IL "MONDO A RNA" NEL 2020

  Post n. 38

Per le peculiarità delle loro strutture atomiche gli elementi biogeni (H, O, C, N, P) sono gli unici che, attraverso i loro composti, sono adatti a svolgere, negli organismi viventi, le numerose funzioni biologiche. Sappiamo che tra questi composti i più importanti sono gli acidi nucleici, DNA e RNA, e le proteine. Acidi nucleici e proteine sono interdipendenti, nel senso che gli acidi nucleici contengono le istruzioni per il montaggio delle proteine ma sono le proteine che operano la sintesi degli acidi nucleici.

La teoria di Oparin-Haldane postulava che la vita avesse avuto origine in un brodo primordiale. È però estremamente improbabile che queste macromolecole si siano originate contemporaneamente, in modo indipendente e che incontrandosi casualmente abbiano iniziato ad interagire. Sorge quindi il problema: sono sorte prima le proteine (il metabolismo) o prima gli acidi nucleici (l’apparato genetico)? Gli esperimenti condotti da Miller e altri ricercatori negli `50 e `60 hanno evidenziato che gli amminoacidi, costituenti delle proteine, sono facili da sintetizzare in ambiente prebiotico, mentre i costituenti degli acidi nucleici, cioè zuccheri e basi azotate, sono molto difficili da sintetizzare. Era logico quindi pensare che fossero comparse per prima le proteine. Quando alla fine degli anni `60 divenne evidente il fallimento della sintesi delle proteine nel brodo prebiotico, i ricercatori iniziarono a guardare con interesse agli acidi nucleici.

Tra i due acidi nucleici l’RNA ha dato origine alla teoria del “Mondo a RNA”; esso fu preferito perché meno complesso, partecipa al montaggio delle proteine e in alcuni virus sostituisce il DNA come materiale genetico. La teoria del “Mondo a RNA” postula che la vita ebbe origine attraverso la comparsa di molecole autoreplicanti di RNA.

L'RNA è una grande molecola le cui unità costitutive sono quattro nucleotidi.

Essi sono i muri portanti dell’RNA e sono costituiti da un gruppo fosfato, dal D-Ribosio (uno zucchero pentoso) e una delle quattro basi azotate, Adenina, Guanina, appartenenti alla famiglia delle Purine; Uracile, Citosina, appartenenti alla famiglia delle Pirimidine.

Certamente per la formazione di molecole autoreplicanti di RNA è necessario innanzitutto la presenza, in epoca prebiotica, tutti i costituenti sopra elencati e, in secondo luogo, capire in che modo si sono legati per formare l’RNA

Il gruppo fosfato (HPO₄^-), anche se in piccole quantità, si trova, oggi, diffuso su tutta la superficie del pianeta e non c’è motivo di ritenere che non fosse presente anche in epoca prebiotica.

In riferimento al ribosio, Ponnamperuma in “Origine della vita”, 1984 afferma: «In contrasto con i progressi compiuti nel campo della chimica primordiale degli 

 amminoacidi, l'origine di un altro gruppo di sostanze altrettanto importanti biologicamente, i monosaccaridi (zuccheri), è tuttora assai incerta. Già nel 1861 A. Butlerow aveva mostrato che formaldeide sciolta in acqua va incontro a un processo di condensazione, in ambiente alcalino, dando luogo a una miscela di zuccheri. […] Ci sono peraltro varie difficoltà nell'accettare l'ipotesi che la formaldeide possa essere stata utilizzata come precursore dei monosaccaridi. Horowitz e Miller hanno sottolineato che le elevate concentrazioni di formaldeide usate in alcuni esperimenti non riproducono in modo realistico le condizioni della Terra primitiva. Sono state sollevate obiezioni anche all'uso di soluzioni molto basiche. P. H. Abelson sostiene che la concentrazione di ammoniaca libera nei mari e nell'atmosfera non fu mai molto elevata, e che un oceano fortemente alcalino non è mai esistito. Inoltre, la formaldeide polimerizza assai rapidamente dando paraformaldeide, e può pertanto allontanarsi dall'ambiente. […]».

Nel 1994 in Le scienze, “L’origine della vita sulla terra”, in riferimento al ribosio L. Orgel scrive: «È anche possibile che alcune reazioni non enzimatiche capaci di portare alla sintesi di ribonucleotidi puri non siano state ancora identificate». Egli cita Albert Eschenmoser che è riuscito a limitare il numero di zuccheri differenti prodotti nella sintesi del ribosio dalla formaldeide in presenza di borati e in particolari condizioni ha anche ottenuto un derivato fosforilato del ribosio.

Nel 2004, in Prebiotic Chemistry and the Origin of the RNA World, Orgel riprende l’ormai nota reazione di Butlerow di 150 anni fa. Scrive che se questa reazione potesse essere indirizzata verso la sintesi del ribosio sarebbe ideale per la sintesi dello zucchero componente dei nucleotidi. Cita Zubey(1998, 2001) che ha ripetuto la reazione in presenza di piombo. Mette anche in evidenza come il borato di calcio stabilizza i pentosi (Ricardo e altri, 2004). Ammette che tutte queste reazioni avvengono a pH troppo elevato e con elevate concentrazioni di reagenti. Infine conclude che alcuni progressi sono stati fatti, ma che vi sono ancora una serie di ostacoli alla sintesi di quantità significative e pure di ribosio.

 E in riferimento alle basi azotate nello stesso saggio C. Ponnamperuma aggiunge:

   

«Le purine sono state sintetizzate per la prima volta in condizioni che simulavano quelle della Terra primitiva da Orò (v., Studies in..., 1963), il quale dimostrò che si poteva ottenere la sintesi di adenina da una soluzione concentrata di cianuro d'ammonio. Nelle sue linee essenziali la reazione può essere raffigurata come 5 molecole di cianuro di idrogeno che, in presenza di ammoniaca, danno luogo ad adenina. Questa sintesi è stata confermata da Lowe e collaboratori […]. In seguito, Orò riuscì a sintetizzare guanina e xantina portando a una temperatura di 100-140°C una soluzione acquosa di amminoimidazolocarbossimmide. Il rendimento è stato dell'1,5% per ambedue le purine. È possibile che questo sia uno dei modi in cui è avvenuta la sintesi delle purine sulla Terra primitiva, ma le concentrazioni usate da Orò erano di gran lunga troppo alte per corrispondere a una situazione prebiotica. Se le condizioni sperimentali fossero state davvero simili a quelle prebiotiche, se, per esempio, si fossero usate concentrazioni più basse, allora queste reazioni sarebbero di grande aiuto alla comprensione dell'origine delle purine nelle condizioni presenti nella fase prebiotica della Terra. Nonostante gli sforzi fatti, non è stato possibile identificare con sicurezza purine e pirimidine tra i prodotti finali in esperimenti che impiegavano scariche elettriche. Poiché si forma una gran quantità di cianuro di idrogeno, è difficile capire come le purine potrebbero essere assenti. Ben poco è stato fatto nel campo della sintesi delle pirimidine. Fox e Harada (v., 1961) hanno dimostrato che uracile può essere ottenuto per riscaldamento di acido malico e urea. Mentre l'urea si forma facilmente negli esperimenti che simulano la Terra primitiva, non esiste alcuna indicazione della presenza di acido malico. […]. Fox e Harada e altri (v., Formation of..., 1963) hanno ottenuto anche la sintesi di adenina mediante irraggiamento con elettroni di metano, ammoniaca e acqua. […] La maggior parte delle radiazioni prodotte da sorgenti radioattive viene assorbita dai solidi, e poiché la crosta terrestre ha uno spessore di circa 30 km, questo tipo di radiazione potrebbe non aver avuto alcun ruolo nella sintesi di materiale organico negli oceani primitivi».

Quindi Ponnamperuma afferma, nel 1984, che queste reazioni non sono di grande aiuto alla comprensione delle sintesi delle basi azotate nella fase prebiotica. In conclusione non abbiamo nessun indizio della presenza, in epoca prebiotica, delle basi azotate.

Nel 1995 C. de Duve, pur essendo un sostenitore dell’RNA, in “Polvere vitale”, scrive: «[…] i chimici hanno avuto un certo successo nella produzione dei cinque componenti organici dell'RNA, ma con scarso rendimento ed in condizioni ad un tempo molto diverse da uno scenario prebiotico e diverse per ogni sostanza. Volendo combinare i componenti nel modo giusto ci si imbatte in altri problemi, di tale grandezza che nessuno ha mai tentato di farlo in un contesto prebiotico».

Nel 2004 Orgel (articolo citato), ritorna sulla sintesi delle quattro basi azotate e tenta anche di unificare lo scenario. Egli mette in evidenza come l’Adenina si puo ottenere da una miscela eutettica, molto concentrata, di HCN e NH₃ (acido cianidrico e ammoniaca) alla temperatura di -23,4°C, cioè la sintesi di Orò rivisitata. Sottolinea che tra i prodotti di questa reazione si sono trovate tracce di guanina.

Orgel fa notare come l’uracile si possa ottenere dall'idrolisi della citosina.

Per la sintesi della citosina prende prima in considerazione la reazione tra ciano-acetaldeide e urea concentrata ma conclude che, in epoca prebiotica, una simile reazione non è plausibile. Le sembra però più plausibile la reazione di una soluzione eutettica di ciano acetilene con cianato perché potrebbe procedere in parallelo con la sintesi dell’adenina anch’essa in condizione eutettica.

Sulla carta, sotto la parola “eutettica”, la sintesi delle quattro basi azotate sono state condotte sotto la stessa logica. Ma temperatura e concentrazioni indicate da Orgel sono completamente fuori da ogni contesto prebiotico. Bisogna inoltre tenere presente che queste sintesi portano anche alla formazione di tante altre basi azotate di nessun interesse anzi di ostacolo per l’origine della vita.

In definitiva, alla fine del 2004, cioè dopo oltre mezzo secolo di tentativi da parte dei migliori chimici del mondo, nessun processo chimico attendibile ci indicava la presenza, in epoca prebiotica, di basi organiche e Ribosio.

Inoltre per l’origine di molecole di RNA si pongono i seguenti altri problemi:

Nei pentosi sono asimmetrici tre atomi di carbonio e quindi si hanno tre centri chirali. Ciò comporta che il numero di molecole possibili (stereoisomeri) sia pari a 2³, ossia 8, di cui quattro D (Destro) e quattro L (Levo) e tra questi il D Ribosio. È vero che ogni coppia DL presenta caratteristiche chimico-fisiche leggermente diverse rispetto alle altre, ma da un punto di vista energetico in una fase prebiotica, hanno tutti la stessa probabilità di essere sintetizzate.  Ora solo per l’assemblaggio spontaneo di un nucleotide qui sotto illustrato,

 

 

 sono necessari i seguenti passaggi:

1) Origine e separazione dei pentosi da tutti gli altri zuccheri

2) Separazione dei quattro pentosi Destro dai Levo per evitare reazioni incrociate.

3) Separazione del D-Ribosio dagli altri tre zuccheri Destro per evitare reazioni sovrapposte.

4) Origine e separazione delle quattro basi necessarie per l'RNA da tutte le altre.

5) Particolare orientamento, per ottenere i quattro nucleotidi, di tutte e quattro basi sull’OH del C-1, ed evitare la reazione con l'OH del C-2, C-3, C-5 (come illustrato sopra).

6) Orientamento di tutte le basi nella posizione β (cioè verso l’alto come in figura)

7) Particolare orientamento del gruppo fosfato sull'OH del C-5 al fine di evitare la reazione con l'OH del C-2, C-3 (come illustrato sopra).

E infine per l’RNA:

8) Reazione del fosfato dei nucleotidi con l'OH in posizione C-3 di altri nucleotide, con l’esclusione della posizione C-2, per dare origine all’RNA.

In oltre 50 anni di ricerche, non c’è stato un chimico che sia riuscito a scalfire i punti 1,2,3,4. E non c’è stato un biologo che possa dare una spiegazione ai punti 5,6,7 e 8, senza l’apporto di enzimi specifici.

È importane ancora una volta sottolineare che tutti i punti sopra elencati riguardano la concezione originaria del “Mondo a RNA” cioè: l’origine della vita attraverso la comparsa spontanea di molecole autoreplicanti.

A partire dal 1967 furono condotti, da Sol Spiegelman, Manfred Sumper e altri, alcuni esperimenti utilizzando nucleotidi attivati artificialmente e Q_ß replicasi (un enzima biologico molto complesso). Da tali esperimenti si ottennero molecole di RNA ex novo di composizione diversa e dipendenti dalle condizioni sperimentali. In merito a questi esperimenti Manfred Eigen e altri in “L’origine dell’informazione genetica” Le Scienze 1981 afferma: «Ciò che è importante, qui, è quello che questi esperimenti rivelano sui processi darwiniani. La selezione naturale e l’evoluzione, che sono conseguenze dell’auto replicazione, opera a livello delle molecole così come a livello delle cellule o delle specie».

Non era ancora chiaro come fossero comparse le prime macromolecole di RNA, ma i processi Darwiniani iniziano ad entrare nel “Mondo a RNA”.

Questa idea di Eigen riferita alle macromolecole di RNA viene gradualmente estesa alle molecole costituenti l’RNA. Così Christian De Duve nel saggio “Alle origini della vita” 2008, in riferimento alla sintesi dei nucleotidi, preso atto che, in epoca prebiotica, il D-Ribosio era sicuramente in presenza di altri zuccheri, anche di opposta chiralità, e che oltre alle basi costituenti l’RNA erano presenti sicuramente altre basi, scrive: «Pare più probabile che la vita abbia avuto inizio con un Gemish, un miscuglio di molte molecole diverse di struttura simile e che quelle che si trovano negli organismi oggi viventi sia emerse per successiva selezione».

Questa nozione chiave viene ripresa, nel 2016, da due scienziati italiani Ernesto Di Mauro e Raffaele Saladino in un saggio: “Dal Big Bang alla cellula madre”. In esso gli autori affermano che la soluzione è stata Darwiniana già dai primissimi albori: la sopravvivenza del più adatto. «Senza selezione non c’è vita, soprattutto a livello molecolare».

Con De Duve, Di Mauro e Saladino (e ovviamente il contributo di altri ricercatori), i processi Darwiniana vengono estesi ai costituenti dell’RNA e nasce definitivamente una nuova concezione del “Mondo a RNA”: l’origine della vita attraverso la comparsa dei costituenti delle macromolecole e di macromolecole auto-replicanti per selezione naturale.

Se questa è la nozione chiave, se la selezione molecolare inizia già a livello dei costituenti, allora non è più importate se, in epoca prebiotica, oltre al D-Ribosio fossero presenti altri zuccheri e se oltre alle basi canoniche fossero presenti altre basi, e non sono importanti nemmeno le loro concentrazioni perché a sopravvivere sarà il più adatto non il più abbondante. E viene superato il pensiero di A. Graham Cairns-Smith secondo cui pensare al ruolo di grandi tempi e grandi spazi, per generare strutture può portare fuori strada. Per gli studiosi del “Mondo a RNA” il fatto che i costituenti si possono formare anche se in presenza di catalizzatori diversi e in condizioni spaziali ed energetiche estreme dimostra comunque la possibilità della loro sintesi in epoca prebiotica. 

È allora, seguiamo il saggio di Di Mauro e Saladino dove vengono esposte anche il risultato delle loro ricerche e che, per inciso, è l’unico saggio oggi in divulgazione che ci fa capire in modo esauriente lo stato dell’arte del mondo a RNA.

Invece di utilizzare, come ha operato Orò per le basi azotate, alte concentrazioni di acido cianidrico (HCN) che è un gas, gli autori hanno utilizzato la formammide (HCONH₂) che ha un punto di ebollizione di 210°C. La formammide scaldata a 110°C in presenza di argilla ha prodotto Adenina, Citosina e Uracile, tre delle cinque basi azotate. In un secondo esperimento l’argilla è stata sostituita con ossido di Titanio (TiO₂) ottenendo Adenina, Citosina e Timina. Anche se manca la formazione della quinta Base azotata la Guanina in presenza di minerali terrestri, e non è escluso che essa possa essere ben presto identificata, i risultati sono di notevole interesse. Innanzitutto la formammide era probabilmente presente in epoca prebiotica; inoltre la temperatura di 110°C sulla terraferma è localmente plausibile; infine la presenza di argilla e di ossido di titanio largamente presente sulla superfice del pianeta ci riportano a pieno titolo alla teoria di Bernal. Questa teoria, infatti, postula che l’argilla abbia avuto un ruolo determinante per selezionare, accumulare e catalizzare la formazione di molecole complesse. Possiamo concludere che è plausibile la presenza dei costituenti degli acidi nucleici in epoca prebiotica.

È importante sottolineare che in questi esperimenti sono stati ottenuti intermedi del metabolismo cellulare.

Come riportano Di Mauro e Saladino, nel 1992 Eschenmoser definì come chemiomimetico un processo biologico che mima una reazione prebiotica (usata in pratica come stampo). In definitiva come scrivono gli autori: «I complessi sistemi metabolici primari e secondari che oggi osserviamo in funzione nella cellula sarebbero, sulla base di questa definizione, la versione altamente specializzata delle prime reazioni prebiotiche intorno alle quali l’evoluzione molecolare avrebbe costruito enzimi e apparati strutturali sempre più complessi per ottimizzare ogni processo in termini energetici e di selettività. Ne consegue che, se la chemiomimesi esiste e ha controllato l’evoluzione molecolare, una determinata reazione prebiotica dovrebbe produrre non solo le molecole biologiche fondamentali, selezionandole tra le migliaia di varianti strutturali possibili (isomeri), ma anche i principali intermedi per il loro ottenimento, in perfetto accordo con quelli ancora oggi funzionali nella cellula».

La molecola del Ribosio si rappresenta spesso in forma lineare

CHO

I

H -*COH

I

H -*COH

I

H -*COH

I

           CH₂OH

 

In realtà il ribosio ha una forma ciclica

Nel momento in cui si passa dal la struttura lineare alla struttura ciclica, si ha la formazione di anomeri α e ß cioè l’OH può stare sotto o sopra e reagendo dare origine a composti diversi. La posizione α è energeticamente preferita ma nei nucleotidi le quattro basi sono tutte nella posizione ß.

Perché questo richiamo?

Perché durante la condensazione termica nella reazione tra formammide e TiO₂ sono stati ottenuti derivati formilati dell’adenina con la base nucleica legata a corte molecole di zuccheri in C-1 già nella posizione ß. 

 Questo intermedio dell’apparato genetico, reagendo con HCHO, potrebbe portare alla formazione di un nucleoside (nucleotide senza il gruppo fosfato).  

In esperimenti, condotti anche da altri ricercatori con la formammide in presenza di borati o di zirconati sono stati individuati zuccheri e basi azotate accanto a intermedi dell’attuale metabolismo cellulare come acido piruvico, acido lattico e α-amminoacidi.

Intermedi del metabolismo in particolare del ciclo di Krebs sono stai individuati con TiO₂ e formammide irradiati con UV.

La scoperta di intermedi del metabolismo e dell’apparato genetico ha ampliato il programma del mondo a RNA verso l’unificazione della visione genetica con quella metabolica. Cioè la ricerca di «Una via prebiotica in grado di produrre contemporaneamente intermedi dell’apparato genetico e componenti del metabolismo».

Nella nuova concezione del “Mondo a RNA”, viene preso in considerazione anche un contributo di sostanze proveniente anche dallo spazio, in particolare sui granuli delle enormi nubi di polveri interstellari. Analoghi di polveri spaziali sono state prodotte in laboratorio e in presenza di formammide hanno dato origine a basi azotate.

È stato studiato anche il contributo dei meteoriti in presenza di formammide, si è osservata la presenza di intermedi sia dell’apparato metabolico che dell’apparato genetico.

Una sorgente laser ad alta energia è stata utilizzata per produrre elevate temperature e studiare l’impatto dei meteoriti sulla superficie della terra in presenza di formammide. Si è osservata la presenza delle cinque basi azotate e della glicina.

Per simulare il contributo del vento solare sono stati utilizzati protoni ad alta energia, polveri di meteoriti e formammide alla temperatura di -35°C. In questi esperimenti sono stati ottenuti le basi nucleiche e per la prima volta i quattro nucleosidi.

Reazioni di fosforilazione dei nucleosidi in presenza di formammide e minerali fosforici hanno evidenziato la possibilità di formazione dei nucleotidi.

A questo punto la formazione di catene nucleotidi per la formazione dell’RNA, secondo gli autori, sta nella natura delle cose, nella forza della loro natura chimica, nel principio di affinità chimica. Cioè, sembra di capire, una necessità chimica che non poteva non accadere.

La replicazione è un fenomeno chimicamente semplice per affinità chimica che, in presenza dei giusti monomeri complementari, nelle giuste combinazioni e alla giusta temperatura, potrebbe essere avvenuto per caso.

La variabilità è insita nella natura chimica delle molecole e nelle proprietà reattive dell’RNA

Per l’interazione RNA-Proteine si immagina la formazione spontanea di di- o tri-peptidi che inizialmente abbiano favorito la replicazione dell’RNA entrando attraverso una continua verifica funzionale in un sistema evolutivo vincente.

Per l’origine del codice genetico si privilegia la possibilità “dell’accidente congelato”; erano cioè possibile altri codici e forse sono anche esistiti, ma una volta imboccata questa via non è stato possibile tornare indietro.

Pur considerando fondamentale la compartimentazione in sacche fosfolipidiche nella fase iniziale la via formammide-calore-concentrazione-catalisi l’ambiente più adatto viene individuato nei “campi geotermali”.

Sperando che la necessaria sintesi non abbia frainteso alcune parti, chiudiamo qui con i risultati e la nuova visione del “Mondo a RNA”, cioè un mondo dove si sono intrecciati necessità, caso ed evoluzione.

Come si evince dagli articoli, in questo Blog si privilegia una via esclusivamente deterministica, e che a comparire per prima siano state le proteine.

Ulteriori studi in futuro forse ci diranno quale via è la più plausibile o se le due vie un giorno si incontreranno, per il momento è doveroso augurare buon lavoro a tutti gli scienziati impegnati in questo lavoro.

                                                                      

                                                           Giovanni Occhipinti

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VIRUSES, OTHERS AND US: SURVIVAL IN THE 21st CENTURY

Post n. 37 (English)

It's time for Corona Virus. We live isolated in the house and wonder about when this catastrophe will pass. Meanwhile, scientists are informing us that there will be other epidemics. By now "it is not a question of knowing if, but when" other epidemical upheavals will occur.

One wonders where scientific research is at. What stage of development has the technology used to deal with such disasters?

Also because, as can be seen from the quotes that follow and which are taken from authoritative sources, man has always lived with viruses. Some of them, as we shall see, are even useful for our survival and have helped the evolution of the species. It is known that in many laboratories around the world, people are working hard to prepare a vaccine. But we will have it no earlier than six months. It also investigates how the viral protein attaches to cells to breach the inside of the cell. Which is useful for identifying some protein that is able to block the access of the virus to our cells. In short, it is a question of knowing how to defend ourselves from viruses and of knowing in depth the nature of this unavoidable presence.

 

COVID-19 HOW TO ENTER THE CELL AND HOW TO EXIT

 

THE BIOLOGICAL TECHNOLOGY OF THE BACTERIOPHAGE

Over the course of billions of years, through evolution, viruses have developed truly sophisticated systems to introduce and infect the host and survive. The response of the human species has been to adopt a survival plan. With what weapons, with what means, with what strategy? Cohabitation and immune system, that is: coexistence and / or fight.

 

COHABITATION

 

Guido Silvestri in "The Good Virus", 2019 warns: «Be careful thought: 'living together' does not mean at all 'ignoring', pretending nothing, like the ostrich that puts its head in the sand. On the contrary, it means adapting, reorganizing one's functioning in order to make serene coexistence possible». Ours is an intelligent body, which knows how to select the most suitable behaviours to face threats and exploit the opportunities of the environment around us, including viruses. In fact, the author highlights how in ours intestine lives an impressive number of bacteria and underlines the complicated and fascinating interaction that the immune system has with them. He therefore highlights how 8-9 per cent of our genome consists of portions of the retrovirus genome (RNA virus), called endogenous retrovirus (HERV) and adds: «[...] in the end it was discovered that, in fact, some of their functions have a beneficial role. In other words, the discovery that HERVs mediate certain absolutely fundamental cellular and physiological functions in the maintenance of the organism, has created a real Copernican revolution in our vision of the relationship between retrovirus and humanity. [...]But the most extraordinary of all is the function related to placental reproduction, the

 

 

great divide between mammals and all other living organisms. It is the placenta, in fact, that has created a very complex and delicate symbiosis between mother and embryo, yet capable of giving origin to the most incredibly fascinating forms of life. Starting with ours. Every time a man and a woman unite in the mystery of conception, it is they, the retroviruses with some of their proteins, that make that elusive biological miracle that is human life possible. That's why I wanted to title this book, a little provocatively, 'The good virus'». And further on he adds: «Of one thing, however, we seem to be certain: the human body is full of completely harmless viruses, so much so that within the scientific community someone starts talking about 'viral flora'", along the lines of known intestinal 'bacterial flora'».

 THE IMMUNE SYSTEM.

 Our immune system has evolved over hundreds of millions of years and through a purely Darwinian principle, which, roughly said, sounds like this: those who make it survive and those who don't make it die. To avoid suffering and death, human intelligence has managed, thanks to vaccines, to help the immune system. Unfortunately, the research and production of a vaccine are long, difficult operations, producing a vaccine is expensive and requires several months of intense work. For the Covid-19 there is no vaccine and we know that it mainly affects the elderly. Some young and reckless politicians might come up with a very simple idea: let's give Darwin what is Darwin's and let nature do it. Who should come up with such an idea is good to remember two things.

First of all, it was their great grandparents who invented the vaccines and their grandparents developed the vaccines against polio, measles, mumps and rubella and they vaccinated their children who in turn vaccinated today's young people. Without the discovery and use of these vaccines, many of today's young people would not be addicted to nightlife or called to lead important nations. Secondly, those who talk about flock immunity should remember what Dorthy Crowford writes in "The invisible enemy", 2002: "In the short term, viruses are usually ahead of their hosts because their succession of generations is very faster. They produce thousands of descendants every 24 or 48 hours while the (western) man can only count on an average of 2.4 descendants every 20 or 30 years. [...] A clear demonstration of adaptation comes from the myxomatosis epidemic caused by humans in rabbits. This virus, which naturally infects rabbits living in Brazil, without causing serious harm to them, was artificially introduced in 1950 in Australian rabbits (which are of European origin) with the deliberate intent to control their growing expansion. The virus had the devastating effect that was expected: in the first year, 99.8 percent of the infected animals were killed, but this effect quickly vanished.

 

 The number of dead rabbits peaked three years after the virus spread, and seven years later only 25 percent of the sick animals died. Now, some 50 years later, Australian rabbits are in better shape than ever (and plans are being made to introduce a new virus to fight them). For a generation of rabbits it is between 6 and 10 months, if we compare them to the 20-30 years of a human generation we see that in a similar situation it would take 120-150 years for humans to adapt to a new lethal virus ".

Now, since humans do not live in nature like rabbits, but in urban agglomerations of millions of inhabitants, if such a measure were adopted, the time of contagion in the case of the human population would be enormously shorter and more intense. While allowing all living organisms to possess basic cognitive equipment and therefore capable of defending themselves, while respecting all rabbits: is it credible that people resign themselves to being infected like rabbits? Would it bear deaths and sufferings? It can be assumed that no one would leave the house anymore, no bars, restaurants, cinemas, theatre, recreational activities, travel and for essential needs we would only see people with masks around. The contagion would dilute over time, with the result of blocking human activities for a long time, the economy would be destroyed and the risk of impoverishment and social reactions would become dramatically current.

It is evident that this road is not feasible. Therefore it is concluded that there are two fundamental things to do today: respect the rules and put scientists and the thousands of doctors and health workers, heroes of the 21st century, who with great courage they are facing, at the risk of one's life, the pandemic and those who work in services that allow the population to survive in the best conditions to operate and face the extremely difficult task that weighs on them.

 

RICH COUNTRIES AND POOR COUNTRIES: WE ARE ALL INVOLVED

 

But for the future, in the prospect of investing in other pandemics, should we only hope for coexistence? Relying on science and respecting its times? Or is it crucial that ordinary citizens, not experts, adopt behaviours and make consistent and effective decisions? Meanwhile, it is necessary to be aware of what the future holds and to keep in mind, as history teaches, that new positive changes can emerge from negative upheavals.

Technological changes, innovations are decisive for the good of humanity. But, evidently, any change in global scenarios - and this is an era of profound transformations - does not only involve progress, but is also the moment when unprecedented problems arise.

There are already those who have reflected on the theme: Dorothy Crowford in (quoted work) 2002, writes: "The appearance of a new viral infection is not just a random event: there are always rational answers to the questions' why? ',' how? ',' when? ' and where?'"

The author gives an account of some recent epidemics.

"The viruses that cause 'tourist diarrhoea', also known as 'Montezuma's revenge', are called rotaviruses. Rotaviruses alone kill around 800,000 people annually. They thrive in the poor sanitation and overcrowding situations characteristic of developing countries where they are usually transmitted from individual to individual through contaminated water and food.

  

The dengue virus causes flu-like symptoms but can cause a potentially lethal haemorrhagic fever. Recently, in New Delhi, a dengue outbreak caused 5500 hospitalizations and 320 deaths in just two months. Lately, this type of epidemic has frighteningly increased in number, both in Africa and Asia, where disorderly and increasingly rapid urbanization creates overcrowded conditions in which the virus thrives. In these cities, mosquitoes carrying the virus reproduce everywhere in ponds, in pools of water, in drains, in drinking water tanks and in air conditioners. [...] if the earth's temperatures continue to rise as expected, then the tropical and subtropical territories will extend both north and south and the viruses they carry will spread to territories that are new and unexplored for them.

 

 

In 1993, a temporary climate fluctuation was responsible for a Hanta virus epidemic in the United States. One day in New Mexico, a young couple was rushed to hospital with severe flu symptoms: fever, headache, cough and breathing difficulties. In a short time the disease had a lethal outcome. [...] investigations into the local fauna to discover the natural host of the infection ended up identifying the peromyscus manicutatus, a rodent common in North America. [...] Humans contract Hanta virus by inhaling infected material, namely dust contaminated with urine and rodent faeces. Most of the individuals who fell ill lived or worked in huts, barns or stables infested with these animals. Following the discovery of this new Hanta, researchers identified it in about 15 percent of samples collected from people who died in the south eastern states due to indefinable but similar illnesses to the flu. As a result, the virus must have previously crossed the species barrier, infecting humans when favourable conditions have occurred.

                       

                    

In West Africa this animal is hunted for food purposes, and in some cases bred as a pet animal, which over the years humans have occasionally infected with scratches or infected bites. Many African monkeys are carriers of the so-called 'monkey immunodeficiency virus', or SIV, similar to HIV. We have known for some time that HIV-2 is so similar to the form of SIV contracted by the monkey Cercocebus atys that it is likely that its origin should be sought here. In West Africa this animal is hunted for food purposes, and in some cases bred as a pet animal, which over the years humans have occasionally infected with scratches or infected bites. These were a few scattered cases, which did not attract attention until the virus caught on enough to spread among humans.

 

 

BSE, now known as bovine spongiform encephalitis, was quickly baptized 'mad cow disease' because it caused brain degeneration and paralysis with invariably fatal outcomes. Although BSE is not caused by a real virus, it has been included in this assay because the pathogen is infectious and can be transmitted in vitro, just like a virus. Although the cause of BSE was quickly discovered, pinpointing the origin of the infectious agent was not as easy. Scrapie, a BSE-like disease that affects sheep has been present in British flocks for several centuries, and the carcasses of infected sheep were turned into flour and used as feed. […] Feed the animals with animal flours made with their own kind.

 

 

All the epidemics described so far in this chapter have been caused in one way or another by man, even if casually and without any responsibility ".

 IN EUROPE SITTING ON A CLOCK BOMB

There are further and new dangers that are highlighted by Dorthy Crowford «An 'epidemic' is defined - argues the author - an unusual increase in the number of cases of an infection within a community, while a 'pandemic' is an epidemic that spreads all over the world while involving several continents. [...] The new strains of flu come from the Far East more frequently than could happen by pure chance. Both the 1957 (Asian) and the 1968 (Kong) pandemics had this origin, as did the Beijing, Shangdong, Wuhan and Singapore strains. The most plausible theory to explain this geographical puzzle indicates the rural areas of southern China as the epicenter of the infection, the place in the world where there are more pigs, humans and water birds (especially ducks) that live in close contact with each other. [...] The recent problems caused by intensive breeding reproduce in parallel among the animal species what happened to our ancestors in the first agricultural communities. A farmed salmon cage is easy prey for a fish virus, just as a crowded city is for a human virus. Even more, indeed, because the breeding virus is usually obtained by coupling between blood relatives and lacks genetic variability.

 

 

 

  

The same reasoning applies to a battery of chickens, a wheat field or a shed full of pigs. If one of them is vulnerable to infection, it is very likely that they are all vulnerable, and a virus can strike and massacre them.

 

 

In Holland there are over 14 million pigs kept on farms with a density of around 9000 animals per square kilometre. Which means going for trouble. The most recent swine fever epidemic in 1997 killed 6 million pigs, or rather most of the animals still in perfect health, was killed to prevent the spread of the infection. The whole disastrous affair cost the Dutch government the equivalent of 600 million euros in compensation. An epidemic of foot-and-mouth disease, an illness from an air-borne virus, would be even more disastrous, and would be able to eliminate most of the European pig farms in one fell swoop.

 

 

  

As if that was not enough, these overcrowded farms are a hotbed of genetic admixtures for influenza viruses, and a new strain capable of causing a pandemic may emerge at any time. […] There are many factors that interact to produce the ideal circumstances for a virus to thrive. By adapting to the surrounding environment with the passage of time, the lifestyle of human beings has changed from nomadism to agriculture, and then to urbanization, and viruses have exploited these changes to derive the maximum possible benefit. Nowadays we are coming into contact with the natural environment as never before, and more and more often with the flora, fauna and viruses it hosts. The colonization of new territories in Africa, deforestation to allocate new land to agriculture in South America, intensive farming in Europe and North America, the domestication of wild animals destined to coexist with humans, large irrigation programs, wars and global warming are just some of the ways we make our presence felt. And all these events affect the ability of viruses to adapt to the environment, causing changes that put humans in contact with new reservoirs of infection. "

  WHAT TO DO?

OUR SURVIVAL IS AT RISK

 Without prejudice to the fact that every citizen should have greater respect for the environment, it inevitably concludes that it is necessary to tackle and solve potentially destructive phenomena at the root such as:

 DEFORESTATION,

WARS,

CLIMATE HEATING,

INTENSIVE FARMING WHICH ALSO CAUSE HUGE SUFFERING FOR ANIMALS,

THE PRESENCE OF FABULOUS ENVIRONMENTS,

ALL FACTORS THAT GENERATE VIRUSES.

Finally, Dorothy Crowford raises another controversial issue. «Over the last century, - he says - the introduction of health security measures, advanced medicine and vaccination has avoided many deaths, and now the balance is disturbed again, and we are facing a population explosion. The population has reached six billion individuals, and this figure is rapidly increasing. As a result, we are forced to colonize new territories, be it the Australian outback, the South American pampas or the African rainforest. All places where we will encounter new viruses and fall victim to new, terrible diseases. Perhaps, the key could be demographic control ».

A crucial question that scientists cannot responsibly evade for long.

But the question involves us all, because we all ask ourselves whether, faced with the negative consequences of the increase in population and therefore of the consumption, of pollution and all that negative man causes our planet, a demographic control is in some way an inevitable necessity.

 

 

                                                                                     Caretto Gino

                                                                                     Fossati Pasquale

                                                                                     Modafferi Antonia

                                                                                     Occhipinti Giovanni

                                                                                     Perrone Isabella

 P.S. The data of this article were taken from the essays by Guido Silvestri "Il virus buono" 2019 and by Dorothy Crowford "Il nemico invisibile" 2002. We think that the considerations set out are now in the minds of most European and Western  citizens. The images were taken, logically from the Internet. Since this Blog is not for profit, I hope that nobody will ask me for Copyright rights.

Our task was to make a collage and remind everyone what we often forget or overshadow due to the busy life: