Rino Rappuoli: il pioniere della reverse vaccinology

I vaccini ormai sono sulla bocca di tutti (e speriamo anche a livello intramuscolare). Ne sentiamo parlare in ogni dove: giornali, notiziari, dalla vicina di casa, al bar, al ristorante. Sembra quasi che abbiano monopolizzato la nostra vita, in un momento simile. La verità è che però, i vaccini hanno sempre avuto questa importanza nella comunità scientifica, anche quando non tutti eravamo a conoscenza del loro infinito potenziale contro i patogeni che regolarmente ci “zompettano” intorno.

C’è chi per anni ha dedicato la sua vita allo studio dell’immunologia proprio per evitare che un giorno potessimo cadere in epidemie, focolai e nel peggiore dei casi pandemie. Tra tutti i ricercatori che hanno messo le mani (e la testa) in pasta in tutto il mondo, ce n’è uno in particolare, orgoglio italiano, di cui oggi andremo a parlare. Il suo nome è Rino Rappuoli ed è il pioniere della Reverse Vaccinology.

Biografia

Rappuoli (Fig.1) nasce a Radicofani (sud di Siena) nel 1952. All’età di 11 anni la sua famiglia si trasferì più vicina a Siena, consentendo a Rappuoli di frequentare il liceo in città. Più passavano gli anni, più si avvicinava la scelta dell’università da intraprendere e Rappuoli era combattuto tra il desiderio di studiare lettere e filosofia o scienze, estremamente agli antipodi.

Per fortuna per noi ha scelto la scienza iscrivendosi alla facoltà di scienze biologiche di Siena.

Rino Rappuoli in laboratorio
Figura 1 – Rino Rappuoli con le “mani in pasta” nel laboratorio. Fonte [www.amiatanews.it]

La carriera scientifica

Desideroso di sperimentare la scienza anche all’estero, dopo il terzo anno di università, Rappuoli approfondì l’ambito biotecnologico alla Washington University di Saint Louis dove si occupò di mutagenesi batterica. Nel 1976 conseguì la laurea in Scienze Biologiche presso l’Università degli Studi di Siena.

Successivamente, lo scienziato rimase nello stesso ateneo, dove ottenne un dottorato di ricerca in scienze biologiche. Nel ’78 gli fu offerta una borsa di studio presso il Centro Ricerche Sclavo di Siena, l’istituto italiano di vaccini che da quasi un secolo sviluppa e produce vaccini.

Il prezioso periodo americano

Il suo periodo in Italia fu molto breve. Subito dopo essere entrato a far parte dell’istituto, Rino Rappuoli partì per intraprendere un progetto negli Stati Uniti conscio che, per lavorare all’avanguardia nella scienza dei vaccini, aveva bisogno di apprendere nuove tecniche di biologia molecolare.

Il periodo americano lo cambiò radicalmente e gettò quelle solide fondamenta su cui successivamente si eresse il suo successo. Nel 1979, trascorse quattro mesi come ricercatore in visita presso la Rockefeller University (New York, NY) nel laboratorio di Emil Gotschlich. “Probabilmente è uno degli scienziati più intelligenti che abbia mai incontrato e probabilmente la persona che ha avuto il maggiore impatto su di me“, disse poi Rappuoli.

Al fianco di John Murphy e Pappenheimer

Nel 1980, trascorse un anno alla Harvard Medical School (Boston, MA) al fianco di John Murphy, che lavorò sul Corynebacterium diphtheriae, agente eziologico della difterite. Questo periodo permise al ricercatore di avvicinarsi al mondo della genetica e delle tossine batteriche. Rappuoli si unì al team di Murphy e del famoso Pappenheimer, definito da lui stesso come uno dei padri della microbiologia ed immunologia, nella loro ricerca di un nuovo vaccino contro la difterite.

Pappenheimer aveva mutagenizzato il gene della tossina difterica, isolando un mutante con un singolo cambiamento di aminoacidi. Questa piccola modifica ha reso la molecola, chiamata CRM197, non tossica ed ideale come vaccino contro la difterite. Questa scoperta rappresentò un grande cambiamento nel mondo scientifico poichè invece di usare sostanze chimiche per disintossicare una tossina, si procedeva a modificarne il gene in modo tale da far produrre a batteri la molecola prefissata in grandi quantità.

Il ritorno a casa

Ricco del suo bagaglio di conoscenze acquisite in America, Rappuoli tornò in Italia, più precisamente al Centro Ricerche Sclavo. Qui avviò il proprio laboratorio iniziando ad applicare le tecniche sovradescritte anche per altre tipologie di preparazioni vaccinali. Il professore si concentrò sulla pertosse (Figura 2). Sequenziò, clonò e modificò il gene per la tossina ottenendo così una molecola non tossica che costituì le basi di una potente arma di nuova generazione in nostra difesa: il vaccino acellulare (non contenente cellule o frammenti cellulari, più sicuro ed efficacie). 

bordetella pertussis al TEM
Figura 2 – Bordetella pertussis, agente eziologico della pertosse, immagina catturata tramite microscopio elettronico. Fonte: [fineartamerica.com]

Il successo scientifico

Questa nuova classe di vaccini risultò estremamente vantaggiosa rispetto ai precedenti: a parità di efficacia richiedeva circa 10 volte in meno di molecole. Nel 1993 l’Italia ha adottato l’uso del nuovo vaccino, ed entro 2 anni la malattia è stata sostanzialmente debellata.

Il suo lavoro attirò l’attenzione della comunità scientifica, amplificando a poco a poco la sua fama e contribuì a stabilire lo Sclavo Research Center come leader mondiale nello sviluppo di vaccini. Il centro è diventato una parte della società di biotecnologia con sede in California Chiron (Emeryville, CA).

Da quel momento in poi la mente del ricercatore diventò una vera e propria macchina da guerra contro i patogeni, ottenendo sempre più soddisfazioni e guidando lo studio sullo sviluppo di vari vaccini (meningococco, H.pylori)

Contemporaneamente, la sua carriera scientifica divenne inarrestabile. Con l’acquisizione della senese Sclavo Spa da parte della Chiron Corporation, Rino Rappuoli venne nominato direttore del settore ricerca e vaccini europeo nel 1992.

Quattro anni dopo, venne nominato direttore generale della ricerca sui vaccini della Novartis Vaccines & Diagnostics.

Nel 2015, il professore viene chiamato a ricoprire il ruolo di direttore scientifico e capo del settore R&S nella divisione vaccini di GlaxoSmithKline, nello stabilimento italiano di Rosia, in provincia di Siena.

Il 24 Luglio 2020 è stato chiamato come professore straordinario di Biologia molecolare presso il dipartimento di Biotecnologie, chimica e Farmacia dell’Università degli studi di Siena.

Inoltre svolge attività di ricerca sugli anticorpi monoclonali terapeutici presso la Fondazione Toscana Life Sciences di Siena, dove è coordinatore proprio del MAD Lab (Monoclonal Antibody Discovery Laboratory).

Scoperta

Il professor Rappuoli è globalmente conosciuto per le sue innumerevoli scoperte nei campi dell’immunologia e microbiologia. In particolare, il suo nome è e resterà per sempre associato ad una delle sue più grandi innovazioni: La Reverse Vaccinology.

La vaccinologia classica prevedeva che i vaccini fossero sviluppati empiricamente isolando, inattivando ed iniettando i microrganismi (o porzioni di essi) responsabili della malattia. Con l’avvento del sequenziamento del genoma tutto ciò ha subito una grande rivoluzione.

Questa nuova tecnologia infatti, ha consentito la scoperta di nuovi antigeni vaccinali a partire direttamente dalle informazioni genomiche. Questo processo è stato definito “vaccinologia inversa” per sottolineare che la progettazione del vaccino fosse possibile a partire dalle informazioni sulla sequenza senza la necessità di coltivare interi agenti patogeni in-vitro.

Meccanismo d’azione

Una volta identificati in-silico i geni chiave coinvolti nella patologia (Es: tossine, proteine di membrana ed epitoti riconosciuti da cellule del sistema immunitario), questi vengono clonati (modificati se necessario) in sistemi d’espressione batterici. L’obiettivo è quello di produrre una notevole quantità dei potenziali antigeni, che saranno successivamente purificati e testati poi singolarmente in modelli animali da laboratorio (principalmente murini).

Pro e contro

I metodi classici possono richiedere decenni per svelare agenti patogeni ed antigeni, malattie ed immunità. Il principale vantaggio della vaccinologia inversa è rappresentato dalla rapidità ed efficienza con cui è in grado di identificare obiettivi vaccinali, consentendo di identificare nuovi vaccini da testare in pochi anni. Lo svantaggio è che solo le proteine ​​possono essere prese di mira utilizzando questo processo, considerando che, gli approcci di vaccinologia convenzionale possono trovare altri bersagli biomolecolari come i polisaccaridi.

I primi tentativi di vaccinologia inversa sono iniziati con il Meningococco B. L’agente eziologico di circa il 50% della meningite meningococcica, ha rappresentato per anni un gran rompicapo per molti scienziati. La sua struttura polisaccaridica purtroppo è pressochè identica a quella di un auto-antigene umano e le sue proteine ​​di superficie variano notevolmente; queste due caratteristiche hanno reso estremamente difficile lo sviluppo di un vaccino adeguato.

Rino Rappuoli ed il suo team di ricerca si sono rivolti così alla bioinformatica per progettare un vaccino funzionale, sequenziando per la prima volta l’intero genoma di questo pericoloso nemico.

La ricerca ha permesso l’identificazione di oltre 600 possibili antigeni, testati mediante espressione in Escherichia coli. Nei vaccini prototipo sono stati utilizzati gli antigeni più universalmente applicabili. Nonostante alcuni abbiano avuto esiti positivi in modelli murini, queste proteine ​​da sole non hanno interagito efficacemente con il sistema immunitario umano. Successivamente, con l’aggiunta di un adiuvante (identificato in precedenza utilizzando approcci di vaccinologia convenzionale), si è migliorata la risposta immunitaria al livello richiesto. Il vaccino si è dimostrato sicuro ed efficace negli esseri umani adulti.

Contributo scientifico

La grande innovazione scientifica descritta nel paragrafo precedente ha posto le radici sulle quali sono cresciute nel tempo scoperte su scoperte che hanno permesso di fare passi da giganti nella storia dei vaccini. Il contributo di questo scienziato infatti, ha portato allo sviluppo del CRM197, che seppur non sia stato poi utilizzato effettivamente per il vaccino della difterite, ha trovato terreno fertile nei vaccini contro la Haemophilus influenzae, Neisseria meningitidis, e pneumococcus.

E’ grazie a questo ricercatore italiano se ad oggi siamo in possesso di un vaccino “acellulare” contro la pertosse contenente solamente tossine della malattia rese innocue geneticamente. Ed è sempre grazie al suo inesorabile lavoro che possiamo decidere di vaccinarci con il primo vaccino covalente contro il meningococco.

Non è finita qui, perché è sempre grazie anche al contributo di Rappuoli e del suo team di ricerca che venne identificato l’adiuvante immunologico influenzale MF59, in grado di aumentare l’immunogenicità e di conseguenza l’efficienza dei vaccini influenzali.

Riconoscimenti

Il rumore dei passi in avanti nella ricerca scientifica targati Rino Rappuoli, non è mai passato inosservato agli occhi della comunità scientifica, per questo motivo il professore è stato insignito di vari premi prestigiosi, tra cui ad esempio:

1991: Paul Ehrlich and Ludwig Darmstaedter Prize.

2005: è stato premiato dal Presidente della Repubblica italiano Carlo Azeglio Ciampi con la “Medaglia d’oro al merito della Sanità Pubblica”

2009: medaglia d’oro Albert Sabin e Premio Feltrinelli conferito dall’Accademia dei Lincei.

2013: nominato come la terza persona più influente al mondo nel campo dei vaccini da Terrapin.

2015: premio Maurice Hilleman, come membro del corpo docenti della facoltà di medicina della Imperial College London.

2016: eletto membro straniero della Royal Society.

2017: premio European Inventor Award 2017 alla carriera conferito dall’European Patent Office.

2019: premio Robert Koch Award.

È stato inoltre eletto membro di diverse associazioni internazionali come ad esempio la European Molecular Biology Organization e la National Academy of Sciences degli Stati Uniti.

C’ho che è stato appena delineato nero su bianco in questo articolo, non è nient’altro che il profilo di un’altra pietra miliare italiana che ogni giorno ci rende pregni di orgoglio in questo complicato mondo scientifico. Il suo intuito ci ha permesso di essere spesso un passo avanti rispetto ai patogeni e chissà quante innovazioni ci regalerà ancora la sua carriera. A queste figure non possiamo che dire grazie, ma forse piuttosto che le parole anche noi dovremo agire tramite i fatti, mettendo a frutto gli strumenti che lasciano nelle nostre mani.

Vacciniamoci.

Ilaria Bellini

Fonti:

  • Immagine 1: http://www.amiatanews.it/siena-gsk-lotta-al-coronavirus-il-team-di-rino-rappuoli-trova-gli-anticorpi-monoclonali/
  • Immagine 2: https://fineartamerica.com/featured/tem-of-bordetella-pertussis-bacterium-a-dowsett-public-health-englandscience-photo-library.html
  • https://www.pnas.org/content/103/29/10831
  • www.jem.org/cgi/doi/10.1084/jem.20151960
  • https://doi.org/10.1073/pnas.1319784110
  • https://it.wikipedia.org/wiki/Rino_Rappuoli#cite_note-O%E2%80%99HaganRappuoli2014-10
  • Immagine in evidenza: https://www.intoscana.it/it/articolo/coronavirus-rappuoli-intervista/

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