Capire la cellula: il futuro della biologia strutturale

Questo post è il risultato di due coincidenze: la recente pubblicazione di un articolo di rassegna sulla rivista "Cell" con questo titolo molto accattivante e la nuova avventura didattica che sto per intraprendere. Marzo coincide infatti con la cosiddetta "programmazione didattica", ovvero il momento in cui l'intero dipartimento decide chi terrà quali corsi. Con il mio nuovo incarico da direttore sarebbe risultato un po' complicato proseguire con il mio corso di Fisica Medica per gli studenti e le studentesse del corso di laurea in Medicina e Chirurgia. Allo stesso tempo, il pensionamento di un mio collega lascerebbe scoperto il corso di Fisica per gli studenti e le studentesse del corso di laurea in Scienze e Tecnologie Biomolecolari. Di fronte a questo doppio invito del destino, mi sono detto che era ora di rendere ancora più concreta questa mia (insana?) passione per la biologia, provando per la prima volta ad insegnare la fisica agli studenti e alle studentesse di un corso di laurea che fa parte della classe di Biotecnologie. L'obiettivo? Convincerne una parte ad affrontare le nuove sfide della biologia quantitativa: per poterlo fare, ci vuole in effetti qualcuno che abbia una sensibilità verso la nuova biologia strutturale, che porti avanti una visione in cui la fisica non è più un ostacolo sulla via della laurea, ma un aiuto prezioso per poter comprendere la direzione in cui la biologia strutturale sta andando. E qual è questa direzione? Provo a raccontarlo qui, facendo un riassunto molto semplificato dell'articolo che invito comunque a leggere.

Perché Bressanone è Bressanone!

Sì, esatto, proprio nella settimana in cui l'intera Italia è bloccata su Sanremo, un bel pezzo della comunità italiana che si occupa di fisica delle biomolecole si ritrova a Bressanone, per il Workshop sulla "Fisica delle Biomolecole: struttura, funzione e dinamica". E, come ho risposto all'invito degli organizzatori, non potevo mancare: perché Bressanone è Bressanone! Ne avevo già parlato qui sul blog, in occasione di altre edizioni: si tratta di una conferenza che si tiene ogni due anni, organizzata da due miei amici dei tempi del dottorato, Guido Tiana dell'Università di Milano e Antonio Trovato dell'Università di Padova. Era nato nel 2010 come un ritrovo tra persone che si conoscevano e i loro collaboratori sparsi, con l'obiettivo di riuscire a fare "massa critica", a creare una rete di collaborazioni per studiare la fisica delle proteine coniugando i modelli dei fisici teorici e gli esperimenti dei biofisici, dei biologi e dei biochimici. Un settore quindi intrinsecamente interdisciplinare, in cui il problema principale, come sempre, è trovare un linguaggio comune. Siamo giunti all'ottava edizione di questo che per me è un po' un festival, anche perché cade spesso in coincidenza con il più famoso festival canoro. Quest'anno, dall'Università di Trento, siamo andati praticamente in squadra. E, come si può vedere dalla foto qui a lato, naturalmente ero il più anziano: ma va bene così, anche perché mi sono davvero divertito con i ragazzi e le ragazze del nostro laboratorio allargato, ma soprattutto ho imparato tanto dal confronto con i loro punti di vista. E io, finché c'è da imparare, mi sento vivo e addirittura anche un po' (più) giovane!

Le sfide del 2024

Quello che è appena iniziato non è un anno: è un'entusiasmante sfida, quasi a voler esorcizzare il fatto che il compleanno appena passato abbia segnato una cifra tonda che costituisce uno spartiacque in cui davvero nessuno potrà più dirmi "sei ancora giovane". Perché fisicamente non lo sono. Ma Rita Levi Montalcini diceva "Il corpo faccia quello che vuole. Io non sono il corpo: io sono la mente." E quindi il corpo ormai si è beccato la presbiopia e una serie di stanchezze di cui qualche anno fa non conosceva neanche l'esistenza, ma la mente accoglie le sfide con il coraggio e anche la sfrontatezza di due 25enni, uno magari un po' più serio, ma l'altro perennemente in vena di divertirsi e far divertire, in una combinazione che fa sì che io mi diverta lavorando, e lavori divertendomi. Anche quando le cose si mettono male, o forse proprio quando le cose si mettono male: l'ironia per me è sempre un'ancora di salvezza.

High throughput: cosa, come, quando e perché?

Si sente spesso parlare di metodi high throughput, anche in biofisica computazionale. Ma cosa si intende davvero per metodi high throughput? Sono davvero parte della biofisica computazionale, ammesso che sia possibile stabilirne i confini? E se questi confini esistono, e i metodi high throughput dovessero finire fuori, quanto fuori sarebbero? Ho deciso di rispondere a tutte queste domande, anche se devo premettere che la mia resta sempre una visione molto personale e non ha alcuna pretesa di verità assoluta, ammesso che ne esista una in un campo scientifico così vivace. Vado però con ordine, perché parlare di metodi high throughput richiede almeno una definizione: in generale, per high throughput si intendono tutte quelle analisi scientifiche in grado di svolgere test su un numero molto grande di dati in un tempo ristretto grazie a macchinari e/o strumentazioni automatizzate. La definizione (di wikipedia) però non permette di capire a cosa si riferiscano nel campo della biofisica computazionale.

Biofisica computazionale e medicina di precisione: questo matrimonio s'ha da fare!

Nella mia erratica carriera in biofisica computazionale, mi sono spesso lasciato trascinare dalla curiosità. Sì, negli articoli scrivevo che quel particolare studio avrebbe potuto offrire nuovi punti di vista per comprendere un meccanismo di funzionamento di una proteina, ma non ci credevo poi tanto. Con la maturità ho cominciato a chiedermi: ma poi, alla fine, di questi dettagli con l'amminoacido X che fa un ponte salino con l'amminoacido Y, a chi importerà? Quale sarà il valore aggiunto? E' una domanda che ho anche posto spesso ai miei colleghi con una preparazione più specifica nelle scienze della vita: la risposta era sempre che comprendere i meccanismi molecolari avrebbe potuto aiutare a trovare dei farmaci, o a capire perché certi farmaci funzionano e altri no. Per un ipocondriaco come me, questa risposta mi restituiva il sorriso e stuzzicava la mia curiosità, che in realtà non ha bisogno di essere stuzzicata perché ha sempre dominato la mia vita, le mie scelte e le mie sfide. E meno male: altrimenti con le paure che ho, sarei rimasto fermo. Ma sto divagando. Il punto è che nei giorni scorsi ho avuto modo di riflettere sulla medicina di precisione e voglio riportare qui alcune delle mie osservazioni, nella speranza di averci capito qualcosa, ma soprattutto con il desiderio di confrontarmi su queste tematiche con chi ne sa più di me.

PIN, ovvero facciamo rete!

No, tranquilli, non è il fastidiosissimo Identificatore Numerico Personale che dobbiamo inserire per qualunque attività online, ma sarebbe al plurale, perché questo mese ho deciso di parlare delle Reti di Interazioni nelle Proteine, ovvero Protein Interaction Networks, le PIN appunto. Anzitutto, bisogna fare attenzione a non confondere le PIN con le PPIN: le prime sono le reti individuate dalle interazioni all'interno delle proteine, mentre le seconde sono le Protein-Protein Interaction Networks, ovvero le reti formate da interazioni tra proteine. Le PIN si riferiscono ad un'unica struttura proteica (o a un agglomerato di proteine, un complesso macromolecolare), mentre le PPIN si riferiscono proprio all'organizzazione delle proteine a formare una rete all'interno della cellula, con ciascuna proteina che può influire su tante altre e tutte insieme fanno funzionare (o non fanno funzionare, in caso di malattie) le nostre cellule. Per le PIN spesso si preferisce usare il termine PSN che sta per Protein Structure Networks, in quanto si parla di reti strutturali delle proteine. Tuttavia il termine PSN restituisce un'immagine piuttosto statica, mentre le PIN a cui vorrei riferirmi in questo post sono reti dinamiche di interazioni. Si tratta di una tematica che è cresciuta moltissimo, partendo dalla teoria delle reti, a sua volta figlia della teoria dei grafi in matematica. A partire dai primi tentativi (soprattutto all'inizio degli anni 2000), la teoria delle reti è stata applicata a tantissimi sistemi, tutti complessi e infatti la società di riferimento per questi lavori è proprio la Società per i Sistemi Complessi. Ma perché rete? E come si costruisce una rete in una proteina?

Una mimosa in giro per l'Europa: collaborare per costruire

Il post di questo mese è dedicato al secondo incontro per la collaborazione MIMOSA, finanziata dall'Unione Europea, di cui avevo già parlato in post precedenti. Il primo incontro era un cosiddetto kick-off, cioè un incontro per far partire il progetto e si è tenuto a Rouen proprio un anno fa. Questa volta toccava a noi qui a Trento organizzare l'incontro: non è la prima volta che mi accade di organizzare workshop, scuole, meeting e congressi da quando sono qui (e sono "solo" 7 anni), ma questo era un po' particolare, perché aveva proprio come obiettivo fare il punto della situazione all'interno della collaborazione e capire cosa è stato fatto finora e, ancora più importante, cosa fare adesso. Per questo motivo abbiamo preferito anche un'organizzazione un po' insolita rispetto alle conferenze abituali: il primo giorno è stato dedicato all'esposizione dei risultati ottenuti dai singoli gruppi con le classiche relazioni e le onnipresenti slide, ma il secondo giorno è stato completamente occupato da un tavolo di discussione proprio per cercare di capire quali sinergie possono emergere e come costruire i prossimi passi in collaborazione.