Pubblicato il 24 agosto 2023 sulla rivista scientifica Plos One, un nuovo studio, italiano, condotto dal professor Giorgio Palù, virologo di fama internazionale e Presidente della Agenzia Italiana del Farmaco (Aifa), con  Pier Francesco Roggero  e Arianna Calistri del Dipartimento  di Medicina  Molecolare  della Università di Padova. La ricerca  applica la teoria del caos  per spiegare la evoluzione  di SARS-CoV-2, agente eziologico  della recente pandemia  COVID-19 e la confronta  con quella di altri coronavirus che hanno di recente  colpito l’uomo (Coronavirus SARS-CoV-1 e MERS-CoV)  e di Ebolavirus, proponendo  una nuova prospettiva  sulla evoluzione  dei virus emergenti. Il lavoro si intitola:  “The  chaos law is  a principal  driver  of  natural  selection: A proposition on the  evolution  of  recently emerged  coronaviruses” (La legge del caos è uno dei principali motori  della selezione naturale: una proposta sulla evoluzione dei coronavirus, recentemente emersi).

La teoria del caos è progredita come una branca della matematica ed afferma che all’interno dell’apparente casualità di sistemi naturali complessi, ci sono dei precisi modelli  sottostanti  che sono in grado  di spiegare  le variazioni intervenute  nei sistemi stessi, quasi  ad ipotizzare un percorso evolutivo predeterminato.

La scoperta che la legge del caos si applica anche ai virus ha evidenti ricadute di sanità pubblica per quanto riguarda il controllo di future emergenze epidemico-pandemiche – ha affermato il professor Palù. Essa, inoltre, può contribuire ad allargare le prospettive sulla evoluzione genetica e la biologia dei sistemi correlate allo studio dei virus, delle popolazioni microbiche e degli ecosistemi  che impattano  sulla vita dell’uomo e del pianeta.

La capacità riproduttiva  misurata per le diverse  varianti  di SARS-CoV-2  (dal prototipo Wuhan a Omicron) dimostra  che l’evoluzione  del virus  non dipende dal caso, ma  da una crescita caotica  nella sua fase iniziale di espansione (Wuhan-Alfa) legata  alle caratteristiche  genetiche iniziali del virus.

Durante l’adattamento all’uomo, inoltre, un numero ridotto  di mutazioni su un genoma  di 30.000  basi, con  molte mutazioni  identiche per tutte le varianti è in grado  di modificare  la contagiosità e la letalità  del coronavirus.

Se le mutazioni dipendessero dal caso,  allora non sarebbero più mutazioni fisse  e la probabilità  che compaiano in tutte  le varianti sarebbe praticamente zero.  Va sottolineato come  la crescita caotica  sia evidente solo  nella fase iniziale  di espansione  pandemica  di SARS-CoV-2  - ha proseguito il professor Palù  - Il fatto  che altri virus  altamente diffusivi  e letali,  ma non pandemici,  quali i coronavirus  SARS-CoV-1  e MERS-CoV  e Ebolavirus  non abbiano  questo comportamento,  fa pensare  che una crescita iniziale  caotica  sia il  pre-requisito  necessario  che garantisca  ad un virus  emergente  l’intrinseca  capacità  di diventare pandemico.

Una breve sintesi della ricerca

La legge del caos è uno dei principali motori della selezione  naturale: una proposta sull’evoluzione dei coronavirus recentemente emersi

Pier Francesco  Roggero, Arianna Calistri, Giorgio Palù

Proponiamo  che i virus   che emergono  nella popolazione umana  subiscano  una evoluzione  condizionata  dalle regole del caos.  I  nostri dati  supportano l’idea  che il tasso di crescita  iniziale “r”  influisce  sulle possibilità  del virus  di stabilire una relazione  duratura  con il nuovo ospite. Infatti, un virus emergente è in grado di diffondersi  ed adattarsi solo quando  mostra un  r (tasso di crescita) iniziale che rientra  in un intervallo francamente  associato ad una crescita caotica.

Il caos insito nell’ambiente  rappresenterebbe  il primo motore  della evoluzione  che porterebbe  all’emergere  di mutazioni  che verranno selezionate  secondo  il criterio  della vantaggiosità. La specie si adatterà  progressivamente  all’ambiente  fino al raggiungimento  di un equilibrio che viene perturbato  quando si verifica  un nuovo cambiamento, ancora una volta  a causa  del caos  intrinseco dell’ambiente. Il caos stesso sarebbe  guidato  da una  entità attrattore  che presiede  alla evoluzione, non rappresentando, quindi,  pura casualità.

Per  supportare  l’affermazione  che il caos  è  il padrone  della evoluzione,  abbiamo adottato  i virus come modello  poiché  sono  entità  biologiche  più semplici  e più inclini  a mutare. In particolare, abbiamo  considerato i coronavirus  recentemente emersi, ovvero la pandemia  della sindrome respiratoria acuta  grave  CoronaVirus - 2 (SARS-CoV-2),  l’agente eziologico  di Covid-19, nonché  la SARS-CoV-1  e la sindrome respiratoria  del Medio Oriente  (MERS)-CoV). Questi  virus, sono particolarmente  interessanti  da studiare e confrontare,  in termini  di mutazione, evoluzione ed adattamento, poiché  possiedono  il genoma  più grande  tra i ribovirus e condividono  una origine zoonotica comune. Inoltre,  tutti i parametri  epidemiologici  sono disponibili  per questi coronavirus  poiché sono diventati  patogeni  umani  negli ultimi anni e sono stati tutti classificati  come emergenze sanitarie  pubbliche  di interesse internazionale (PHEIC).

Un approccio  a livello cellulare non sarebbe fattibile  poiché sarebbe vincolato  dal modello  cellulare utilizzato e inevitabilmente  non riuscirebbe  a fornire un quadro reale dell’intero fenomeno, cosi come si verifica in vivo. Quando questi virus  si replicano, si verificano  mutazioni casuali che possono essere vantaggiose o sfavorevoli. Se sono vantaggiose aumentando ad esempio  la capacità  del virus  di entrare nelle cellule bersaglio  o di eludere  la risposta immunitaria, come  le mutazioni strettamente  localizzate  nella regione RED della proteina S di SARS-CoV-2, il virus mutante  prenderà il posto  del ceppo parentale  di tipo selvatico e questo, alla fine scomparirà. Le mutazioni tendono  a convergere  in regioni specifiche  del genoma, poichè vengono mantenuti e trasmessi alla progenie  solo i cambiamenti favorevoli che garantiscono  la sopravvivenza  virale. Infatti, a causa della loro natura  di parassiti intracellulari  obbligati,  i virus  coevolvono  con le cellule ospiti  per adattarsi  e persistere  il più a lungo possibile  nella loro nicchia ecologica. In conclusione, due condizioni  determinano  le caratteristiche virali: 1) l’emergere di mutazioni  casuali; 2) il tempo di coevoluzione  con l’ospite. Le mutazioni  verranno trasmesse  se aumentano la probabilità  che il virus venga mantenuto  nella popolazione ospite.