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Saranno disponibili FIALE CONTENENTI UN POSSIBILE VACCINO contro l'AIDS, in attesa di essere sperimentate in trial clinici sull'uomo. in tempi brevi? di Carol Ezzell VACCINI PER L Ni essuno credeva che fosse così difficile. Quando nel 1984 fu identifica- to l'HIV, il virus che provoca l'AIDS, Margaret M. Heckler, che all'epoca era segretario dello US Department of Health and Human Services, fe- ce una previsione: un vaccino in grado di proteggere da questo terribi- le flagello sarebbe stato disponibile di lì a un paio d'anni. Magari tutto fosse filato liscio! Dopo quasi vent'anni di pandemia, nel mondo ci sono 40 milioni di sieropositivi; lo scorso anno si sono avuti tre milioni di morti per AIDS. Nonostante siano attualmente in fase di sperimentazione clinica diversi potenziali vaccini contro l'AIDS, finora nessuno di essi ha mantenuto le promesse ini- ziali. Più di una volta i ricercatori hanno ottenuto risultati preliminari promettenti, che però si sono rivelati ben presto una bolla di sapone. Fino a un paio di anni fa, parlando in privato, i ricercatori che si occupano di AIDS ammettevano di nutrire seri dubbi sulla possibilità di vedere, in tempi ragionevoli, un vaccino anche solo parzialmente protet- tivo contro questa malattia. Da allora non si sono verificati progressi sbalorditivi, ma un flusso continuo di dati incoraggianti sta riportando l'ottimismo anche fra i più sfiducia- ti cercatori di un vaccino anti-AIDS. LE SCIENZE 40?! luglio 2002 Dopo aver brancolato nel buio per più prossimo settembre in Thailandia. Tutta- che, una volta indotta da un vaccino, do- LE CIFRE DELL'AIDS NEL MONDO di un decennio i ricercatori ne stanno via sono pronti a entrare in scena diversi vrebbe proteggere un individuo dall'infe- uscendo malconci, ma non sconfitti, metodi innovativi, che stanno attirando zione. Ma si sono ritrovati sempre con ri- pronti a colpire in nuove direzioni. «È l'attenzione dell'intera comunità scientifi- sultati inconcludenti, e quindi non pos- a maggior parte dei 40 milioni di individui sieropositivi del chiamati cladi. Nonostante sia possibile trovare più di un un'epoca feconda per chi studia i vaccini ca che si occupa di HIV. siedono alcuna indicazione che li possa contro l'AIDS» osserva Gregg Gonsalves, Queste strategie stanno riaccendendo guidare nella ricerca di un vaccino per Lmondo vive nell'Africa subsahariana e nel Sud-Est clade in ogni singola regione, la mappa mette in evidenza direttore per il trattamento e il sostegno la disputa relativa alle modalità di azione l'AIDS. «Stiamo cercando di stimolare asiatico, come mostra l'illustrazione, basata sui dati del Joint quali sono i principali cladi che interessano le diverse aree. I alla prevenzione dell'associazione Gay di un vaccino anti-AIDS: per funzionare una risposta immunitaria che non esiste United Nations Program on HIV/AIDS, relativi al 2001. confini fra le regioni in cui ogni clade è più diffuso non sono Men's Health Crisis di New York. «Credo davvero, dovrebbe indurre una risposta in natura» ammette Max Essex della Har- Esistono cinque ceppi principali di HIV, che vengono anche precisi e cambiano spesso. che sia ormai iniziato il secondo atto.» immunitaria che impedisca completa- vard School of Public Health.11 risultato è In uno spettacolo teatrale, il primo atto mente all'HIV di colonizzare le cellule di che le ricerche di un vaccino si sono svi- serve a introdurre i personaggi e a defini- un individuo, oppure potrebbe essere ac- luppate in maniera troppo dispersiva. re la scena; il secondo approfondisce il cettabile anche un vaccino che non rag- Per dimostrarsi efficace, un potenziale tema e dà inizio all'azione vera e propria. giungesse totalmente un simile obiettivo? vaccino contro l'AIDS deve superare tre 11 primo atto della ricerca su un vaccino Alcuni scienziati ritengono potenzial- fasi di sperimentazione nell'uomo. Nella contro l'AIDS ha visto il debutto dell'atto- mente validi vaccini in grado di indurre sperimentazione di fase I, i ricercatori re protagonista, l'HIV, uno dei primi re- lo stesso tipo di risposte immunitarie che somministrano il vaccino a decine di per- trovirus a essere riconosciuto responsabi- entrano in gioco non appena un virus si è sone per verificarne l'assenza di tossicità le di una grave malattia umana. A diffe- insediato nelle cellule: simili vaccini, ini- e determinarne il dosaggio appropriato. renza degli altri agenti virali, i retrovirus bendo la replicazione virale più efficace- La fase II coinvolge centinaia di persone e inseriscono il loro corredo genetico in mente rispetto alle risposte naturali del- mira a verificare più precisamente l'im- CLADI PREVALENTI quello delle cellule che infettano, trasfor- l'organismo, potrebbero almeno aiutare a munogenicità del composto, cioè la sua DI HIV mando i propri geni in una componente prolungare la vita delle persone sieroposi- capacità di indurre una risposta immuni- • CLADE A • permanente dell'ospite e dei suoi discen- tive, ritardando l'inizio della fase sinto- taria. Durante la fase IR il potenziale vac- \E CLADE B denti cellulari. Inoltre i retrovirus si ripro- matica dell'AIDS. cino viene somministrato a migliaia di CLADE C ducono rapidamente e in maniera impre- All'inizio degli anni novanta, molti volontari, che sono seguiti a lungo per • CLADE D \ I cisa, consentendo la comparsa di nuove scienziati pensavano di riuscire a indivi- vedere se esso riesce a proteggerli dall'in- CLADE E mutazioni che permettono al virus di duare la migliore strategia vaccinale per fezione. Nel caso dell'AIDS i trial clinici • ALTRO \ MONDO cambiare la propria identità e di sottrarsi prevenire l'AIDS studiando i cosiddetti presentano una difficoltà particolare, de- D NESSUNA INFORMAZIONE Numero totale di individui infettati: 40 milioni così al sistema immunitario o ai farmaci long-term nonprogressor, ossia persone terminata da un apparente controsenso: i DISPONIBILE Individui contagiati di recente (nel 2001): 5 milioni antiretrovirali. che sembravano ospitare nell'organismo soggetti che ricevono il vaccino devono Numero di decessi: (nel 2001): 3 milioni Il primo atto ha acceso i riflettori an- il virus da un decennio o più, ma che non anche essere istruiti su come ridurre la che sugli antagonisti dell'HIV - le risposte si erano ancora ammalate di AIDS. Pur- probabilità di infezione. Per esempio, immunitarie dell'organismo - che com- troppo, anche molti nonprogressor hanno, vengono esortati a usare profflattici o, nel prendono anticorpi (molecole a forma di alla fine, manifestato la malattia. La chia- caso di individui che facciano uso di dro- 1 3 5 9 Y che si legano ad agenti invasori come i AFRICA SUBSAHARIANA AMERICA LATINA EUROPA ORIENTALE/ 7 EUROPA OCCIDENTALE ISOLE CARAIBICHE virus, etichettandoli per favorirne la di- Numero totale di individui Numero totale di individui ASIA CENTRALE Numero totale di individui Numero totale di individui infettati: 28.100.000 infettati: 1.400.000 Numero totale di individui infettati: 560.000 infettati: 420.000 struzione) e i linfociti T citotossici, o cel- Individui contagiati di Individui contagiati di infettati: 1.000.000 Individui contagiati di Individui contagiati di lule killer (leucociti che hanno il compito Alla fine di quest'anno saranno disponibili i risultati finali del primo test a larga recente: 3.400.000 recente: 130.000 Individui contagiati di recente: 30.000 recente: 60.000 di distruggere le cellule infettate dai vi- scala che utilizza un potenziale vaccino contro l'AIDS, ma pochi scienziati sono Numero di decessi: Numero di decessi: 80.000 recente: 250.000 Numero di decessi: 6.800 Numero di decessi: 30.000 rus). Per diversi anni dopo l'infezione il ottimisti sulla sua efficacia. 2.300.000 4 Numero di decessi: 23.000 8 10 sistema immunitario combatte strenua- ASIA ORIENTALE/ISOLE DEL NORDAFRICA/ AUSTRALIA mente contro l'HIV, schierando milioni di E- Oggi si sta cercando di produrre possibili vaccini contro l'AIDS che riescano a 2 ASIA DEL SUD/SUD-EST PACIFICO 6 AMERICA DEL NORD MEDIO ORIENTE E NUOVA ZELANDA stimolare entrambe le risposte immunitarie: quella cellulare e quella anticorpale. Numero totale di individui Numero totale di individui Numero totale di individui Numero totale di individui Numero totale di individui linfociti T citotossici contro i miliardi di particelle virali che vengono liberate ogni • Esistono cinque sottotipi principali di HIV, chiamati cladi. Gli scienziati stanno infettati: 6.100.000 infettati: 1.000.000 infettati: 940.000 infettati: 440.000 infettati: 15.000 Individui contagiati di Individui contagiati di Individui contagiati di Individui contagiati di Individui contagiati di giorno dalle cellule infettate. Inoltre, al- discutendo se sia importante mettere a punto vaccini che tengano conto della recente: 800.000 recente: 270.000 recente: 45.000 recente: 80.000 recente: 500 meno in una fase precoce dell'infezione distribuzione geografica del virus, basati sul clade prevalente in una certa regione. Numero di decessi: 400.000 Numero di decessi: 35.000 Numero di decessi: 20.000 Numero di decessi: 30.000 Numero di decessi: 120 virale, il sistema immunitario dispiega eserciti di anticorpi che hanno come ber- saglio sebbene tali molecole si rive- ve della loro relativa longevità sembra ghe per via endovenosa, a utilizzare solo qualora il virus riesca a penetrare nel- ché solitamente la gp120 si presenta sotto brano incoraggianti. Lo scorso ottobre, lino spesso relativamente inefficaci con- fosse «un virus indebolito e/o un sistema aghi sterili, perché l'HIV si trasmette sia l'organismo. Questo vaccino, che viene forma di trimeri molecolari adesi alla su- una commissione di valutazione indipen- tro un simile nemico. immunitario molto forte» dice John P. per contatto sessuale sia per via ematica. prodotto dalla VaxGen di Brisbane, in perficie del virus, mentre il vaccino di dente ha effettuato un'analisi preliminare Quando si alza il sipario all'inizio del Moore del Weill Medical College della E tuttavia, lo studio produrrà risultati solo California - un'emanazione della ten- quest'azienda utilizza tale molecola nella sui risultati euro-americani: nonostante secondo atto, l'HIV è ancora padrone del- Cornell University. In altre parole, costoro se alcune persone non daranno retta ai tacolare e potente Genentech di South sua forma monomerica, o singola. Per di l'indagine sia stata svolta principalmente la scena. I risultati del primo trial clinico a sono stati abbastanza fortunati da aver consigli e si esporranno al contagio. San Francisco - è attualmente in fase di più, i vaccini composti esclusivamente da per accertare l'assenza di pericolosi effetti larga scala ideato per valutare l'efficacia incontrato una forma di HIV a replicazio- 11 primo potenziale vaccino ad aver sperimentazione su oltre 5400 indivi- frazioni proteiche inducono solo una ri- collaterali a opera del vaccino sui volon- di un vaccino contro l'HIV dovrebbero ne lenta, in un momento in cui il loro or- raggiunto la sperimentazione di fase ifi è dui (per la maggior parte omosessuali sposta anticorpale - chiamata anche tari, i revisori erano autorizzati a solleci- essere pubblicati alla fine di quest'anno, ganismo possedeva le risorse per tenerlo costituito dalla gp120, la proteina che maschi) nordamericani ed europei, e su umorale - senza stimolare sensibilmente tare la sospensione precoce del trial qua- ma ben pochi scienziati sono ottimisti al in scacco. sporge dall'involucro esterno dell'HIV e circa 2500 tossicodipendenti da droghe la risposta cellulare del sistema immuni- lora il vaccino dimostrasse una certa effi- riguardo, perché un'analisi preliminare che il virus utilizza per legarsi alla su- iniettabili nel Sud-est asiatico. Si preve- tario, che comporta l'attività dei linfociti cacia. Ma non ce n'è stato bisogno. dei dati sembra indicare che tale vaccino Introvabile in natura? perficie delle cellule e infettarle: la pre- de che i risultati di questa sperimenta- T citotossici. È sempre più diffusa la con- Dal canto suo, la VaxGen sostiene che abbia effetti assai modesti. Nel frattempo, senza della gp120 nel sangue dovrebbe, zione congiunta, che ha avuto inizio nel vinzione che una risposta anticorpale da richiederà alla Food and Drug Admini- divampa la polemica attorno a un gigan- Gli immunologi che cercano di produr- almeno in teoria, attivare il sistema im- 1998, siano pubblicati verso la fine di sola non sia sufficiente: per prevenire stration l'autorizzazione alla vendita, te: il trial clinico finanziato dal governo re vaccini contro l'AIDS combattono da munitario del ricevente, inducendolo a quest'anno. l'AIDS è necessario attivare anche una anche se i trial di fase III dimostreranno degli Stati Uniti riguardante un altro po- decenni per individuare quella magica organizzare rapidamente una risposta Molti ricercatori, tuttavia, sono assai forte risposta cellulare. che il vaccino riduce la probabilità indi- tenziale vaccino, che dovrebbe iniziare il combinazione di risposte immunitarie mirata nei confronti di questa proteina scettici sull'approccio della VaxGen, per- Infatti, i risultati preliminari non sem- viduale di infezione appena del 30 per 32 LE SCIENZE 40?! luglio 2002 www.lescienze.it 33 UNA STRATEGIA VACCINALE CONTRO L'AIDS cento. Il presidente e cofondatore dell'a- no del 30 per cento dei volontari produ- inutile) risposta umorale, assieme a una zienda, Donald P. Francis, sottolinea co- ceva linfociti T citotossici contro 1111V, ha risposta cellulare decisamente più intensa me, nonostante il primo vaccino antipo- rinunciato alla sperimentazione. E duran- (si veda l'illustrazione nella pagina a I a strategia immunologica che la Merck sta sperimentando la proteina del core dell'HIV, gag, e da attivare la risposta cellulare ho messo a punto da Jonas Salk nel 1954 te un colpo di mano burocratico verifica- fronte). Emini e i suoi colleghi hanno rife- Li—prevede l'inoculazione iniziale di un vaccino a DNA nudo cui fa del sistema immunitario, che impiega i linfociti T citotossici per mostrasse un'efficacia del 60 per cento tosi lo scorso gennaio, la Casa Bianca ha rito che il 42 per cento dei volontari che seguito, alcuni mesi più tardi, un'iniezione di richiamo di un distruggere le cellule infettate dal virus. Il vaccino a base di DNA appena, esso abbia tuttavia ridotto rapi- trasferito al NIAID i finanziamenti desti- hanno ricevuto la dose più elevata del adenovirus geneticamente modificato. Questi agenti sono nudo induce anche la produzione di molecole di anticorpi contro damente e drasticamente l'incidenza di nati al trial del Department of Defense, vaccino a base di DNA nudo ha poi pro- questa malattia. nell'ambito di un'iniziativa volta a rende- dotto linfociti T citotossici capaci di ag- strutturati in modo da suscitare una risposta immunitaria contro gag, che però non si rivelano molto utili nel combattere il virus. Tuttavia questa strategia potrebbe es- re più dinamica la ricerca sull'AIDS. gredire le cellule infettate dall'HIV. sere controproducente se le persone cui Peggy Johnston, vicedirettore della se- 11 secondo trial impiega il gene gag del- INIEZIONE INIZIALE Muscolo venisse somministrato un vaccino contro zione vaccini contro l'AIDS del NIAID, donato all'interno di un adenovirus l'AIDS solo parzialmente efficace si rite- afferma di attendersi la sperimentazione - una specie virale che provoca molti co- nessero protette dall'infezione e si abban- del vaccino entro breve tempo, ma sotto- mimi raffreddori - inattivato. Questo ade- — donassero a comportamenti a rischio. Ka- linea che «si tratterà di un trial thailande- novirus modificato trasporta all'interno Core Viene iniettato Genegag Nucleo ren M. Kuntz ed Elizabeth Bogard della se; non ci sarà di certo nessuno dei nostri delle cellule il gene gag, il quale poi pro- virale il vaccino a base (codifica per Harvard School of Public Health hanno [del NIAID] durante la sperimentazione». duce la proteina del core dell'HIV, susci- di DNA nudo una proteina messo a punto un modello matematico I critici additano tutte queste macchi- tando una risposta immunitaria modulata del core virale) Citoplasma che simula i potenziali effetti di un simile nazioni come esempio di un'ingerenza su di essa. Emini ha spiegato alla platea Virus dell'immunodeficienza N vaccino all'interno di un gruppo di tossi- politica che rischia di ostacolare i pro- che il 44-67 per cento degli individui a umana (HIV) codipendenti thailandesi. In base al loro gressi nella lotta contro l'AIDS. «Non c'è cui era stato inoculato il vaccino a base di 2 modello, un vaccino che fosse efficace al nulla di scientifico in gioco» in questo adenovirus aveva poi prodotto una rispo- Il DNA nudo viene assunto 30 per cento non rallenterebbe la diffu- trial, afferma uno degli scettici, il quale si sta immunitaria cellulare, di intensità va- dal tessuto muscolare sione dell'AIDS all'interno di una comu- chiede come mai i Thailandesi non si riabile a seconda della dose ricevuta e del e dalle cosiddette cellule che INIEZIONE DI RICHIAMO, nità se il 90 per cento delle persone cui pongano la domanda: «Se non soddisfa tempo trascorso dall'iniezione. presentano l'antigene (APC) ALCUNI MESI DOPO fosse somministrato riprendesse la vec- gli Stati Uniti, come mai va bene per La Merck sta ora iniziando a sperimen- APC chia abitudine di condividere aghi usati o noi?». Altri detrattori sottolineano che il tare una combinazione dei due vaccini il ArV 3 Proteina di usare aghi non sterili; perché la ripresa trial, che è stato messo a punto dal De- DNA nudo e l'adenovirus, poiché Emini Le APC producono la proteina gag di tale comportamento a rischio non an- partment of Defense, fornirà solamente prevede che possano funzionare meglio gag, la tagliano e ne nulli il beneficio a livello di salute pubbli- risposte relative all'efficacia del vaccino, se somministrati come parte dello stesso presentano i frammenti alle cellule APC del sistema immunitario, che comunicano fra loro per mezzo Verso la fine di quest'anno dovrebbero essere pubblicati i risultati di molecole chiamate citochine 1 RISPOSTA del primo trial a t.. de con un vaccino anti-AIDS RISPOSTA IMMUNITARIA IMMUNITARIA DI TIPO CELLULARE DI TIPO Frammenti Frammento 4 di proteina gag UMORALE ca, il vaccino dovrebbe essere efficace al- ma non produrrà alcun dato che gli protocollo profilattico. «L'idea» spiega lo cLiitnofotocsitsai cTo inattivo di proteina gag Linfocita T Linfocita T meno al 75 per cento. scienziati potranno utilizzare per spiegar- scienziato «non è tanto che il vaccino a citotossico inattivo helper (C04) Anche lo studio assai controverso che ne il probabile fallimento. DNA possa risultare efficace di per sé ma, sta per avere inizio in Thailandia fa parte piuttosto, che possa funzionare come indi un trial di fase ifi a larga scala che nesco per il sistema immunitario»; inne- Una protezione parziale coinvolge 16.000 persone. Esso combina sco a cui deve seguire, alcuni mesi dopo, Linfocita T citotossico attivato il vaccino della VaxGen con un virus ca- A questo punto entra in scena la una seconda iniezione rinforzante di vac- narypox in cui sono stati inseriti i geni Merck, che sta terminando due sperimen- cino adenovirale. Un ostacolo da tenere L,,,,----- - •• i • che codificano per la gp120 assieme a tazioni indipendenti di fase I con due di- in considerazione è che la maggior parte 05iit quelli per altre due proteine: una che co- versi potenziali vaccini; l'azienda ha an- delle persone si è ammalata di raffreddori 5 Un'iniezione successiva di adenovirus ‘ip-',-. •.g) stituisce il core del virus, e l'altra che gli che iniziato a sperimentarli assieme. Lo causati da adenovirus: di conseguenza, il ,.., consente di riprodursi. Poiché questo ca- scorso febbraio, Emilio A. Emini, vicepre- sistema immunitario di tali individui sa- riattiva la risposta immunitaria cellulare Linfocita B naryvirus geneticamente modificato (pro- sidente del settore di ricerca sui vaccini rebbe già dotato di un arsenale attrezzato, attivato Le citochine, assieme dotto a Lione, in Francia, nel quartier ge- alla Merck, ha suscitato entusiasmo tra in grado di spazzar via il vaccino adeno- 4'alla proteina gag, attivano nerale della Aventis Pasteur) penetra nel- gli scienziati che partecipavano alla Ninth virale prima che questo abbia la possibile cellule del sistema immunitario le cellule e le induce a esporre sulla pro- Conference on Retroviruses and Opportu- lità di introdurre nelle cellule i geni del- che uccidono le cellule infettate pria superficie frammenti di HIV, si può nistic Infections di Seattle presentando i l'HIV, stimolando così l'immunità anti- o producono anticorpi avere l'effetto di stimolare la risposta cel- dati preliminari che l'azienda ha ottenuto AIDS. Un modo per aggirare l'ostacolo lulare del sistema immunitario. nei due trial. potrebbe essere quello di aumentare la Dispute di natura politica e dubbi sul La prima sperimentazione riguarda un dose di vaccino adenovirale. valore scientifico di questo vaccino ne potenziale vaccino composto solamente Emini afferma che il suo gruppo di ri- hanno però rallentato la sperimentazione dal gene gag dell'HIV, che codifica per la cerca si sta focalizzando sull'immunità ad ampia scala. Inizialmente, il National proteina del core. Questo vaccino viene cellulare, anche per i deludenti risultati Anticorpi Institute of Allergy and Infectious Disea- somministrato sotto forma di DNA nudo ottenuti finora con i vaccini ideati per ses (NIAID) e il Department of Defense (così chiamato poiché è composto esclusi- scatenare le risposte umorali. «Gli anti- avrebbero dovuto eseguire duplicati di vamente da DNA). Le cellule introducono corpi continuano a essere un problema» questa sperimentazione. Ma il NIAID, do- il gene e lo utilizzano come stampo per ammette lo scienziato. «Conosciamo un po che l'analisi dei dati ottenuti da uno produrre la proteina virale, che a sua vol- piccolo numero di anticorpi ragionevol- studio di fase II aveva dimostrato che me- ta stimola una debole (e probabilmente mente efficaci isolati da individui siero- 3 5 www.lescienze.it NOVITÀ LE MAGLIETTE positivi, ma non siamo ancora riusciti a CD4 - la molecola che funge da recettore nella sperimentazione di un vaccino che capire in che modo generarli usando un sulle cellule immunitarie - fino all'ultimo viene messo a punto per funzionare sola- vaccino.» nanosecondo, quando si apre di scatto mente negli Stati Uniti o in Europa. I test LE SCIENZE Lawrence Corey del Fred Hutchinson come un coltello a serramanico. Un modo della VaxGen in Thailandia si basano su Cancer Research Center di Seattle è d'ac- per superare questo problema, proposto una combinazione dei dadi B ed E, e lo cordo: «L'ideale sarebbe attivare entrambi in un articolo pubblicato tre anni fa su scorso aprile l'International AIDS Vaccine i tipi di risposta, cellulare e umorale, ma il «Science» da Jack. H. Nunberg e colleghi Initiative ha esteso i test per un vaccino progresso maggiore è stato riuscire a sti- dell'Università del Montana, potrebbe es- basato sul clade A anche in Kenya, dove molare una risposta cellulare» dice Corey, sere quello di produrre vaccini a base di questo sottotipo è presente. che dirige le ricerche finanziate con fondi molecole di gp120 in precedenza esposte Tuttavia, in gennaio Malegapuru Wil- federali dell'HIV Vaccine Trials Network. alla CD4, e perciò già aperte completa- liam Makgoba e Nandipha Solomon, del Tuttavia anche gli anticorpi sono im- mente. Tuttavia questi risultati sono, se- Medical Research Council of South Afri- portanti, perché rappresentano la prima condo Corey, «difficili da riprodurre», co- ca, assieme a Timothy Johan Paul Tucker linea difensiva del sistema immunitario e sa che ha scoraggiato i ricercatori. della South African AIDS Vaccine Initia- si ritiene siano l'elemento chiave per pre- Un altro possibile ostacolo sulla strada rive, hanno scritto sul «British Medical venire il contatto dei virus con le cellule. di un vaccino che stimoli anticorpi anti- Journal» che l'importanza dei vari sottoti- Pirr-1"r72Co"naZ [ E=h Corey sostiene che i vaccini ideati princi- IIIV efficaci è dato dalla varietà dei sotto- pi dell'HIV non è «ancora del tutto chia- palmente per evocare un'immunità cellu- tipi di HIV, o dadi, che interessano diver- ra». Nell'articolo, gli scienziati sostengono lare (come quello della Merck) probabil- se regioni del mondo. Esistono cinque che i dadi «hanno acquisito una rilevanza mente non sono in grado di prevenire sottotipi principali, chiamati con le lettere politica e nazionale che potrebbe interfe- l'infezione, ma dovrebbero fornire un dell'alfabeto dalla A alla E (si veda l'illu- rire con importanti trial internazionali vantaggio nella lotta al virus nel caso una strazione a pagina 33). Nonostante il da- sull'efficacia». persona venga infettata. «Invece di am- de B sia il ceppo predominante in Ameri- I primi dati ottenuti dai trial con i vac- malarsi di AIDS in 8 anni, questi individui ca Settentrionale e in Europa, la maggior cini della Merck sembrano indicare che, ne manifesterebbero i sintomi solo dopo parte dell'Africa subsahariana - la regio- per quanto riguarda l'immunità cellulare, 25 anni» prevede. Ma, aggiunge, non è ne del pianeta colpita più drammatica- le differenze fra i dadi sfumano. Alla chiaro se un vaccino che sia solamente in mente - mostra una prevalenza del clade Conferenza sui retrovirus tenutasi lo scor- grado di rallentare la progressione della C, mentre i sottotipi principalmente re- so febbraio, Emini ha riferito che i linfoci- malattia riuscirebbe a bloccare la pande- sponsabili dell'AIDS nell'Asia del sud e ti killer di 10 dei 13 pazienti che avevano mia di AIDS, perché gli individui infettati del sud-est - la seconda regione più colpi- ricevuto un vaccino a base di clade B rea- più diamo la caccia ai quanti, pi ù si nascondono sarebbero comunque in grado di conta- ta dalla malattia - sono quelli B, C ed E. givano nei test di laboratorio anche con giare altre persone, nonostante il basso ti- Diversi studi indicano che gli anticorpi le proteine virali del clade A o C. «Non [E hv tolo virale presente nel loro sangue. che riconoscono i virus dell'AIDS appar- possiamo escludere che si verifichi una Ma trovare un modo per indurre la tenenti a un sottotipo potrebbero non le- significativa reazione crociata fra dadi» produzione di anticorpi in grado di neu- garsi a quelli di altri sottotipi: un vaccino nella risposta cellulare, afferma Emini, tralizzare il virus dell'HIV è estremamente diretto contro il ceppo rinvenuto negli «ma questa considerazione non vale per problematico, per diverse ragioni. Innan- Stati Uniti potrebbe non essere in grado gli anticorpi». Corey concorda sul fatto zitutto, la capacità del virus di modificare di proteggere, per esempio, la popolazio- che la variabilità dei dadi «possa forse avere un ruolo molto, ma molto meno Con una frase importante del previsto» per le cellule kil- e un'equazione «Stiamo cercando di stimolare una risposta ler rispetto agli anticorpi, perché la maggior parte dei linfociti T citotossici rico- che hanno segnato nosce regioni dell'HIV che sono identiche imr aria che non si trova in natura» la storia della scienza, da clade a clade. Johnston dei NIAID ipotizza che una si inaugura Max Essex, Harvard School of Public Health soluzione potrebbe essere quella di usare Il IL4jIILL_ tutti e cinque i dadi in ogni vaccino. La Chiron di Emeryville, in California, sta il proprio assetto molecolare gli permette ne del Sudafrica. Tuttavia, gli scienziati L'AUTRICE colari ma, dice Essex, «finché non lo sap- mettendo a punto un vaccino multiclade, dedicate a frasi, di prevenire sempre le risposte immunita- non sono d'accordo sul significato delle piamo, è importante che vengano utiliz- che è nelle prime fasi dei trial clinici. Tut- rie. «Ciò che distingue PRIV da tutti gli al- differenze fra i sottotipi, e sul fatto che in CAROL EZZELL è giornalista scientifi- zati vaccini contro sottotipi specifici». tavia, osserva Johnston, un simile ap- enunciati tri virus umani è la sua capacità di muta- ogni paese debbano essere sperimentati ca e fa parte della redazione di Il fatto di utilizzare il clade locale evita proccio potrebbe rivelarsi eccessivo: po- ed equazioni re così velocemente» afferma Essex. «Non solo i ceppi che corrispondono al sottoti- «Scientific American». l'impressione che le persone dei paesi in trebbe accadere che vengano riconosciute appena si riesce a produrre un anticorpo po più diffuso localmente. Essex, che si via di sviluppo siano usate come cavie solo le proteine appartenenti a un clade «e celebri neutralizzante contro una certa forma vista organizzando per condurre, alla fine che le altre proteine siano sprecate», am- dei più grandi rale, questa non è già più quella che il pa- di quest'anno in Botswana, test di fase I BIBLIOGRAFIA monisce la ricercatrice. ziente ha nell'organismo.» per un vaccino modulato sul sottotipo C, Qualunque sia l'esito del problema dei scienziati I vaccini che impiegano una molecola sostiene che si dovrebbero provare vacci- VASTAG BRIAN, HIV Vaccine Efforts Inch Forward, in «Journal ofthe American Medical Asso- dadi, Moore del Weill Medical College del nostro tempo ovvia come la gp120 - come abbiamo ni che utilizzino esclusivamente il sottoti- ciation», 286, n. 15, 17 ottobre 2001. confessa di essere, assieme ai suoi colle- detto, la proteina che il virus utilizza per po più diffuso nelle popolazioni in esame, Per una panoramica delle ricerche sui vaccini contro l'AIDS, si può consultare il sito: ghi, molto più ottimista di qualche anno invadere le cellule del sistema immunita- a meno di non poter escludere con certez- www.niaid.nih.gov/daids/vaccine/default.htm fa sulla possibilità di riuscire, prima o poi, rio - non hanno funzionato probabilmen- za la possibilità di una reazione crociata Una visione globale sulla pandemia di AIDS e sulla necessità di trovare un vaccino si trova a mettere a punto un vaccino per l'AIDS IGC2 Taglia XL 100% cotone te perché gli anticorpi che essi stimolano di un vaccino preparato contro un sotto- presso il sito dell'International AIDS Vaccine Initiative: www.lavl.org che sia in grado si stimolare sia le cellule e si legano all'epitopo sbagliato della mole- tipo nei confronti dei virus di un altro Ulteriori informazioni sono disponibili sul sito del Joint United Nations Program on HIV/AIDS: killer sia gli anticorpi. «Il problema non è 20,70 cola. La gp120, infatti, scherma il sito di sottotipo. La reattività crociata potrebbe www.unaids.org impossibile da risolvere» dice; «solo estre- legame che il virus usa per legarsi alla verificarsi solo in circostanze molto parti- mamente difficile». Si può ordinare al sito: www.lescienze.it, mandare un fax al numero 02/6552908 3? o telefonare al numero 02/29001753 LE SCIENZE 40?! luglio 2002 www.lescienze.it BIOFABBRICHEVER o MAIS CON LA GLICOPROTEINA gp120, la stessa presente sul virus dell'immunodeficienza peri candidati vaccini delle scimmie, espressa nei semi (pagina a fronte). Questo mais, prodotto nei laboratori della texana ProdiGene ( a sinistra), è un primo di Anna Meldolesi passo verso un vaccino anti-AIDS commestibile. A a ricetta per un vaccino contro destra, le nuove serre l'AIDS è ancora tutta da scoprire, dell'ENEA- Casaccia e una foglia del tabacco ma, mentre virologi e immunologi lì ottenuto con cercano la giusta combinazione particelle virali che di ingredienti, un piccolo e producono gp41. agguerrito filone di ricerca si sta scal- A tigeni made in Italy dando i muscoli. Il giorno in cui un vaccino sarà finalmente disponibile Nel nostro paese, intanto, le serre del Centro ricerche Casaccia dell'ENEA hanno già visto crescere piante di tabacco infettate bisognerà trovare il modo di produrlo con particelle virali chimeriche. «Il nostro approccio non si limi- in modo rapido, sicuro e a basso co- ta a sfruttare i vantaggi della produzione in pianta» spiega Eu- sto. Nel corso dell'ultimo decennio si è genio Benvenuto. «Il virus X della patata è rivestito da una proteina ripetuta 1500 volte che, se viene fusa con l'antigene di in- fatta strada l'idea che le piante possa- teresse, lo esibisce amplificato al sistema immunitario. Per i no- no essere utilizzate come biofabbri- stri esperimenti, in collaborazione con l'Istituto superiore di Sa- che per la produzione su larga scala di nità, abbiamo scelto un breve tratto della glicoproteina gp41 dell'HIV che, tra i diversi sottotipi virali, è altamente vaccini e proteine di interesse biomedico, perché dunque non Quello che la ProdiGene sta mettendo a punto, dunque, è un conservato e stimola una risposta immunitaria neu- ricorrere proprio alle piante per i futuri vaccini contro l'AIDS? modello per la produzione di un vaccino che possa essere som- tralizzante.» Queste particelle virali chimeriche sono In realtà le incognite sono ancora tante: nonostante alcune ministrato per via orale e che presenterebbe vantaggi non tra- già state testate con successo (ma non per via orale) sperimentazioni piuttosto incoraggianti, nessuno dei vaccini pro- scurabili. Innanzitutto il mais non richiede processi di lavorazio- in un ceppo di topi e possono fornire una prima in- dotti nelle piante è vicino alla commercializzazione. Ma il gioco, ne complessi, perciò le spese di produzione di un ipotetico vac- dicazione su quella che potrebbe essere la risposta anche per quanto riguarda l'AIDS, deve valere la candela se i Na- cino sarebbero decisamente inferiori a quelle di un preparato nell'uomo. «Il prossimo passo sarà quello di costruire tional Institutes of Health statunitensi hanno deciso per il terzo convenzionale. Poi il vaccino potrebbe essere distribuito con particelle virali chimeriche che espongano un secon- anno consecutivo di finanziare un progetto che va proprio in ta- grande facilità anche nelle aree più remote perché i semi del do antigene capace di stimolare una risposta immu- le direzione. A portarlo avanti è la ProdiGene, una compagnia mais sembrano in grado di conservare perfettamente le proteine nitaria cellulare, perché la sola risposta umorale non texana specializzata in vaccini commestibili, che in aprile ha fat- per un periodo di due anni senza necessità di refrigerazione. basta» anticipa Benvenuto. Al suo gruppo potrebbe to notizia annunciando di essere riuscita a esprimere in maniera Inoltre la produzione su pianta garantirebbe l'assenza di virus affiancarsi presto un altro, costituito dal Laboratorio stabile nei semi del mais la glicoproteina gp120, che si trova sul- patogeni per l'uomo, virus che invece possono contaminare i di virologia oncologica dell'Istituto nazionale dei tu- la superficie del virus dell'immunodeficienza delle scimmie. vaccini prodotti in colture di cellule animali Infine, come tutti i mori di Napoli e dal CNR-IMOF di Portici. Questa proteina ha già dimostrato di mantenere la sua immu- vaccini edibili, anche quello per l'AIDS promette di potenziare la Luigi Buonaguro ha sfruttato la capacità delle nogenicità nei test in vitro, ma proprio questa estate dovrebbero risposta immunitaria mucosale, un effetto che sembra partico- proteine gag di formare aggregati che imitano l'HEV, partire i primi esperimenti per valutare se l'ingestione del mais larmente importante per combattere 111IV e che i vaccini con- ma non sono infettivi. Tali aggregati sono stati co- geneticamente modificato è in grado di stimolare una risposta venzionali iniettabili non sembrano avere. Se l'obiettivo di un quelle dei comuni spinaci. Nel giro di pochi giorni le piante han- struiti in modo da presentare altri antigeni di una forma ugan- immunitaria nei topi. Di certo la gp120 da sola non riuscirà mai vaccino edibile dovesse risultare troppo complicato, comunque, no prodotto oltre 300 milligrammi di proteina tat per grammo dese di HIV e nel topo hanno stimolato sia la risposta umorale a prevenire né a bloccare l'infezione nell'uomo, ma questi test il mais della ProdiGene potrebbe essere utilizzato come econo- di tessuto fogliare. «La sperimentazione sui topi sta subendo sia quella cellulare. «Per ora utilizziamo colture cellulari di inset- sul topo potrebbero dimostrare che il concetto di un vaccino mica biofabbrica da cui estrarre gli antigeni con cui preparare qualche ritardo, ma nel frattempo stiamo lavorando per espri- ti, ma vorremmo provare a produrre le particelle nelle piante. edibile per l'AIDS non è così fantascientifico come potrebbe un vaccino convenzionale. mere una proteina di superficie dell'HIV in spinaci e lattuga con Pensiamo al tabacco, un'ottima pianta modello, e al pomodoro, sembrare a prima vista. due metodi: quello che prevede la modificazione genetica della indicato perché la sua polpa può essere disidratata e conservata A questo punto si potrebbe immaginare di affiancare alla pianta e quello che utilizza virus vegetali geneticamente modifi- con facilità» ha annunciato il ricercatore al convegno organiz- Sfruttare i virus vegetali gp 120 altre proteine virali, per esempio la gag, e ottenere pian- cati» afferma Alexander Karasev, virologo e collaboratore di Ko- zato il 10 giugno a Roma dalla Fondazione Einaudi per discute- te di mais capaci di produrre quelle combinazioni di antigeni Un'alternativa all'impiego di piante transgeniche potrebbe es- prowski. «Ogni approccio ha limiti e vantaggi. Una pianta inge- re il potenziale delle piante transgeniche per uso biomedico. Un che sembrano via via più promettenti. «Siamo già riusciti a in- sere quella di inserire i geni che esprimono l'antigene desiderato gnerizzata costituisce un sistema di produzione stabile, ma per piccolo segnale, questo, che la collaborazione tra biotecnologi e trodurre fino a cinque geni estranei nella stessa pianta - raccon- in un virus vegetale, che poi può replicarsi nelle piante e pro- ottenere questo risultato ci vuole tempo e può accadere che la immunologi si sta affrancando dai pregiudizi. «I ricercatori che ta il fondatore della compagnia John Howard - ma potremmo durre la proteina di interesse. Lo scorso anno un gruppo della proteina estranea non venga prodotta in quantità sufficienti. lavorano sull'HIV stanno già mostrando una certa attenzione anche decidere di esprimere i geni su piante diverse e poi riunir- Thomas Jefferson University diretto da un veterano della vacci- L'approccio dei virus vegetali geneticamente modificati è più verso le biotecnologie vegetali per produrre un vaccino anti- li con tecniche tradizionali di incrocio. Quello che conta è che nologia come Hilary Koprowski ha trasferito il gene per una flessibile perché lo stesso ceppo virale è in grado di replicarsi in AIDS» commenta Karasev. «Il problema è che tale vaccino oggi abbiamo verificato che la gp120 si esprime bene nel mais e que- proteina regolatoria dell'HIV (la tat) nel virus del mosaico del ta- diverse specie di piante e i prodotti si accumulano rapidamente non esiste. Quando, e se, ci sarà, l'interesse per i nostri metodi di sto ci consente di studiare altre possibilità.» bacco e lo ha inoculato nelle foglie di una pianta modello e in in grande quantità.» produzione economici e sicuri s'impennerà sicuramente.» 38 39 LE SCIENZE 40?! luglio 2002 www.lescienze.it di Elisabetta Tommasi- Nerno e dei Sono dedicate-a Herschel e Plitk le due nuove missioni ptogrammate dall'itgenzia • spaziale europea per studiare - .1a formazione delle prime galassie e la radiazione cosmica di-fondo HERSCHEL SINISTRA) E PLANCK, le due sonde che l'AgenZia.spaziale europea lancerà nel 2007, si occuperanno di sondare il cielo nelle bande spettrali submillimetrica e delle microonde, regioni del campo elettromagnetico che non possono essere studiate con l'astronomia da terra. In questa immagine artistica, lo sfondo di galassie lontane (circa .300 milioni di anni luce dalla Terra) non è riprodottoTr; scala. SARA UN VE1TORE N el febbraio 2007, se tutto andrà secondo i pro- uno più del previsto, fornendo una gran mole di immagini e dati onde. Radiazione di questa frequenza viene infatti emessa da ARIANE 5 a portare grammi, ci saranno più scienziati del solito ad spettroscopici di grande impatto in tutti i campi dell'astrofisica. qualsiasi corpo «caldo» e quindi se gli strumenti di osservazione fuori dall'atmosfera le Visti i tempi di progettazione e realizzazione di una missione non si trovassero a temperature molto basse non si farebbe altro assistere con apprensione all'accensione dei due sonde, che spaziale, ancora prima del lancio di ISO - e con maggior entusia- che registrare l'emissione termica degli strumenti stessi. verranno sistemate motori e alle prime fasi di volo dell'Ariane 5, il smo una volta visti i primi risultati di quella missione - si comin- non in una normale più potente lanciatore europeo. A bordo si trove- ciò a pensare al suo successore, un satellite che permettesse di os- A bordo di Herschel orbita intorno alla ranno infatti non uno, ma due complessi satelli- servare con maggior dettaglio e su una banda spett i ale più estesa Terra, ma a 1.500.000 verso le alte lunghezze d'onda, la cosiddetta regione submillime- Sin qui gli aspetti comuni, ma gli obiettivi scientifici delle due chilometri di distanza, ti per l'osservazione astronomica, Herschel e trica. Più o meno nello stesso periodo i cosmologi si entusiasma- missioni sono diversi (anche se, in qualche modo, complemen- in uno dei cosiddetti Planck, che l'Agenzia spaziale europea (ESA) ha deciso di proget- vano per i dati del satellite statunitense COBE (Cosmic Back- tari) come pure la tecnologia necessaria per realizzare gli stru- punti lagrang,iani. tare e realizzare in parallelo, fino all'inconsueto lancio «gemella- ground Explorer), che stava osservando il fondo cosmico a mi- menti di osservazione. previsto che le due croonde, l'emissione diffusa che è considerata l'eco del big bang. Lo scopo dichiarato della missione Herschel è studiare l'epoca sonde, inizialmente re». Non è poi così raro che più satelliti scientifici vengano lancia- Le osservazioni di COBE hanno sì permesso di avvalorare impor- in cui si formarono le prime galassie, quando l'universo aveva unite, si separino in ti con lo stesso razzo vettore, ma di solito c'è una missione più tanti teorie cosmologiche e di rivelare la disomogeneità spaziale circa un terzo dell'età attuale. Anche se può sembrare strano, uno stadio importante, intorno alla quale tutto viene programmato, e uno o della radiazione di fondo, ma hanno anche indicato che per otte- questo periodo è il meno conosciuto dell'evoluzione del cosmo, successivo. In basso, nere informazioni sull'origine e l'evoluzione dell'universo sono meno noto anche delle fasi precedenti l'origine stessa dell'univer- più satelliti più piccoli che «prendono un passaggio», sfruttano le due sonde nel loro necessari strumenti più sensibili e con migliore risoluzione spa- so. Ciò è dovuto al fatto che a quel tempo era presente una gran alloggiamento. cioè un'opportunità di lancio a condizioni economiche vantaggio- ziale. L'ESA approvò così nel 1996 la missione dal curioso nome quantità di polveri, che impedisce l'osservazione della radiazione se. In questo caso invece si tratta di due missioni di grande rile- COBRAS/SAMBA, che avrebbe dovuto essere lanciata nel 2004 e emessa nel visibile e nell'ultravioletto, bande nelle quali abbiamo che invece partirà nel 2007 con il nome di Planck, in onore dello finora potuto osservare con strumenti sufficientemente sensibili. vanza: anche se Herschel è una comerstone mission del pro- scienziato che studiò e definì la radiazione di corpo nero. La maggior parte dell'energia prodotta nei violenti processi di gramma scientifico dell'ESA e Planck «solo» una più economica A suggerire l'idea di un unico lancio è stata forse la comune formazione di stelle e galassie viene invece assorbita da polvere e medium size mission, per interesse degli obiettivi e complessità destinazione finale dei due satelliti, che non orbiteranno intorno gas e riemessa sotto forma di radiazione infrarossa, che fino a alla Terra ma saranno inviati alla distanza di un milione e mez- oggi solo parzialmente è stato possibile registrare e studiare. di realizzazione sono entrambe assai importanti. LESA si assume zo di chilometri, nella direzione opposta a quella del Sole. Her- Queste considerazioni hanno portato alla decisione di sceglie- quindi un bel rischio ad associarle in quella che è una del- IN SINTESI le fasi cruciali di una missione spaziale, ma evidente- mente, considerando che i problemi di affidabilità di • Con le due nuove missioni Herschel e Planck, previste per il 2007, l'Agenzia spaziale Ariane 5 sembrano ormai superati, lo sconto sul prez- europea prosegue le ricerche nel campo dell'astronomia spaziale, in particolare nelle zo del «biglietto» di lancio vale un piccolo azzardo. regioni spettrali submillimetrica e del lontano infrarosso. La possibilità di un lancio multiplo si è concre- • Gli strumenti a bordo di Herschel dovranno approfondire le conoscenze sulla tizzata nel 1998, dopo una fase critica di revisione del progetto Planck che era andato incontro a se- formazione delle prime galassie, ma forniranno anche importanti dati nel campo della ri problemi di costi. L'importanza delle osserva- chimica spaziale e studieranno i corpi celesti nella fascia di Kuiper. zioni che il satellite potrà compiere ha spirito i • Planck avrà l'incarico di continuare l'opera già iniziata dalla missione COBE e responsabili dell'E SA a cercare con insistenza dall'esperimento Boomerang, effettuando rilevamenti sulla radiazione cosmica di una soluzione che permettesse di salvare la fondo per verificarne l'anisotropia e per migliorare le stime su parametri fondamentali missione e il risparmio sull'ingente spesa di come la costante cosmologica. lancio, una delle voci più pesanti nel bilancio di un progetto spaziale, è apparsa risolutrice. LA STELLA VICINA BETA PICTORIS in un'immagine raccolta da ISO all'inizio del 2001.11 rilevamento di Dall'infrarosso idrogeno molecolare ha permesso di ipotizzare che intorno alla stella vi siano pianeti in formazione. alla radiazione di fondo schel e Planck osserveranno infatti l'universo da una posizione re l'intervallo di osservazione di Herschel nella regione dello L'idea della missione Herschel è nata una nelle vicinanze del secondo punto lagrangiano (L2), uno dei spettro compresa tra 60 e 670 micrometri, la banda dell'infra- decina d'anni fa con il nome di Far Infra- punti di equilibrio del sistema Terra-Sole, dove le forze gravita- rosso lontano e submillimetrica (per via delle lunghezze d'onda Red and Submillimetre Telescope (FIRST), zionali del nostro pianeta e della sua stella si annullano. prossime al millimetro), in gran parte mai osservata. Per riuscire sotto la spinta di una parte della comunità Il vantaggio di questa posizione è che Terra, Luna e Sole, che a rivelare radiazione di queste lunghezze d'onda è necessario di- astronomica che, grazie ai dati del satellite non devono essere inquadrati dai telescopi di bordo, si trovano sporre di un telescopio con uno specchio molto grande, di stru- statunitense IRAS (InfraRed Astronomical tutti e tre nella stessa direzione rispetto al satellite e che tale di- menti molto sensibili e di un bassissimo disturbo di fondo. E le Satellite), stava scoprendo un altro univer- rezione cambia costantemente durante il moto della Terra intor- caratteristiche della missione Herschel rispecchiano esattamente so, invisibile da Terra a causa dell'assorbi- no al Sole, cioè durante l'anno. Il risultato è che un satellite po- queste esigenze: il telescopio avrà uno specchio raffreddato del mento atmosferico: l'universo infrarosso. sto in L2 può osservare per un anno, senza interruzioni, l'intera diametro di tre metri e mezzo, il più grande mai lanciato nello L'importanza di osservare i fenomeni a- sfera celeste, evitando di perdere tempo prezioso per le manovre spazio, gli strumenti alloggeranno all'interno di un criostato stronomici in queste bande dello spettro e- di puntamento necessarie invece dall'orbita terrestre per evitare contenente elio superfiuido che li manterrà a temperature vicine lettromagnetico - che permettono per e- di avere nel campo di vista Terra, Sole e Luna. allo zero assoluto e la distanza di un milione e mezzo di chilo- sempio di penetrare all'interno di nubi di Herschel e Planck saranno tra i pionieri di questa nuova posi- metri dalla Terra garantisce che siano ridotti al minimo gli effet- polvere che oscurano la luce visibile e di zione di osservazione, ma intorno al 2010 almeno altri quattro ti dell'emissione termica del nostro pianeta. riconoscere la presenza di importanti mo- satelliti raggiungeranno il punto L2 per meglio sfruttare il tempo I tre strumenti di bordo sono stati scelti in modo da avere a di- lecole, come l'acqua, nello spazio interstel- della loro vita operativa. Quelle di Herschel e Planck non saranno sposizione combinazioni di tutte le possibili modalità osservati- lare - era già stata compresa. L'E SA stava purtroppo molto lunghe: tre anni per il primo e soltanto uno e ve: fotometria, cioè misura della quantità totale di energia e- infatti già realizzando il «suo» satellite per mezzo per il secondo. Le due missioni si concluderanno infatti messa da una regione, imaging, con immagini di tipo fotografico, osservazioni infrarosse, l'Infrared Space all'esaurimento del liquido refrigerante, indispensabile per man- e spettroscopia, la capacità di scompone e analizzare la radiazio- Observatory (ISO), che fu lanciato nel 1995 tenere gli strumenti alle basse temperature necessarie per osser- ne per individuare tracce di elementi o molecole. Il Photodetector e che ha lavorato per due anni e mezzo, vare nelle regioni spettrali del lontano infrarosso e delle micro- Array Camera and Spectrometer (PACS) può ottenere dati foto- LE SCIENZE 407 /luglio 2002 www.lescienze.it 4-3 NELL'ULTIMO STADIO DELLA SEPARAZIONE, dopo essersi staccata da Herschel, Planck si libererà anche del motore che garantirà l'ultima spinta propulsiva verso il punto lagrangiano L2. Sotto, la simulazione delle fasi di separazione della carenatura dell'Ariane 5. fanno sì che le osservazioni potranno andare ben oltre le finalità principali della missione, soddisfacendo le esigenze di tutti i campi dell'astronomia, dallo studio della formazione stellare nella nostra galassia all'osservazione delle comete e dei corpi celesti che formano la fascia di Kuiper. Inoltre, alla luce dei risultati del satellite ISO, ha assunto molta importanza il campo della chimi- metrici, immagini e spettri a bassa e media risoluzione per radia- ca spaziale, la ricerca cioè dell'abbondanza e della distribuzione zione fino a circa 200 micrometri, mentre per lunghezze d'onda delle molecole nell'universo, campo in cui le capacità spettrosco- maggiori si userà lo Spectral and Photometric Imaging Receiver piche di Herschel permetteranno di fare notevoli passi avanti. In (SPIRE), progettato principalmente per ottenere immagini simul- particolare, uno degli obiettivi della missione sarà proseguire la tanee di un'ampia regione di cielo a diverse lunghezze d'onda. ricerca dell'acqua, osservata per la prima volta da ISO, per stu- L'Heterodyne Instrument for Herschel (HIFI) permetterà invece di diarne la distribuzione nell'universo e capire come si è formata. ottenere spettri ad altissima risoluzione di un singolo punto del cielo, sfruttando il principio dell'eterodina: la radiazione infraros- Un universo giovane sa in arrivo viene accoppiata al segnale emesso da una sorgente sotto gli occhi di Planck interna nota e si registra poi la differenza tra i due segnali, di frequenza più bassa di quella incidente e quindi più facile da analiz- Gli strumenti del satellite Planck raccoglieranno invece radia- zare. Gli strumenti, assieme alle ottiche e ai tre sensori stellari per L'AUTORE zione di lunghezza d'onda maggiore, proveniente da fasi di vita il puntamento, si troveranno all'interno del criostato, proprio so- dell'universo precedenti la formazione di stelle e galassie. Per pra il contenitore del liquido refrigerante. Completano il satellite ELISABETTA TOMMASI si è laureata in fisica a Roma nel 1993 e capire l'importanza di queste osservazioni bisogna ripercorrere la un modulo di servizio dove è alloggiata l'elettronica per la rac- ha svolto attività di ricerca nel campo dell'astronomia infra- storia della radiazione cosmica di fondo, prima fonte di informa- colta dei dati e le comunicazioni con la Terra e uno schermo ter- rossa dallo spazio, lavorando anche alla calibrazione dei dati zione di ciò che è accaduto subito dopo il big bang. Quando nel mico di protezione dalla radiazione solare, secondo una configu- del satellite ISO presso la sede dell'ESA di Villafranca del Castil- 1964 Arno Penzias e Robert Wilson scoprirono casualmente che razione già usata per il satellite ISO e risultata molto soddisfacen- lo (Madrid]. Ha frequentato il Master in Comunicazione della da ogni regione del cielo proviene una radiazione omogenea e te. In totale la navicella sarà alta 9,3 metri e larga 4,5 metri, e pe- scienza della SISSA e da quattro anni lavora presso l'Unità pro- isotropa della lunghezza d'onda di circa 3 centimetri, i cosmolo- serà al lancio complessivamente circa 3000 chilogrammi. grammi scientifici dell'Agenzia spaziale italiana. gi che avevano elaborato la teoria del big bang esultarono: era la Le caratteristiche del telescopio e degli strumenti di Herschel prova sperimentale che attendevano. Il loro modello prevedeva infatti, oltre al moto di recessione delle galassie, proprio una radiazione del tipo In equilibrio tra la Terra e il Sole osservato, emessa 300.000 anni dopo il big bang, quando la temperatura dell'universo scese sotto i 3000 kelvin e i fotoni uando Joseph Louis Lagrange non furono più intrappolati in continue Qcalcolò nel 1722 la posizione dei interazioni con la materia. punti di equilibrio che si trovano nelle Viaggiando fino a noi, la radiazione su- vicinanze di due corpi che ruotano l'uno bisce, a causa dell'espansione dell'universo, un ulteriore raffreddamento, per cui la intorno all'altro, non immaginava certo :tro sua lunghezza d'onda raggiunge proprio i che qualcuno mandasse un satellite in 3 centimetri dell'emissione registrata da uno di quelli del sistema Terra-Sole. Penzias e Wilson, corrispondenti a una Lagrange dimostrò che esistono cinque temperatura di circa 3 kelvin. Non solo: posizioni nelle quali un terzo corpo, di poiché i fotoni sono stati emessi in una si- massa molto più piccola, può muoversi tuazione di equilibrio termodinamico, la mantenendo fisse le distanze dagli altri loro energia deve essere distribuita secon- due. Solo due dei punti lagrangiani sono LA SONDA PLANCK do la curva di corpo nero, fatto verificato, con altissima precisio- di equilibrio stabile, cioè se il corpo si durante le prime fasi ne, nel 1990 dall'esperimento FIRAS a bordo del satellite ameri- di assemblaggio (qui cano COBE. sposta dalla sua posizione vi ritorna a fianco). Più in alto, Gli strumenti a bordo di COBE hanno però anche dimostrato spontaneamente. Gli altri tre sono di un'immagine del che la radiazione cosmica di fondo non è esattamente isotropa: equilibrio instabile: se il corpo si sposta ritorno a terra del confrontando l'emissione di punti diversi dell'universo si osser- si allontana sempre di più. Nel caso del pallone statunitense vano infatti differenze dell'ordine del milionesimo di grado intor- sistema Terra-Sole, si possono sfruttare Boomerang, che ha no al valore medio di 2,726 kelvin. Queste variazioni, valutabili proprio due punti di equilibrio instabile, fornito importanti solo dopo aver sottratto dai dati gli effetti dovuti al moto della con periodiche correzioni alla posizione risultati riguardo Terra intorno al Sole, del Sole nella Galassia e della Galassia stes- alla costante sa, sono previste dalle teorie cosmologiche elaborate negli anni del satellite, per l'osservazione cosmologica. Qui settanta e ottanta. E sono fondamentali in quanto sono all'origi- astronomica: L1, dove SOHO tiene sotto sopra, le anisotropie ne della formazione delle strutture che oggi popolano l'universo: sorveglianza il Sole dal 1995, e L2, che della radiazione di stelle, galassie e ammassi di galassie. Le teorie ipotizzano anche nei prossimi anni si affollerà di satelliti fondo in un'immagine le cause delle anisotropie del fondo cosmico e mettono in rela- per scrutare l'universo. ottenuta dal COsmic zione la loro distribuzione con importanti parametri cosmologici, Background Explorer. come la costante di Hubble, la densità totale dell'universo e quel- nnnn LE SCIENZE 40?! luglio 2002 www.lescienze.it Perché proprio Herschel e Planck? William Herschel - 1800: Max Planck- 1900: la nascita dell'astronomia infrarossa la nascita della fisica quantistica Nel 1800 sir William Herschel, astronomo di corte a Londra, Il fondo cosmico a microonde, che sarà studiato dalla studiando il calore prodotto dalle diverse componenti della luce sonda Planck, è uno dei migliori esempi di radiazione di corpo visibile, scomposta attraverso un prisma nei colori nero, un corpo che assorbe la radiazione che lo investe dell'arcobaleno, si accorse che anche nella zona oltre il rosso, riemettendola in una forma spettrale che dipende solo dalla dove il nostro occhio non percepisce luce, giunge dal Sole una sua temperatura. La definizione fu introdotta da Gustav forma di energia, che chiamò «raggi calorici». Oggi sappiamo Robert Kirchhoff intorno al 1860, ma lo studio della che si tratta della componente infrarossa dello spettro distribuzione in frequenza di questa emissione è legato al elettromagnetico. Più che opportuno quindi che, nel 2000, anno nome di Max Planck. Appassionato di termodinamica, si in cui ricorrevano i 200 anni di questa scoperta, l'ESA abbia laureò all'Università di Monaco e nel 1892 divenne professore voluto onorare il suo autore dedicandogli la missione all'Università di Berlino, dove iniziò i suoi studi sull'emissione precedentemente denominata FIRST. William Herschel nacque di corpo nero. Nel 1900 Planck introdusse, come artificio di ad Hannover nel 1738 e dopo una breve carriera da musicista si lavoro, l'ipotesi dei quanti di luce, supponendo di descrivere dedicò all'astronomia, costruendo telescopi sempre più grandi e le onde luminose mediante particelle dotate di energia con ottiche sempre più accurate, grazie ai quali nel 1781 scoprì proporzionale alla frequenza della radiazione attraverso una il pianeta Urano. Era assistito nel suo lavoro dalla sorella costante, quella che sarebbe divenuta la celebre «costante Caroline - importante figura femminile nella storia di Planck»: fu il primo passo verso la fisica quantistica. dell'astronomia - che, dopo la morte di William nel 1822, Conscio della portata della sua scoperta, ma poco incline a continuò autonomamente i loro studi. Insieme scoprirono sostenere tesi rivoluzionarie, Planck tentò di conciliare i suoi comete, satelliti e stelle doppie e compilarono cataloghi di risultati con la fisica classica; ma quando Einstein usò i migliaia di ammassi stellari e nebulose, dando inizio all'opera di quanti di luce per spiegare l'effetto fotoelettrico dovette classificazione sistematica degli oggetti celesti che ancora oggi arrendersi all'evidenza di aver dato inizio a una «nuova impegna molti astronomi. fisica». Morì a GEittingen nel 1947. la della materia oscura; parametri dai quali si può poi dedurre versi stadi, è dunque cruciale per la riuscita della missione. Ac- non solo l'età dell'universo, ma anche il suo destino ultimo. canto allo studio della radiazione cosmica di fondo, gli strumen- È naturale quindi che gli astrofisici sperimentali si siano dati ti di Planck permetteranno anche di ottenere mappe dell'emissio- da fare per costruire strumenti in grado di analizzare in maggior ne a microonde di corpi celesti extragalattici, come quasar e ra- dettaglio la radiazione di fondo. Alcuni importanti risultati sono diogalassie, e del mezzo interstellare della nostra Via Lattea. venuti dall'esperimento italo-americano Boomerang, che ha vo- Come per tutte le missioni realizzate dall'ESA, gli strumenti lato nel 1998 a bordo di un pallone aerostatico nei cieli dell'An- scientifici sono realizzati da consorzi di istituti di ricerca e Uni- tartide: dopo due anni di elaborazione dei dati, che riguardano versità dei paesi membri, che chiedono il supporto finanziario e solo una limitata regione di cielo, ma con una risoluzione ango- gestionale delle agenzie spaziali nazionali. VESA si riserva inve- lare molto maggiore di quella di COBE, gli scienziati sono arriva- ce di realizzare il satellite e di organizzare l'assemblaggio degli ti alla conclusione che essi sono consistenti con un modello di strumenti e i test finali, oltre al lancio e alla gestione in orbita universo «aperto», che si espanderà cioè all'infinito. della missione. Per la maggior parte di queste attività è stato fir- Non sono ancora disponibili invece i dati del satellite MAP mato lo scorso anno un contratto molto impegnativo (il più co- (Microwave Anisotropy Probe), lanciato il 30 giugno dello scorso spicuo mai stipulato dall'ESA, per 370 milioni di euro) con un anno dalla NASA e in attività presso il punto lagrangiano L2. consorzio di industrie di 15 paesi europei guidato dalla francese Queste osservazioni saranno, tra l'altro, rilevanti per mettere a Alcatel, cui partecipa in modo significativo anche Alenia Spazio. punto gli strumenti di Planck che, secondo i tecnici dell'ESA, ga- Anche per quanto riguarda la realizzazione degli strumenti, il rantirà grandi progressi rispetto alla missione americana: dieci contributo italiano è notevole, sia da parte della comunità scien- volte più sensibile, di risoluzione angolare doppia e di più ampia tifica sia da parte industriale: Planck-LFI viene realizzato sotto la copertura spettrale, dovrebbe consentire di valutare al meglio il responsabilità di Reno Mandolesi, del CNR di Bologna, mentre contributo non cosmologico di origine galattica ed extragalatti- per Planck-HFI Paolo De Bernardis, dell'Università «La Sapienza» ca. A bordo del satellite, alto 3,5 metri e largo 4,5, ci saranno un di Roma, collabora alla costruzione della preamplificazione, met- telescopio di 1,5 metri di diametro e due strumenti: LFI (Low Fre- tendo a frutto l'esperienza acquisita con il progetto Boomerang. quency Instrument) e HIFI (High Frequency Instrument), dedicati Per Herschel, molti ricercatori italiani si occupano di progettare, a raccogliere e analizzare l'emissione dell'universo rispettiva- realizzare e calibrare alcune parti elettroniche e ottiche degli stru- mente negli intervalli 30-100 GHz e 100-857 GHz.11 primo avrà menti e di preparare il software di bordo dei tre strumenti. a disposizione 56 radiometri raffreddati a 20 kelvin, il secondo La spesa complessiva è di circa 800 milioni di euro, una cifra 48 bolometri all'incredibile temperatura di 0,1 kelvin, che hanno che può spaventare, ma senza la quale non si potrebbero realiz- il compito di rivelare la radiazione a microonde trasformandola zare imprese scientifiche di questa portata. Senza di esse, tutta- in variazioni di temperatura. La sensibilità di questi rivelatori di- via, ci priveremmo non solo delle conoscenze scientifiche che pende proprio dalla bassissima temperatura a cui si riesce a man- derivano dalle missioni spaziali, ma anche delle ricadute tecno- tenerli; il funzionamento del sistema criogenico, costituto da di- logiche che esse, e forse esse sole, possono ancora stimolare. 4-6 LE SCIENZE 407 / luglio 2002 • KIM PEEK, affetto da disordini dello sviluppo, conosce a memoria oltre 7600 libri, nonché ogni codice postale, strada statale, prefisso telefonico e stazione televisiva degli Stati Uniti. Ha fornito ispirazione per il personaggio di Raymond Isole.di Babbitt in Rain Man. genio Brillanti capacità artistiche e una memoria straordinaria accompagnano a volte l'autismo e altri disordini dello sviluppo di Darold A. Treffert e Gregory L. Wallace Fotografie di Ethan Hill 4-8 LE SCIENZE 407 /luglio 2002