Authority (EFSA) – Zoonosi di origine non alimentare;
2. Dutta, A. (2009). Where Ronald Ross (1857-1932) worked: the discovery of malarial transmission and the Plasmodium life cycle. Journal of Medical Biography, 17(2), 120-122;
3. Istituto Superiore di Sanità (ISS) – Malaria;
4. Landmann, F. (2019). The Wolbachia endosymbionts. Microbiology spectrum, 7(2), 7-2;
5. Beckmann, J. F., Ronau, J. A., & Hochstrasser, M. (2017). A Wolbachia deubiquitylating enzyme induces cytoplasmic incompatibility. Nature microbiology, 2(5), 1-7;
6. Carrington, L. B., et al. (2009). The popcorn Wolbachia infection of Drosophila melanogaster: can selection alter Wolbachia longevity effects?. Evolution: International Journal of Organic Evolution, 63(10), 2648-2657;
7. Parker, A., & Mehta, K. (2007). Sterile insect technique: a model for dose optimization for improved sterile insect quality. Florida entomologist, 90(1), 88-95;
8. Galizi, R., et al. (2014). A synthetic sex ratio distortion system for the control of the human malaria mosquito. Nature communications, 5(1), 1-8;
9. McMeniman, C. J., et al. (2009). Stable introduction of a life-shortening Wolbachia infection into the mosquito Aedes aegypti. Science, 323(5910), 141-144;
10. Simoni, A., et al. (2020). A male-biased sex-distorter gene drive for the human malaria vector Anopheles gambiae. Nature biotechnology, 38(9), 1054-1060;
11. Durvasula, R. V., et al. (1997). Prevention of insect-borne disease: an approach using transgenic symbiotic bacteria. Proceedings of the National Academy of Sciences, 94(7), 3274-3278.
12. Wilke, A. B. B., & Marrelli, M. T. (2015). Paratransgenesis: a promising new strategy for mosquito vector control. Parasites & vectors, 8(1), 1-9.

Immagine di copertina di JJ Harrison, Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0).