Dr. Corina Beerli, settore specialistico Gestione della ricerca e ricerca operativa, settore di competenza Scienza e Tecnologia e Dr. Matthias Wittwer, responsabile del gruppo Proteomica, Bioinformatica e Tossine, Laboratorio Spiez

Presenza in natura e uso delle tossine

In natura le tossine sono ampiamente diffuse e servono ad animali e piante in primo luogo a difendersi dai nemici naturali. Anche microrganismi come i batteri esercitano la propria azione tossica producendo tossine ad alta efficacia. Non a caso la sostanza più velenosa attualmente nota è un batterio neurotossico come il botulino. È sufficiente un milionesimo di grammo per causare gravi paralisi muscolari che portano al decesso delle persone. Tuttavia, questa neurotossina viene anche impiegata – in quantità infinitesimali – nella medicina estetica con il nome commerciale di Botox. La causa più frequente di intossicazione da tossine è il consumo di generi alimentari contaminati da batteri. La sicurezza delle derrate alimentari è sorvegliata da laboratori cantonali e centri di riferimento nazionali poiché alcune tossine sono straordinariamente tossiche. Anche le infezioni da batteri che producono tossine devono essere segnalate alle autorità.

Le tossine come arma biologica

Nell’ottica della sicurezza interna, alcune tossine sono inserite in elenchi internazionali di sostanze soggette a severi controlli all’esportazione e di cui occorre impedire la diffusione come arma biologica. A presentare un elevato potenziale bioterroristico sono in particolare la fitotossina ricina e la saxitossina, presente in alcuni molluschi. L’Organizzazione per la proibizione delle armi chimiche (OPCW) inserisce queste due tossine nella lista delle sostanze classificate come particolarmente pericolose. Di conseguenza, analogamente ad altri aggressivi chimici molto potenti come il sarin o l’iprite, sono assoggettate alle norme della Convenzione sulle armi chimiche. Contrariamente agli aggressivi chimici, le tossine non sono tuttavia ancora mai state impiegate su grande scala nel corso di conflitti bellici, nonostante i programmi statali dedicati alle armi biologiche siano in alcuni casi corposi. Tuttavia, le tossine rappresentano un mezzo terroristico per attacchi puntuali poiché sono facilmente disponibili. Ciò vale in particolare per la ricina che costituisce un residuo di spremitura tossico concentrato della produzione di olio di ricino.

Nel caso dell’attacco terroristico sventato a Colonia nel 2018, nell’appartamento di un estremista islamico sono stati sequestrati – oltre a utensili per la realizzazione di un ordigno esplosivo – anche 3150 semi di ricino e 84 milligrammi di ricina. Una perizia ha calcolato che questa quantità sarebbe stata sufficiente per uccidere oltre diecimila persone. Negli Stati Uniti, negli ultimi 20 anni sono state inoltre inviate lettere alla ricina a politici di spicco, tra cui l’ex presidente Barack Obama. Sulla base di tali episodi, l’impiego di tossine per un attacco bioterroristico è ritenuto più probabile del ricorso a virus o batteri.

Analisi delle tossine presso il Laboratorio Spiez

Il settore specialistico Biologia del Laboratorio Spiez si occupa della protezione contro le minacce di origine biologica come gli agenti patogeni di pericolose malattie e le tossine. Da un lato, il laboratorio studia come tali patogeni e tossine generano le malattie e le modalità con cui si diffondono. Dall’altro, l’attenzione si concentra sul loro rilevamento e sulla loro caratterizzazione. Per uno spettro selezionato di patogeni e tossine il Laboratorio Spiez offre questa analisi tanto sui campioni clinici quanto su quelli ambientali. Al fine di identificare in maniera univoca secondo gli standard internazionali i cosiddetti agenti biologici (come batteri, virus o parassiti) sono necessari in linea di massima diversi metodi, ciascuno dei quali prende in esame differenti proprietà. Nel caso delle tossine siamo di fronte al seguente quadro: in una prima fase il personale isola la sostanza dal campione tramite procedure biochimiche e la identifica tramite metodi di analisi ad alta sensibilità. A seguire verificano se la tossina è ancora biologicamente attiva, ossia funzionante. A tale scopo testano per esempio in colture cellulari se la tossina stessa ha effetti nocivi sulle cellule. Infine, stabiliscono le caratteristiche della struttura della tossina tramite spettrometria di massa, una procedura mirata a determinare la massa di atomi o molecole. La qualità di questi metodi di analisi viene periodicamente messa alla prova nel quadro dei cosiddetti esperimenti interlaboratorio, nei quali diversi istituti di ricerca europei ricevono contemporaneamente un campione di tossina sconosciuto da analizzare. Il Laboratorio Spiez ottiene sempre ottimi risultati e si colloca tra i principali istituti di ricerca in questo ambito.

Automazione in caso di emergenza

Finora il Laboratorio Spiez ha analizzato tossine soprattutto su piccola scala e con professionisti altamente specializzati. Tuttavia, come ha evidenziato la crisi del Covid-19, in caso di emergenza è necessario elaborare un elevato numero di campioni. Una delle grandi sfide in questa eventualità è garantire la procedura e la qualità dell’analisi delle tossine per un periodo di tempo prolungato ed evitare errori. Ed è proprio qui che entra in gioco il progetto di ricerca «Next Generation Toxin Detection», sostenuto da armasuisse Scienza e tecnologia. Il suo obiettivo è quello di automatizzare il più possibile il trattamento dei campioni standardizzando l’analisi delle tossine. A tale scopo, grazie al supporto e alle conoscenze tecniche del personale di armasuisse, il Laboratorio Spiez ha acquistato da un lato un dispositivo di analisi in grado di elaborare quasi cento campioni contemporaneamente. Dall’altro lato, attualmente sta introducendo un sistema informatico di laboratorio che raffigura l’intero processo di analisi e consente di monitorare i campioni dalla loro ricezione fino alla redazione dei rapporti di controllo. A seconda della tossina, i metodi di analisi scelti possono variare e devono pertanto essere ottimizzati per ciascuna sostanza. In una prima fase il Laboratorio Spiez stabilisce l’iter di lavoro per le tossine rilevanti in ottica bioterroristica come la ricina e il botulino. L’analisi automatizzata di tossine con molecole piccole come la saxitossina avviene poi in una fase successiva. I metodi di analisi altamente standardizzati e automatizzati fanno sì che i militari possano essere formati nel quadro dei corsi di ripetizione. In situazioni di emergenza il Laboratorio Spiez sarà dunque pronto ad avviare in breve tempo l’analisi delle tossine con il supporto delle truppe NBC, assicurando inoltre il trattamento di un elevato volume di campioni per un periodo prolungato. Questo progetto di ricerca comune del Laboratorio Spiez e di armasuisse Scienza e tecnologia può pertanto essere considerato un successo.