Singapore!

Solitamente mi piace immergermi nei misteri della biofisica computazionale, tra algoritmi che sembrano formule magiche e modelli matematici che sfidano la realtà, anche se in teoria mi piacerebbe anche soltanto comprenderla. Questa volta però ho deciso di abbandonare (per un po’) la mia consueta "zona di comfort" dei codici e delle simulazioni. Recentemente mi sono trovato a Singapore, una città che sembra aver capito che l'apprendimento non deve essere solo un esercizio di memoria, ma una vera e propria esperienza partecipativa. Immaginate una lezione in cui gli studenti non sono semplici spettatori passivi, ma attori protagonisti, come se ogni formula diventasse un numero in un musical scientifico. In tre università ho potuto vedere dal vivo come metodi didattici innovativi trasfomino il tradizionale "teatro della lezione frontale" in qualcosa di dinamico e interattivo. E no, non vi chiederò di risolvere equazioni  per seguire il racconto, ma vi racconterò la mia avventura in questa metropoli di idee e innovazione, con qualche aneddoto e qualche battuta lungo il percorso. 

Benvenuti nell’era dell’esascala: quando i computer diventano supereroi della biofisica!

Immaginate di avere un computer così potente che, oltre a risolvere complessi problemi scientifici, potrebbe anche dirvi quante volte avete dimenticato le chiavi... e quante probabilità ci sono che succeda di nuovo. Ecco, questo è il calcolo esascala: la nuova frontiera tecnologica che sta rivoluzionando il mondo della biofisica computazionale. In un recente articolo pubblicato su Biophysical Journal, Marcelo Melo e Rafael Bernardi ci portano in un viaggio attraverso le incredibili opportunità e le sfide di questa tecnologia, spiegando cosa significhi questa rivoluzione per la biofisica computazionale, il ramo della scienza che usa i supercomputer per studiare i segreti più profondi della vita, come il comportamento delle proteine, il funzionamento delle cellule o perché il nostro corpo insiste a volerci svegliare prima della sveglia: no, quella è l’ansia, la conosco bene! 

Ma cosa è il calcolo esascala? Beh, se partiamo dal calcolo petascala, diciamo che l’esascala ne è il fratello maggiore palestrato: parliamo di computer in grado di eseguire un quintilione di operazioni al secondo. Per mettere in prospettiva, è come se ogni persona sulla Terra facesse un milione di calcoli... ogni secondo... contemporaneamente. Impressionante, no?

Simulare per curare: come la biofisica computazionale accelera la scoperta di farmaci

Siamo ormai a fine anno e colgo l'occasione per scrivere qualcosa di più generale, del tipo: per chi si fosse sintonizzato in questo momento... uno dei motivi per cui mi sono avvicinato pian piano alla biofisica computazionale sicuramente è la mia innata, conclamata, incurabile e ormai cronica ipocondria, che mi ha portato a studiare bugiardini dei farmaci sin da quando ero bambino, naturalmente avvertendone tutti gli effetti collaterali. I farmaci mi hanno sempre atterrito e affascinato, a partire dai rimedi naturali. Avevo letto che già nell'antica Grecia (per cui ho sempre avuto un fascino particolare) utilizzavano la corteccia del salice, perché permetteva di abbassare la febbre. Mi è difficile immaginare come l'avessero scoperto, probabilmente con qualcuno addormentato in un tempio di Asclepios che ha sognato questo miracoloso rimedio. L'idea delle pozioni magiche da un lato attirava la mia curiosità di bambino e adolescente, dall'altro stimolava la cocciutaggine di voler capire "ma perché funzionano?" e soprattutto "ne possiamo trovare anche di migliori? Magari per curare le malattie che oggi riteniamo incurabili?". Un gran contributo mi era offerto dalla fantascienza: tra le prime serie televisive, ho amato molto i Visitors (V, the Visitors) nella serie originale degli anni '80, con tute arancioni e occhiali a goccia in linea con la moda del periodo. Ad un certo punto i misteriosi e fin troppo umani visitatori (prima ancora che si scoprisse la loro vera natura lucertoloide) regalavano all'umanità una fiala con la cura per il cancro: una miscela verde in una provetta. Quanta ingenuità. Tuttavia a quella ingenuità e alla mia ipocondria ho spesso ripensato quando mi sono avvicinato alla biofisica computazionale. Siamo il risultato della nostra adolescenza, no?

I premi Nobel, la legge di Amara e il ciclo Gartner

Sono stati assegnati da pochissimo i premi Nobel per la Fisica e per la Chimica del 2024: entrambi celebrano i progressi nell'intelligenza artificiale (AI) e nei metodi computazionali che hanno profonde implicazioni per le scoperte scientifiche. Scherzando, ho detto che i Nobel sono stati assegnati da ChatGPT e anche sui social in effetti è comparso il meme con il Nobel per la letteratura assegnato proprio alla piattaforma che permette di dialogare con l'intelligenza artificiale come se fosse davvero un altro essere umano, dotato di saggezza e onniscienza. Con le dovute cautele, naturalmente. 

Il Nobel per la Fisica è stato assegnato a John Hopfield e Geoffrey Hinton per i loro lavori pionieristici sulle reti neurali artificiali. La ricerca di Hopfield ha introdotto i modelli di memoria associativa ed è per me un ricordo molto caro, dato che la mia modestissima tesi di laurea verteva proprio su questo argomento, con uno studio che tentava di trovare analogie con il comportamento del cervello umano nell'elaborare i ricordi attraverso i sogni e nei meccanismi ossessivi. Del resto, a 23 anni potevo anche sognare. E a 51 in realtà non ho ancora smesso. Sulle ossessioni preferisco sorvolare... Hinton ha invece contribuito con lo sviluppo della cosiddetta "macchina di Boltzmann", che ha aperto la strada a quello che oggi chiamiamo "machine learning" o apprendimento automatico. Il machine learning ha in effetti permesso ai sistemi di AI di riconoscere e generare schemi. Entrambi i contributi sono stati considerati fondamentali per le applicazioni di machine learning moderne, dimostrando come i modelli basati sulla fisica possano trasformare l'elaborazione dei dati e il riconoscimento di schemi ripetuti o pattern.

Il terzo incontro annuale sul progetto Mimosa: Göteborg!

Probabilmente questo post non sarà lunghissimo, ma riporta alcuni appunti che ho scritto all'aeroporto di Stoccolma, di ritorno dal terzo incontro annuale sul progetto Mimosa, di cui ho già parlato in post precedenti. Per chi le avesse perse, l'idea è quella di utilizzare un metodo piuttosto innovativo per determinare la struttura delle biomolecole, con particolare riferimento alle proteine. Si tratta dell'Atom Probe Tomography (APT) o Tomografia a Sonda Atomica (in italiano suona tutto un po' strano). Questa tecnica permette di determinare la posizione di ciascun atomo in un materiale con una precisione pazzesca, addirittura al di sotto del nanometro che è un miliardesimo di metro. Tradizionalmente questa tecnica è stata utilizzata soprattutto in metallurgia per studiare leghe metalliche e in scienza dei materiali per i semiconduttori, ma ultimamente ci sono stati diversi studi che hanno cercato di applicarla al campo delle scienze biologiche, ovvero alla determinazione delle strutture delle proteine o di complessi macromolecolari. In questo contesto, il potenziale dell'APT è davvero unico, perché consente di ottenere delle vere e proprie mappe tridimensionali che specificano dove ciascuna specie chimica si trova, atomo per atomo, pezzo per pezzo di un complicatissimo puzzle in tre dimensioni. Ma come funziona?

Trento 26-29 agosto 2024: Simulazioni biomolecolari alla mesoscala

Scrivo questo post dopo 4 giorni particolarmente impegnativi e ricchi di spunti di discussione: si è appena concluso un congresso organizzato a Trento da me e da alcuni miei colleghi: Sarah Harris dell'università di Sheffield, Angelo Rosa della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste, Ralf Everaers della Scuola Normale Superiore di Lione, Rommie Amaro dell'Università della California a San Diego e Garegin Papoian, dell'Università del Maryland. I partecipanti sono stati poco più di 50, provenienti un po' da tutta Europa, dagli Stati Uniti e dal Canada. La foto ritrae quasi tutti i partecipanti sul lago di Caldonazzo, dove si è tenuta la cosiddetta "cena sociale", per festeggiare la fine del congresso in un'atmosfera informale. L'aspetto sociale dei congressi scientifici è quasi sempre tenuto in poco conto, ma è fondamentale: molti film descrivono chi fa ricerca come una persona isolata che spesso lotta contro il mondo. Non è mai così, ma proprio mai: la ricerca nasce dal confronto, ma soprattutto nasce dalla capacità di gestire le avventure della conoscenza in gruppo. E' quindi fondamentale anche l'aspetto umano: chi lavora insieme deve anche piacersi, perché altrimenti è davvero difficile lavorare gomito a gomito e affrontare le difficoltà che la ricerca scientifica comporta. Sono però sicuro che molti di voi si staranno chiedendo: "Sì ma cosa diavolo è la mesoscala?"

Riflessioni islandesi: quanto può resistere la vita in ambienti ostili?

Scrivo questo post nei giorni immediatamente successivi al mio ritorno da un fantastico giro dell'Islanda, un'isola magnifica che avrei sempre voluto visitare, con il timore che mi sarebbe piaciuta così tanto da decidere di volerci tornare sempre. O chissà, viverci. In effetti, il giro mi ha procurato un'emozione costante di stupore di fronte allo spettacolo della natura: non è neanche un libro di geologia a cielo aperto, ma è un compendio di scienze naturali con incluse le attività di laboratorio, ovviamente tutto a cielo aperto! Tra una cascata e l'altra, tra ambienti che sembravano lunari e altri che sembravano marziani, ma che in fondo dicono che il nostro pianeta offre una tale varietà da lasciare senza fiato, mi ha colpito molto come la vita avesse trovato il modo di adattarsi anche alle condizioni più estreme. La resilienza, insomma. Ecco, l'Islanda è il posto che ti dice che la vita è resiliente e che anche la tua lo è: se la lasci fare, impara ad adattarsi anche alle condizioni più estreme, ai passaggi più complicati, perché alla fine, come amano dire gli islandesi, "þetta reddast", ovvero accettiamo l'incertezza della vita credendo che in qualche modo le cose si sistemeranno. E in Islanda, alla fine, tutto si sistema, in qualche modo. Quali sono però le caratteristiche che rendono la vita così resiliente? E la biofisica computazionale può dire la sua anche in questo ambito? Mi sono documentato perché mi hanno incuriosito anche i batteri che vivono in assenza di luce nelle grotte laviche, oltre a quelli che vivono nelle acque ricche di sali di zolfo, con quell'odore pestilenziale di uova marce. Parliamo quindi di batteri estremofili (che amano l'estremo) e di come facciano a sopravvivere anche in quelle condizioni. Cosa permette a questi batteri di sopravvivere? Naturalmente si tratta di particolari adattamenti delle proteine di cui sono costituiti.