Scienza e microbiologia forense

Introduzione

La scienza forense prevede l’applicazione pratica della scienza in materia di legge. Gli scienziati forensi si occupano di ricercare, raccogliere e catalogare tutti gli elementi ritrovati sulla scena di un crimine per permettere la successiva fase di analisi in laboratorio. Nell’indagine forense anche i microrganismi possono avere un ruolo chiave. La microbiologia forense, infatti, si basa sullo studio dei comportamenti dei microrganismi per determinare l’origine di un particolare ceppo microbico, il percorso di un’epidemia o l’identità di un criminale.

Inoltre, considerati i recenti accadimenti riguardanti la pandemia di Covid-19, risulta evidente come l’applicazione di metodologie scientifiche quali l’analisi del genoma microbico, l’identificazione rapida e la classificazione di microrganismi potenzialmente letali siano passi fondamentali per prevenire e/o affrontare minacce biologiche.

La microbiologia forense

Questa branca della scienza prevede l’applicazione di metodi e tecniche scientifiche per l’analisi delle prove associate al possibile rilascio di un agente biologico o di una tossina in qualsiasi paese del mondo. Inoltre, può essere associata a tutti i crimini legati al bioterrorismo. E’ importante considerare che esistono diverse specie microbiche o ceppi potenzialmente pericolosi per la salute umana come, ad esempio, Bacillus anthracis (Fig. 1).

Bacillus anthracis  microbiologia forense
Figura 1 – Immagine al microscopio di Bacillus anthracis – [Credit: https://sites.google.com/site/anthraxproject1437/]

La diffusione e lo sviluppo di questo tipo di indagine sono in forte crescita grazie al costante sviluppo di nuove tecniche nell’ambito biochimico, molecolare e bioinformatico. Ovviamente, l’analisi delle prove microbiche comporta la determinazione di una fonte associata e/o un autore o un gruppo di individui ai quali viene attribuita la responsabilità di diffusione dell’agente biologico.

Parallelamente, va considerato l’utilizzo dei metodi di indagine forense tradizionali finalizzati all’identificazione univoca dell’autore del crimine e l’utilizzo del cosiddetto “sequenziamento parallelo massivo” (MPS), fondamentale per caratterizzare la complessa comunità del microbioma umano e valutare i diversi stadi di decomposizione dal momento della morte di uno o più individui.

Il ruolo della microbiologia forense

Al fine di proteggere la salute pubblica, la microbiologia forense cerca di giungere rapidamente a conclusioni affidabili. Principalmente, questa branca si focalizza sull’analisi delle prove inerenti ad atti di bioterrorismo, di biocriminalità o di diffusione di microrganismi e delle loro tossine nell’ambiente.

In caso di crimini biologici e bioterrorismo, la protezione della salute pubblica prevede un protocollo legato al rilevamento del microrganismo e della sua origine, così da fermare esposizione e diffusione. Tutto inizia con la raccolta di informazioni da più fonti per mettere in atto un processo di esclusione preliminare. Inoltre, sulla scena del crimine, si verifica l’identificazione, la raccolta, la conservazione e il trasporto delle prove, così come i test presuntivi che cercano di stabilire se si tratta di una certa sostanza attesa. Infine, tutte le informazioni, le prove e altre spiegazioni alternative sono trasferite al decisore legale.

È importante precisare che, al momento, trattare agenti di rischio biologico senza un accordo governativo rappresenta un pericolo per la salute pubblica e l’ambiente, in quanto potrebbe avere un terribile impatto sull’economia e la pace globale. A tal proposito, si è pensato ad una collaborazione internazionale tra gli scienziati di tutto il mondo, in modo da velocizzare lo sviluppo di nuove metodiche ed aumentare le conoscenze al riguardo.

Discipline della microbiologia forense

Questa branca nasce dall’associazione di molteplici discipline tra cui epidemiologia, genomica, biostatistica, biochimica, chimica analitica, batteriologia, micologia, virologia, medicina veterinaria, patologia vegetale e bioinformatica. Tali discipline sono fondamentali per la risposta a tre domande associate al processo analitico, ovvero: I) tipo di agente biologico II) minaccia probatoria o rilevante III) fenomeno associato ad una fonte specifica.

Mediante l’uso delle conoscenze derivanti da molteplici ambiti, si indaga anche sulla possibile manipolazione genetica o trattamento chimico che possono aver determinato un aumento della virulenza o delle capacità infettive.

L’insieme delle osservazioni ottenute dal coordinamento delle diverse discipline permette di individuare eventuali casi di bioterrorismo basati sull’uso di agenti patogeni ingegnerizzati al fine di creare danni diretti o indiretti all’uomo.

Tecniche analitiche

Si possono considerare tecnologie genetiche e non genetiche. Tra le più diffuse vi è l’utilizzo della PCR, del sequenziamento dell’RNA ribosomiale 16S, il sequenziamento dell’intero genoma (WGS) e la cosiddetta real-time PCR (qPCR), quindi una tecnologia di rilevamento rapido, sensibile ed efficace. Inoltre, si ritrovano anche di tecniche fisiche come i metodi basati sul fascio di elettroni e la spettrometria di massa, utili a valutare le proprietà fisiche delle prove forensi microbiche. Talvolta, diversi approcci possono essere uniti tra loro dando origine alla MassTag PCR, che combina la PCR con la spettrometria di massa. Questo ultimo e particolare metodo è noto per l’alta risoluzione, sensibilità e specificità. Il metodo più rapido per ottenere informazioni dall’analisi degli isolati microbici è il Next-Generation Sequencing (NGS).

Un esempio pratico: il caso Covid-19

L’invasione globale da parte dell’ormai noto SARS‑CoV‑2 (causa della pandemia di Covid_19) ha cambiato lo stile di vita di ogni individuo. Sono state svolte diverse indagini riguardo la sua origine. Numerose sono state anche le speculazioni, fra cui persino ipotesi sulla fuga accidentale di un virus da un laboratorio di Wuhan, in Cina.

In tale contesto, la microbiologia forense ha il compito di far luce sull’origine e la diffusione del virus stesso. Nonostante le molte speculazioni che sostengono un’origine antropica ed erronea di SARS-CoV-2, infatti, è sempre bene affidarsi alle prove e alle evidenze scientifiche.

La microbiologia forense, quindi, anche in questo caso si prospetta come strumento valido per poter individuare ogni possibile causa al fine di avere un quadro scientificamente corretto e valido dell’origine, nonché dell’evoluzione, della pandemia.

Conclusioni

La cooperazione interdisciplinare tra tutti i rami della scienza forense rappresenta un tassello importante per diversi aspetti. Tra questi vi è il miglioramento nell’identificazione degli agenti biologici e la definizione della loro origine per la risoluzione di casi isolati o di interesse mondiale. Si è visto, infatti, come l’utilizzo di strumenti epidemiologici e/o appartenenti a discipline diverse potrebbe essere determinante per chiarire la catena di infezione e rintracciare i ceppi d’origine. In ultima analisi, non bisogna trascurare il valore dello sviluppo di nuove tecniche microbiologiche per l’identificazione, la diagnosi e la tipizzazione in quanto è possibile ipotizzare un ampliamento delle informazioni contenute nelle banche genetiche forensi e delle conoscenze relative al mondo microbico.

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Gennaro Velotto

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