Giro, girotondo...

Come dimostra il mio google-coso qui accanto, sono tornato un po’ a girare per il mondo, uno degli aspetti più appaganti di questo lavoro in cui si decide “autonomamente” di continuare a studiare per tutta la vita, con l’idea di trasmettere ad altri e ad altre la stessa passione per lo studio e la stessa curiosità per il mondo. E proprio di questi miei viaggi ho deciso di parlare in questo post di ottobre, perché il mese appena trascorso è stato decisamente denso di spostamenti, la maggior parte per lavoro con un intermezzo di un weekend a Roma, un regalo che ho deciso di concedermi per ricaricarmi prima della partenza del semestre di fuoco, con il 90% del mio carico didattico concentrato tra settembre e dicembre e tantissime cose da sistemare. Avevo già parlato nell’ultimo post del ritorno in insolita collocazione post-pandemia del famoso workshop di Bressanone, giunto ormai alla settima edizione. Subito dopo ho partecipato, per la mia prima volta, al Congresso Annuale della Società di Biofisica Pura ed Applicata (SIBPA) che si è tenuto nella suggestiva San Miniato, in provincia di Pisa. Non sono socio della SIBPA da molto tempo (dal 2019): sono invece socio della Biophysical Society americana da molto più tempo, dal 2001. Il motivo per cui sono diventato prima socio della lontana Biophysical Society e poi della vicinissima SIBPA è indicativa dello stato della biofisica nei dipartimenti di fisica italiani.

I dati sperimentali parlano più forte dei modelli

Si tratta del titolo del mio contributo a due conferenze: nel momento in cui sarà pubblicato questo post, sarò esattamente in viaggio per la seconda, mentre la prima si è appena conclusa nella sempre splendida cornice di Bressanone (in fotografia). Il titolo in inglese in realtà è "Molecular Dynamics Simulations: experimental data speak louder than models" e l'ho scelto perché credo che descriva molto fedelmente la mia attività di ricerca, al momento... e forse anche finora, dato che ho sempre avuto una grande sensibilità per i dati sperimentali. Nelle mie presentazioni alle conferenze non ne parlo, ma in realtà ripensando al mio percorso di studi prima e dopo la laurea questa attenzione, o meglio curiosità, per il dato sperimentale ha sicuramente guidato le mie scelte verso la fisica applicata alla biologia. Sarà che entrando nel mio 50esimo anno di vita comincio a fare bilanci... comunque ho studiato in un dipartimento di fisica in cui la fisica delle particelle elementari era sicuramente l'attività principale e in un decennio (gli anni '90) in cui c'era una forte convinzione che gli studenti bravi fossero i teorici, con una contrapposizione netta tra teorici e sperimentali. Beninteso, a me la fisica teorica piaceva molto e in fisica sperimentale ero abbastanza una frana: mi piaceva analizzare i dati e scrivevo delle buone relazioni di laboratorio, ma con gli apparati sperimentali facevo più o meno gli stessi disastri che faccio in cucina sfidando spesso le leggi della fisica più elementari: ricordo ancora l'esperimento di Joule, in cui il risultato atteso per il rapporto tra calorie e joule era 4,186 ma le mie misure davano un incoraggiante 7,2 +/- 0,5...  roba che fusione fredda, levati proprio!

M'illumino d'immenso

“L’intero universo delle proteine”, “Abbiamo determinato la struttura di tutte le proteine”, “Niente sarà più come prima” e altri titoloni del genere hanno illuminato d’immenso la rete, rimbalzando da un profilo social all’altro, almeno nella bolla dei miei contatti. Purtroppo, non è stato lo stesso nel mondo dei media tradizionali: giornali (se non quelli specialistici) e televisioni erano troppo impegnati a seguire i valzer della campagna elettorale che sta rallegrando o intristendo queste calde giornate estive, secondo i punti di vista. Nel mio caso, mi spinge a spegnere tutto e uscire di casa. Il clamore social però si riferisce ad un nuovo gigantesco passo compiuto dall’intelligenza artificiale e in particolare dall’ormai noto AlphaFold di DeepMind: ha predetto la struttura di circa 200 milioni di proteine. 200 milioni: una cifra non è però indicativa se non è accompagnata da un confronto. E, per confronto, possiamo prendere il Protein Data Base che contiene, al momento, circa 200mila strutture determinate e risolte con metodi sperimentali, ovvero l’uno per mille delle strutture predette da DeepMind. In altre parole, vuol dire che i gingilli con cui ci siamo divertiti finora nelle nostre simulazioni al computer vanno ora moltiplicati per mille: si tratta davvero di esplorare l’intero universo attraverso un balzo in quello che qualche anno fa sarebbe stato considerato l’iperspazio. E per un bambino degli anni ’70 il salto nell’iperspazio si fa a bordo del Millennium Falcon, quindi userò i personaggi di Guerre Stellari per esprimere i miei punti di vista in proposito.

Il concerto dei Nuclear Pore Complexes

Con l’estate è un po’ esplosa la voglia di concerti all’aperto, comprensibilmente dati i due anni di pandemia. Mi è sembrato quindi opportuno prendere spunto dai concerti per descrivere un articolo che è recentemente apparso sulla prestigiosa rivista Science. Il concerto in questione è quello dei Nuclear Pore Complexes, ma non si tratta di un nuovo gruppo musicale a cavallo tra il rock e il progressive funk: si tratta invece di un complesso formato da circa 1000 proteine e con un peso molecolare di 120 milioni di Dalton (il Dalton corrisponde a un dodicesimo dell’atomo di Carbonio, quindi stiamo parlando dell'equivalente di 10 milioni di atomi di carbonio). Dal punto di vista della biofisica computazionale è quindi un oggetto mostruoso. Dal punto di vista biologico si tratta di una struttura molto importante: il complesso di queste proteine costituisce un foro sulla membrana che avvolge il nucleo della cellula e permette quindi il trasporto di materiale tra il nucleo e il citoplasma delle cellule eucariotiche (le nostre, per intenderci). 

Fisica della vita

"Physics of life" è il titolo di un lunghissimo e dettagliato documento redatto dalle Accademie Nazionali di Scienza, Ingegneria e Medicina degli Stati Uniti. Si tratta di un rapporto decennale appena pubblicato e tenta di raccontare una parte della fisica che ormai ha conquistato uno spazio che troppo spesso non è ben rappresentato nei nostri corsi di laurea. O almeno potrebbe essere meglio rappresentato. Si tratta appunto della fisica della vita, che però ormai ha diversi nomi, che includono la "Fisica Biologica" e la "Biofisica". La distinzione sui termini in realtà è solo semantica e, in effetti, si dovrebbe parlare proprio di "Fisica della vita" o della materia animata, se non fosse che invocare l'anima porta immediatamente a fare i conti con concetti religiosi che sono ben lontani dai campi di interesse e di indagine del metodo scientifico. Si tratta però di tracciare una mappa concettuale di argomenti che ormai sono diventati molto importanti anche per la nostra vita quotidiana: basta nominare l'epidemia di Covid-19, ma è davvero solo un esempio. Perché farlo? Non certo per tracciare confini che esistono soltanto nella mente di qualche burocrate ministeriale (siamo l'unico Paese che ha sviluppato un sistema di abilitazioni scientifiche divise su centinaia di settori e microsettori e che mette palette e regole sugli insegnamenti che costringono a slalom vertiginosi), ma per capire almeno di cosa si tratta, di cosa possiamo aspettarci nel prossimo futuro e di come fare per accelerare o, almeno, assecondare questi processi che sono comunque in corso. E' un rapporto di 315 pagine e non pretenderò di farne un riassunto in questa puntata, però mi piacerebbe prendere qualche spunto di riflessione, ripromettendomi di discutere tutte le implicazioni nei prossimi anni (è un rapporto decennale, c'è tempo).

Punto. Due punti. Ma sì, fai vedere che abbondiamo.

Ho recentemente letto un articolo di rassegna a firma di numerosi autori, tra cui, in particolare la professoressa Tamar Schlick della New York University. In effetti, l'articolo è partito proprio da quello che un tempo in Italia sarebbe stato chiamato un "seminario di studio" e che oggi si è evoluto in una delle metodologie didattiche innovative di cui mi sto occupando da un po' di tempo e che spero anche di implementare presto nei miei corsi universitari, un po' alla volta. La professoressa Schlick è molto nota nel campo della biofisica computazionale, sia per le sue ricerche, sia per il suo contributo a fare spesso il punto della situazione nel campo. Il punto e i due punti, un po' come Totò e Peppino nella celebre scenetta della lettera. Di Tamar, ad esempio, è un libro di testo che continuo a consigliare per gli studenti e le studentesse del mio corso di Computational Biophysics qui a Trento che vogliano approfondire la materia. Tamar è partita da un questionario, in cui chiedeva ai suoi studenti di riportare le loro impressioni sui lavori che ritenevano più rappresentativi del campo, sui successi e sui fallimenti che sono stati realizzati e percepiti dall'intera comunità, su quali ritengono siano le linee più promettenti al momento e quali i problemi ancora irrisolti. Naturalmente non si tratta di studenti di un corso di laurea triennale e neanche dei miei studenti della magistrale, ma immagino si riferisca agli studenti del suo laboratorio, quelli che da noi sarebbero i dottorandi. Si tratta di un esercizio che Tamar ha semplicemente ripreso e attualizzato, ma ne aveva già realizzato uno simile più o meno una decina di anni fa. L'articolo è stato pubblicato su una rivista che continua a regalarmi spunti interessanti, ovvero l'Annual Review of Biophysics, con la data di febbraio 2021. E' un articolo lungo, per cui ne darò un quadro molto ridotto, soprattutto relativo agli aspetti meno tecnici che mi hanno portato a riflettere.

Dal planetarium al simularium: il computer come mezzo di rappresentazione della realtà

Mi hanno sempre affascinato i planetari e ne ho visti alcuni davvero molto belli, soprattutto negli Stati Uniti. Si racconta che il primo a costruirne uno sia stato Anassimandro di Mileto, addirittura nel VI secolo a. C., dunque più di 2500 anni fa. Il tentativo di riprodurre la volta celeste su una sfera ha quindi una storia molto lunga e oggi si possono ammirare anche alcuni planetari in Italia, anzi devo ripromettermi di visitarne un po' nelle mie scorribande in treno per la penisola. I planetari moderni però sono soprattutto disponibili online o con app che possiamo installare sugli smartphone di ultima generazione. Una delle caratteristiche più interessanti dei planetari che oggi sono realizzati mediante software dedicati è la possibilità di vedere non soltanto la volta celeste e riconoscere la costellazione che stiamo ammirando in una notte stellata, ma anche poter realizzare un ingrandimento della porzione di cielo a cui siamo interessati e guardare più da vicino pianeti bellissimi come Giove e Saturno, per esempio. I dettagli con cui oggi possiamo ammirare questi corpi celesti sono frutto delle conoscenze che si sono accumulate nei secoli e soprattutto negli ultimi decenni. Qualcosa di simile però sta accadendo anche in biologia, sia per quanto riguarda i metodi che consentono di ottenere immagini dirette dell'interno della cellula, sia per i software dedicati alla visualizzazione di molecole, proteine e complessi macromolecolari. Molto recentemente è stato messo a punto e proposto un Simularium, ovvero un software che permette a tutti di visualizzare i risultati delle simulazioni, proprie o altrui.