Di fronte alle pandemie, le scienze ecologiche sono più necessarie che mai

L'importanza della ricerca in ecologia ed evoluzione per comprendere i fenomeni di insorgenza di malattie infettive e anticipare le minacce future

[3 Aprile 2020]

Nelle ultime settimane, il virus chiamato SARS-CoV-2 (la cui malattia e pandemia si chiama Covid-19) ha ucciso migliaia di persone e paralizzato l’economia globale. Le conseguenze di questa pandemia sono difficili da prevedere, ma sono già considerevoli.

In tutto il mondo, scienziati, esperti di sanità pubblica e responsabili politici si sono mobilitati per ridurre al minimo l’impatto sulla salute di questa pandemia. Questo sforzo senza precedenti testimonia la capacità della comunità scientifica di affrontare collettivamente un problema e reagire, con urgenza, ad esso e fornire risposte al fine di guidare le decisioni del governo.
Questa pandemia è certamente di natura eccezionale, ma sfortunatamente non è una sorpresa. La paura di una rapida diffusione di una malattia infettiva su scala globale era già risuonata più volte negli ultimi anni con la comparsa e la diffusione di molti virus come SARS (SARS-CoV, 2002-2003), MERS -CoV (2012), Zika (2014-2016) ed Ebola (2013-2015 in Africa occidentale e ancora oggi nella Repubblica democratica del Congo). Questi episodi precedenti hanno potuto essere controllati ma ci hanno avvertito che un giorno sarebbe potuto accadere qualcosa di più grande. Una pandemia la cui ampiezza potrebbe avvicinarsi a quella dell’influenza spagnola del 1918, responsabile della morte di 20-50 milioni di persone.

Oggi ci siamo. Stiamo affrontando l’emergenza che temevamo. Ma sappiamo cosa è successo?

Le zoonosi, queste malattie che gli animali trasmettono all’uomo

Il virus SARS-CoV-2 è l’esempio perfetto di quella che viene chiamata zoonosi, vale a dire il risultato del passaggio di un patogeno dagli animali all’uomo. Circa il 60% delle nuove malattie infettive che compaiono oggi nell’uomo (le cosiddette malattie emergenti) sono il risultato di tale fenomeno. Negli ultimi millenni, questo processo si è già verificato più volte nella storia delle popolazioni umane. Le fonti di questi nuovi patogeni umani sono la fauna selvatica, come sembra essere il caso della SARS-CoV-2, o gli animali da allevamento (mucche, galline, maiali) o gli animali domestici (cani, gatti, cavalli…). Virus del morbillo (dai bovini), influenza (dagli uccelli), immunodeficienza umana (HIV, dalle scimmie), il virus Ebola (probabilmente dai pipistrelli) o alcuni agenti della malaria (dalle scimmie) sono gli esempi più emblematici. Una tale emergenza è quindi lungi dall’essere la prima, e senza dubbio non sarà l’ultima.

L’emergere di una malattia infettiva è generalmente il risultato di tre eventi. Primo: il ripetuto contatto tra una o più specie animali infette da un agente patogeno e la specie umana. Quindi deve esserci la trasmissione dell’agente patogeno dall’animale all’uomo. Nel caso di SARS-CoV-2, la trasmissione probabilmente ha avuto luogo per contatto diretto attraverso la manipolazione di uno o più animali infetti (in questo caso pipistrelli o pangolini, animali nei quali gli scienziati hanno trovato coronavirus geneticamente molto simili alla SARS-CoV). Tuttavia, la trasmissione a una nuova specie ospite può avvenire anche tramite un animale vettore (una zanzara per esempio, come è successo per il virus Zika e la Chikungunya). Questi passaggi, diretti o indiretti, implicano che l’agente patogeno può infettare il nuovo ospite – qui gli umani -, svilupparsi e moltiplicarsi. Infine, l’epidemia progredisce nell’uomo per diffusione del patogeno nella nuova popolazione, se e solo se l’agente patogeno può essere trasmesso stabilmente da un individuo all’altro tramite contatto diretto o indiretto (tramite un vettore o l’ambiente, per esempio l’acqua).

Oggi, in assenza di altre misure profilattiche o terapeutiche, stiamo cercando di fermare la progressione della SARS-CoV-2 limitando la trasmissione del virus tra individui. Ma avremmo potuto agire prima? O almeno, potremmo limitare l’emergere di nuove zoonosi in futuro? Per quanto riguarda l’attuale pandemia di Covid-19, possiamo prevederne il corso?

Comunità animali, serbatoi di agenti patogeni

È qui che entrano in gioco le discipline dell’ecologia e dell’evoluzione che, analizzando il funzionamento dei patogeni nei loro ambienti e caratterizzando le diverse fasi chiave che portano a nuove infezioni nell’uomo, diventano fondamentali. Come precedentemente indicato, questo tipo di emergenza inizia con l’esposizione a un nuovo patogeno che circola naturalmente all’interno di comunità animali, selvatiche, zootecniche o di compagnia, che possono quindi fungere da serbatoio. È quindi essenziale identificare quali agenti sono potenzialmente patogeni e circolano in queste comunità e quali sono i rischi per l’uomo. Oggi, documentare e monitorare le loro dinamiche nella fauna selvatica non è tuttavia un compito facile. È necessario sviluppare nuovi approcci per essere in grado di istituire sistemi di sorveglianza a lungo termine. Gli ecologi, attraverso la loro comprensione degli ecosistemi, possono dare un contributo unico allo sviluppo di tali metodi. Due esempi recenti hanno dimostrato che alcuni insetti potrebbero essere utilizzati come strumenti per la sorveglianza indiretta dei patogeni che circolano nella fauna selvatica: così le mosche della carne (che si posano sulle carcasse di animali per deporre le uova) sono state catturate nella foresta africana per valutare quali specie animali sono state colpite dall’antrace (una malattia infettiva causata da un batterio, Bacillus anthracis, molto virulento e pericoloso per l’uomo); oppure le mosche tsetse (che si nutrono di sangue) sono state utilizzate come mezzo per ottenere sangue da animali selvatici per rilevare la presenza di agenti patogeni di importanza medica e veterinaria.

Una volta identificati i patogeni e i serbatoi, è importante determinare quando, come e dove potrebbe aver luogo il contatto tra le specie e la trasmissione all’uomo. Grazie all’ecologia e all’antropologia, alle discipline che forniscono sia informazioni sulle aree di distribuzione che sui movimenti degli animali (migrazioni) sia la conoscenza delle interazioni tra popolazione animale e umana, è possibile stimare ( in particolare grazie alla modellistica matematica) i rischi spazio-temporali del contatto con la specie umana e/o con gli animali domestici. È anche essenziale capire come le comunità animali interagiscono e sono strutturate nello spazio e nel tempo.

Comportamento umano, fattore di emergenza

Gli studi suggeriscono, ad esempio, che la perdita di biodiversità dovuta alle attività umane potrebbe aumentare la trasmissione di alcuni agenti patogeni per l’uomo (come la malattia di Lyme, causata da un batterio, Borrelia burgdorferi, trasmesso da zecche). Alla luce delle principali crisi e sconvolgimenti che stiamo già affrontando: i cambiamenti climatici, l’enorme perdita di biodiversità e l’esplosione della popolazione umana, che avrà un forte impatto sugli ecosistemi, l’analisi dei processi all’origine di l’espansione di un agente patogeno diventa fondamentale. A causa della loro importanza nelle dinamiche epidemiologiche, il comportamento umano e le pratiche culturali che favoriscono l’esposizione di una popolazione a un nuovo agente patogeno devono essere integrati nell’analisi di questi processi di diffusione.

Ad esempio, è stato dimostrato che il consumo di carne di pollo cruda ha provocato casi fatali di infezione da H5N1 nell’uomo. E’ anche importante prendere in considerazione i cambiamenti che gli esseri umani stanno imponendo agli ecosistemi a seguito delle loro attività sempre più intense (aumento dell’agricoltura intensiva e della zootecnia, aumento dell’urbanizzazione e della deforestazione). La deforestazione è stata implicata nell’emergere di nuove forme di malaria umana in Asia. L’integrazione del comportamento e delle attività umane e la loro eterogeneità nei modelli di emergenza e diffusione di agenti patogeni è una sfida per la ricerca interdisciplinare per gli anni a venire, è l’interfaccia tra ecologia, sociologia, antropologia ed epidemiologia.

Una volta stabilito il contatto, l’infezione effettiva può iniziare in diversi modi, a seconda dell’agente infettivo in questione: per via aerea, inoculazione di vettori, ingestione o semplicemente per via transcutanea. E’ quindi fondamentale comprendere questa fase essenziale del ciclo di vita dei patogeni. Quali vie di trasmissione usano? Quale dimensione minima di inoculo (numero di cellule o particelle di virus) è richiesta per l’infezione? L’agente patogeno può sopravvivere nell’ambiente al di fuori del suo ospite? E in tal caso, per quanto tempo rimane contagioso e in quali condizioni? Sono coinvolti i vettori e, in tal caso, qual è il loro comportamento alimentare? Sono in grado di colmare il gap tra animali e umani? Queste sono tutte domande essenziali a cui le scienze ecologiche possono rispondere.

Se il virus ha la “chiave giusta”, può entrare

Nonostante il contatto, un agente infettivo può diffondersi o meno nell’uomo. Ci sarà trasmissione se e solo se è in grado di svilupparsi nel nuovo ambiente che rappresenta per lui l’organismo umano. Questo spesso non avviene. Per fortuna! Ma quando ciò accade, è importante comprendere i processi evolutivi che gli consentono di proliferare in questa nuova specie ospite, gli umani in questo caso. Nel caso dei virus, è spesso la loro capacità di attaccarsi alla superficie delle cellule umane che condiziona questa possibilità.

Questo meccanismo è spesso paragonato a un sistema di sblocco dei tasti. Ogni specie ospite ha il suo lucchetto sulla superficie delle sue cellule. Se il virus ha la “chiave giusta”, può entrare. Affinché il virus “salti” da una specie ospite all’altra, è quindi necessario che abbia una chiave master o che sviluppi accidentalmente una nuova chiave (tramite una mutazione del suo materiale genetico) che gli consente di aprire questa serratura, nuova per lui. La biologia e la genetica evolutiva offrono strumenti teorici e sperimentali per determinare quali agenti patogeni potrebbero adattarsi rapidamente alle nuove specie ospiti e quali sono le particolarità di quelli che sono stati in grado di adattarsi all’uomo. Infine, una volta installato nell’uomo, il nuovo patogeno può diffondersi in tutta la popolazione. Comprendere le dinamiche di questo patogeno più o meno a lungo termine e i fattori che influenzano questa dinamica non è solo il campo degli epidemiologi ma anche degli ecologi.

Il nostro mondo globalizzato favorisce ovviamente tale diffusione su scala planetaria.  Per prevedere la diffusione spaziale e temporale di un’epidemia e la sua possibile transizione pandemica, i modelli matematici attualmente utilizzati si basano, tra l’altro, sull’ecologia teorica, erede delle prime formalizzazioni delle dinamiche della popolazione. Questo campo scientifico ha fornito molti concetti di base nell’epidemiologia quantitativa che oggi consentono di dimensionare le esigenze di salute di fronte a queste emergenze.

Più recentemente, i modelli teorici dell’epidemiologia evolutiva hanno permesso di combinare la dinamica epidemiologica (che traccia la demografia della malattia) con la dinamica evolutiva (che traccia la comparsa di nuovi ceppi del patogeno durante l’epidemia). Le scienze evolutive forniscono le basi teoriche e gli strumenti essenziali che consentono di anticipare (e, se possibile, prevenire) l’evoluzione degli agenti patogeni più virulenti o più trasmissibili, nonché di limitare il più possibile la comparsa di resistenze contro i mezzi di controllo implementati (farmaci, vaccini).

Prevenire è meglio che curare, ma è abbastanza?

La conoscenza ecologica e in evoluzione dei patogeni è quindi uno strumento prezioso nella lotta contro le minacce future. Nelle malattie infettive: il modo migliore per curarti è non ammalarsi! Questo non è affatto una realtà, ma piuttosto la logica che dobbiamo assolutamente integrare. Il detto “prevenire è meglio che curare” assume qui il suo pieno significato.

Esistono soluzioni in ogni fase. Ma agire a monte è essenziale, sia per la vita umana e animale che per la nostra economia (l’impatto economico delle malattie infettive è noto per essere colossale). Ora è indiscutibile che, una volta installatosi l’agente patogeno, prevedere il rischio di una pandemia non è più sufficiente. Dobbiamo anche determinare quali sono le diverse strategie a lungo termine per ridurre quantitativamente la probabilità di una nuova pandemia.

L’importanza dei sistemi di sorveglianza, che devono assolutamente essere mantenuti e dispiegati su larga scala al fine di rilevare il più presto possibile ogni nuovo evento infettivo, non deve essere sottovalutata. Infine, è essenziale mantenere un monitoraggio a lungo termine delle popolazioni animali e umane per comprendere le dinamiche delle popolazioni e dei loro agenti patogeni e quindi anticipare le condizioni per l’emergere di malattie. E’ quindi urgente istituire e sviluppare osservatori sull’ecologia della salute su scala globale.

I ricercatori in ecologia e biologia evolutiva sono già al lavoro e motivati ​​da queste sfide scientifiche. Sfortunatamente, il loro lavoro è gravemente ostacolato dalla crudele mancanza di finanziamenti per la ricerca e da un notevole deterioramento delle condizioni di lavoro: esplosione dei carichi amministrativi, tempo considerevole impiegato per raccogliere dossier di finanziamento, riduzione delle posizioni di ricerca e di insegnante-ricercatore (mentre il numero di studenti nelle nostre università continua ad aumentare) e mancanza di personale di supporto alla ricerca.

Tuttavia, restiamo positivi. Le comunità scientifiche e mediche hanno recentemente concordato di riconoscere che la ricerca di base e una maggiore formazione che coprono i campi disciplinari dell’ecologia e della biologia evolutiva sono necessarie e persino essenziali per lo sviluppo di una lotta integrata contro i patogeni. Resta quindi da convincere i politici e i decisori politici della sanità pubblica a integrare i risultati di questa ricerca nelle loro scelte, in periodi di crisi sanitaria, così come al di fuori. Anche su questo piano, la crisi del Covid-19 ci insegnerà molto.

di collettivo di scienziati del Centre de recherches en écologie et évolution de la santé

Pubblicato il 30 marzo 2020 su CNRS Le Journal con il titolo “Face aux pandémies, les sciences de l’écologie sont plus que jamais nécessaires”