EPIDEMIOLOGIA MOLECOLAREEPIDEMIOLOGIA MOLECOLAREPt. 1

DEFINIZIONI- DEFINIZIONI -

Dr. Massimo Moretti

Università degli Studi di PerugiaUniversità degli Studi di PerugiaDipartimento di Specialità Medico-Chirurgiche

e Sanità Pubblicae Sanità Pubblica(Sez. Sanità Pubblica)

PREMESSA

Metodi molecolari in sanità pubblica …

ovvero

associare al disegno dello studio epidemiologico il… associare al disegno dello studio epidemiologico ilcontributo del laboratorio di biologia molecolare.

PREMESSA

Il ricorso a metodologie molecolari di laboratorio, ad ognimodo non è nuovo in epidemiologia / sanità pubblicamodo, non è nuovo in epidemiologia / sanità pubblica.

Nell‘ambito della epidemiologia delle malattie infettive,infatti il contributo del laboratorio di biologia molecolare èinfatti, il contributo del laboratorio di biologia molecolare èormai routinario.

Agente patogenoAgente patogeno

PREMESSA

Nella alla evoluzione delle tecniche utilizzate nell‘ambitodella epidemiologia delle malattie infettive basta citare ildella epidemiologia delle malattie infettive basta citare ilcontributo della PCR …

PREMESSA

… nell’accertamento diagnostico di agenti patogeni noncoltivabili o di difficile isolamento:coltivabili o di difficile isolamento:

HIV Chlamydia trachomatis

HCV

HBV

Chlamydia pneumoniae

Mycobacterium tuberculosisHBV

HPV

Mycobacterium tuberculosis

Pneumocystis carinii

CMV Rickettsia sp.

Borrelia sp.

Toxoplasma gondiiProdotti di amplificazione mediante PCR di HCV-RNA dopoelettroforesi su gel di agarosioelettroforesi su gel di agarosio.

PREMESSA

… nella tipizzazione batterica:

Prodotti di amplificazione mediante PCR-ArDRA (AmplifiedProdotti di amplificazione mediante PCR ArDRA (AmplifiedrDNA Restriction Analysis) di DNA di Micoplasmi dopoelettroforesi su gel di agarosio.g g

PREMESSA

… nella tipizzazione batterica:

E i di lbEsempio di alberofilogenetico basato sulla“similarità” a livello delsimilarità a livello delgenoma.

PREMESSA

Se da un lato il contributo del laboratorio di biologiamolecolare è stato subito ed universalmente riconosciutomolecolare è stato subito ed universalmente riconosciutoper quanto riguarda l’epidemiologia e la prevenzione dellemalattie infettive ...

Levin B.R., Lipsitch M. & Bonhoeffer S. (1999) Populationbiology, evolution, and infectious disease: Convergence andgy, , gsynthesis. Science; 283:806-809.

“ l’epidemiologia molecolare delle malattie infettive… l epidemiologia molecolare delle malattie infettiveidentifica gli agenti responsabili di malattie infettive edetermina la loro sorgente, le loro relazioni biologiche, levie di trasmissione , i geni responsabili per la loro virulenza,gli antigeni rilevanti per la profilassi vaccinale, i fenomeni diresistenza ai farmaci”resistenza ai farmaci”.

PREMESSA

… dall’altro, nell’ambito della epidemiologia e prevenzionedelle malattie cronico-degenerative (in particolare deidelle malattie cronico degenerative (in particolare deitumori), fin da subito non sono mancate critiche agliapprocci di epidemiologia molecolare …pp p g

Igiene???

DNA

PREMESSA

La principale critica che veniva mossa agli approcci diepidemiologia molecolare riguardava l‘attenzione postaepidemiologia molecolare riguardava l attenzione postaprincipalmente sugli individui (ad esempio, per quello cheriguarda la suscettibilità genetica individuale) anziché sullag g )collettività.

Questo atteggiamento critico verso l’epidemiologiaQuesto attegg a e to c t co e so ep de o og amolecolare tradisce l’esistenza, di fatto, di due diverseconcezioni dei determinanti di salute e di malattia:

orientamento biologico-organico;

orientamento socialeorientamento sociale.

PREMESSA

La principale critica che veniva mossa agli approcci diepidemiologia molecolare riguardava l‘attenzione postaepidemiologia molecolare riguardava l attenzione postaprincipalmente sugli individui (ad esempio, per quello cheriguarda la suscettibilità genetica individuale) anziché sullag g )collettività.

Questo atteggiamento critico verso l’epidemiologiaQuesto attegg a e to c t co e so ep de o og amolecolare tradisce l’esistenza, di fatto, di due diverseconcezioni dei determinanti di salute e di malattia:

orientamento biologico-organico;

orientamento socialeorientamento sociale.

PREMESSA

L’approccio sociale è basato su un modello, a suo tempoproprio della teoria miasmatica che è stato definito dellaproprio della teoria miasmatica, che è stato definito della«scatola nera» (black box), ovvero:

ai fini della prevenzione spesso è irrilevante conoscereai fini della prevenzione spesso è irrilevante conoscerenel dettaglio i meccanismi o addirittura gli agentipatogeni, mentre è essenziale conoscere le modalitàpatoge , e t e è esse a e co osce e e oda tàsociali di trasmissione della malattia.

EPIDEMIOLOGIA TRADIZIONALE: LIMITI

Limiti degli studi di epidemiologia classica (in particolare nelcaso delle patologie cronico-degenerative):caso delle patologie cronico degenerative):

si limitano a studiare il nesso causale tra una determinataesposizione e l’insorgenza di una malattia;esposizione e l insorgenza di una malattia;

i risultati ottenuti non tengono conto della interazione trai i t i i ttibilità tiesposizione a genotossici e suscettibilità genetica

dell’ospite;

EPIDEMIOLOGIA TRADIZIONALE: LIMITI

Limiti degli studi di epidemiologia classica (in particolare nelcaso delle patologie cronico-degenerative):caso delle patologie cronico degenerative):

si limitano a studiare il nesso causale tra una determinataesposizione e l’insorgenza di una malattia;esposizione e l insorgenza di una malattia;

i risultati ottenuti non tengono conto della interazione trai i t i i ttibilità tiesposizione a genotossici e suscettibilità genetica

dell’ospite;

èspesso la stima dell’esposizione è affidata alle risposte diun questionario (spesso è difficile verificarne laveridicità);veridicità);

sono complessi e dispendiosi da condurre se l’esposizionemonito t è di lie e entità o e l m l tti non èmonitorata è di lieve entità o se la malattia non èabbastanza frequente.

EPIDEMIOLOGIA TRADIZIONALE: BLACK BOX

MalattiaEsposizione

Bl k bBlack box

EPIDEMIOLOGIA TRADIZIONALE: BLACK BOX

t0Epidemiologia analitica:

MalattiaEsposizione

Retrospettivi (caso-controllo)

Malattia

( )

Esposizione

ProspetticiProspettici (coorte)Tempo

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE: GLASS BOX

MalattiaEsposizione

Bl k bBlack box

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE: GLASS BOX

MalattiaEsposizione

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE: PREVENZIONE

Processo multistadi/multifattoriale della cancerogenesi:

Esposizione Fase di latenza Fase preclinica Malattia

Fattori di rischio1 ... ... ... n

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE: PREVENZIONE

Processo multistadi/multifattoriale della cancerogenesi:

Esposizione Fase di latenza Fase preclinica Malattia

Fattori di rischio1 ... ... ... n

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE: PREVENZIONE

Processo multistadi/multifattoriale della cancerogenesi:

Esposizione Fase di latenza Fase preclinica Malattia

Prevenzione secondaria:Prevenzione secondaria:- diagnosi precoce (screening)- anticipazione diagnosticaanticipazione diagnostica- aumento sopravvivenza

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE

Processo multistadi/multifattoriale della cancerogenesi:

Esposizione Fase di latenza Fase preclinica Malattia

Epidemiologia molecolare:Epidemiologia molecolare:- caratterizzazione degli inquinanti- valutazione dell’esposizionevalutazione dell esposizione- risk assessment

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE

Nell’ambito delle malattie neoplastiche, gli scopi principalidegli approcci di epidemiologia molecolare finalizzati adegli approcci di epidemiologia molecolare, finalizzati asuperare alcune lacune dell'epidemiologia tradizionale, sono:

aumentare l’accuratezza della stima dell’esposizione eaumentare l accuratezza della stima dell esposizione eridurre gli errori di classificazione;

it l i t bi l i (“bi t i”) i tt tmonitorare la risposta biologica (“biomarcatori”) piuttostoche la malattia, identificando precocemente gli effettidelle esposizioni con una maggiore potenza statistica;delle esposizioni con una maggiore potenza statistica;

identificare fattori di suscettibilità individuali (genetici oacquisiti) e definire sottogruppi a maggiore rischio;acquisiti) e definire sottogruppi a maggiore rischio;

studiare i meccanismi patogenetici;

predire l’insorgenza delle patologie.

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE

MalattiaEsposizione

...omica !!!

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE: ... “-OMICA”

Dogma centrale della biologia:

DNA

RNARNA

PROTEINAO

~3×109 bp

~30.000 geni

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE: ... “-OMICA”

GENOMA GENOMICAGENOMA GENOMICA

Trascrizione

mRNA TRANSCRIPTOMICA

Tradotto

PEPTIDE

“Splicing”

PROTEINA PROTEOMICA

Struttura/Attività

FENOTIPO METABOLOMICAFENOTIPO METABOLOMICA

EPIDEMIOLOGIA ... MOLECOLARE VS. TRADIZIONALE

La parte visibile dell’iceberg è l’oggetto di studio dellaepidemiologia tradizionale (morbosità o mortalità perepidemiologia tradizionale (morbosità o mortalità perdeterminate malattie).

La parte invisibile è invece oggetto di studio dellaLa parte invisibile è invece oggetto di studio dellaepidemiologia molecolare.

Evidenza clinica

Soggettiasintomatici

EPIDEMIOLOGIA ... MOLECOLARE VS. TRADIZIONALE

Epidemiologia

Terapia

Diagnosi precoce

EpidemiologiaMolecolare

EPIDEMIOLOGIA ... MOLECOLARE VS. TRADIZIONALE

EPIDEMIOLOGIA OSSERVAZIONALE

DATI AGGREGATI DATI INDIVIDUALI

EPIDEMIOLOGIA STUDIEPIDEMIOLOGIADESCRITTIVA

STUDITRASVERSALI

EPIDEMIOLOGIAANALITICA

EPIDEMIOLOGIAMOLECOLARE

EPIDEMIOLOGIA ... MOLECOLARE VS. TRADIZIONALE

Epidemiologia

EpidemiologiaEpidemiologiaMolecolare

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE: HAZARD/RISK

Hazard Identification Risk Assessment

Da: Science and Judgment in Risk Assessment (NRC, 1994)

Igiene: interessi (vs. clinica)

IGIENE CLINICA

Oggetto di studio Salute Malattia

Campo di attività Popolazione Individuo

Metodo di osservazione

Epidemiologia descrittiva Semeiotica

Metodo di analisi Epidemiologiaanalitica Diagnosi