Nanocanali artificiali: quando la biologia aiuta l'ingegneria

Ricordo ancora i pomeriggi passati sul mio libro di biologia del liceo, di cui conservo gelosamente una copia storica in ufficio: complice un professore di scienze non proprio chiarissimo nelle spiegazioni (in realtà mai si è capito perché insegnasse una disciplina per la quale non mostrava alcuna passione) e la totale assenza di equazioni, la materia mi sembrava affascinante, ma incomprensibile a tratti. In particolare c'erano passaggi logici che proprio non riuscivo a vedere: tipo la struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria (!) delle proteine. Il libro infatti parlava di struttura primaria come struttura unidimensionale: intendeva la sequenza di amminoacidi, come per fortuna ho compreso dopo aver concluso il liceo, ma quel 15enne che sarebbe diventato il me stesso attuale (perdendo tantissimi capelli) era anche estremamente rigido sui concetti matematici e non riusciva proprio a far suo il concetto di una struttura in una dimensione! Per spiegare poi la relazione tra DNA, RNA e proteine, faceva esempi con i mattoncini LEGO che per me risultavano ancora più ostici: come facevano questi mattoncini ad autoassemblarsi formando le strutture ternarie (le uniche che capivo perché erano in tre dimensioni, secondo il libro) e soprattutto le maledette quaternarie? Ma poi una struttura quaternaria non sarà mica una ternaria che evolve nel tempo? Grande Giove!

Too big or not too big?

Mi perdoni il celebre bardo per aver preso in prestito la sua frase, rappresentazione emblematica del dubbio: quello amletico, appunto. L'occasione è un articolo apparso da poco sulla prestigiosa rivista Nature Communications, a firma di Juan R. Perilla e Klaus Schulten, quest'ultimo purtroppo scomparso alla fine del 2016. L'articolo riguarda l'oggetto qui a lato, che da lontano sembrerebbe un innocuo fagiolo e invece ha ancora una pericolosità mortale. Si tratta infatti del capside virale dell'HIV, ovvero del guscio che racchiude l'acido nucleico che permette al virus dell'HIV di "dirottare" (il termine inglese è proprio hijack) il complesso macchinario delle nostre cellule e di trasformarle in fabbriche di nuovi virus HIV, pronti a diffondersi nell'organismo o a contagiare altri organismi. Non sono un biologo e quindi non mi addentrerò nella spiegazione di come tutto questo sia possibile, ma la sigla HIV è un acronimo dei termini inglesi per "virus dell'immunodeficienza umana" ed è l'agente responsabile della condizione medica tristemente nota con la sigla AIDS (sindrome da immunodeficienza acquisita).

Trento chiama Innsbruck, rispondi Innsbruck

Questo mese prendo in prestito un telefilm che è molto famoso per quelli della mia generazione o con qualche anno in più, il celebre Mork & Mindy, con uno straordinario Robin Williams nei panni di uno strampalato extraterrestre (Mork, appunto). Ogni volta che Mork si trovava in difficoltà nel comprendere gli umani, chiamava mentalmente il leader della propria gente, di nome Orson, con la celebre formula: "Mork chiama Orson, rispondi Orson". E insieme disquisivano di quanto fossero strani "questi umani" che però erano così somiglianti agli alieni in tanti aspetti, incluso quello fisico. I colloqui si concludevano sempre con un saluto molto caratteristico, che diventò subito una moda tra i bambini di allora (naturalmente ero uno di loro), il celeberrimo "nano-nano". Visto con gli occhi di oggi, sembra quasi un'allusione alle nano-tecnologie di cui sentiamo tanto parlare.

Il fascino discreto dell'elettrostatica

Il fascino discreto della borghesia, L. Buñuel, 1972

“Il fascino discreto della borghesia” è un film del 1972 del regista spagnolo Luis Buñuel. Si tratta di una pellicola del tutto surreale, e forse è questo il motivo per cui ne resto sempre affascinato, a tal punto che non riesco a smettere di guardare il film quando mi imbatto per puro caso in un suo passaggio televisivo. Lo prendo a pretesto per il post di questo mese perché uno dei suoi aspetti più interessanti è proprio il linguaggio usato da questa classe borghese, fatta di uomini e donne in apparenza molto distinti, eleganti e molto legati a un insieme di regole e convenzioni che li definiscono come tali. Tuttavia quasi tutti i personaggi nascondono segreti inenarrabili, sono in realtà maschere ipocrite di una realtà ben più complicata, continuano a recitare questo ruolo anche piuttosto affascinante nelle situazioni più surreali: emblematica, a tal proposito, la scena che scaturisce da un apparente malinteso per un invito a cena e si conclude in un ristorante in cui si sta vegliando il proprietario morto. Nessuno di loro mostra il benché minimo dispiacere per il proprietario, se non il disappunto perché non potranno essere serviti come il loro rango richiederebbe.

Che la Forza sia con te! Sì, ma quale?

Per questo mese, prendo in prestito il mitico Maestro Yoda di Guerre Stellari: Lucas non me ne vorrà (spero). L'idea è cercare di spiegare i "Force Fields" che in italiano tradurrei con campi di forza. E per farlo devo partire da molto lontano, spiegando cosa intendiamo per forze quando parliamo di biofisica computazionale.

Il rapporto di ognuno di noi con la fisica non è mai banale: ad esempio il mio, contrariamente a quanto si possa immaginare, non è stato certamente un amore a prima vista. Certo, le statistiche sugli amori a prima vista sono talmente impietose che forse è stato un bene che mi sia appassionato realmente alla fisica solo dopo essermi iscritto all'università, visto che ormai stiamo per tagliare il traguardo delle nozze d'argento. Indipendentemente dal rapporto che con la fisica abbiamo avuto, il concetto di forza è piuttosto intuitivo.

Si fa presto a dire struttura

Nel post del mese scorso, ho cercato di descrivere il problema del protein folding, ovvero come

Strutture presenti nel PDB al 2014. Evidenziate: 1. mioglobina;  

2. primi enzimi; 3. RNA di trasporto; 4. virus; 5. anticorpi; 

6. complessi DNA-proteina; 7. ribosomi; 8. chaperoni. 

una proteina riesca a ripiegarsi per raggiungere il suo stato nativo, che le consente di svolgere il compito per il quale l'evoluzione l'ha selezionata. Lo stato nativo è però la struttura di una molecola molto grande, che non può essere fotografata. Determinare queste strutture non è mai stato impresa facile e non lo è ancora oggi, nonostante le quasi 130 mila strutture note (fonte: Protein Data Bank). Nella figura qui a lato è riportata la statistica del numero di strutture presenti nella banca dati Protein Data Bank, detta anche PDB. In realtà il PDB contiene non solo strutture di proteine, ma anche complessi di proteine con acidi nucleici (DNA e RNA) e strutture di acidi nucleici (soprattutto RNA), come è possibile vedere in figura (fonte: San Diego Supercomputer Center). Ma come si ottengono queste strutture? Non riuscirei ad essere esaustivo, ma provo a descriverlo a modo mio. L'obiettivo è far capire dove può (e deve) intervenire la biofisica computazionale.

Pizza, birra e protein folding

L'idea del post di questo mese mi è venuta davanti a una pizza con il mio Sprachpartner del corso di tedesco, Gerald (sarebbe il tizio che ascolta i miei errori e tenta anche di rispondere facendo finta che io ponga domande sensate in tedesco). Gerald studia ingegneria ambientale, ma è molto affascinato dalle scienze in generale, e dalla fisica in particolare. Incuriosito dalle mie ricerche, ha cominciato a pormi una serie di domande sui polimeri e sulle proteine. Nel descrivergli alcuni dei concetti base, mi sono reso conto che stavo comunicando tutto con una passione che ha finito per travolgere anche il mio malcapitato interlocutore, che tuttavia continuava a pormi domande, meravigliato anche del fatto che questo campo di ricerca fosse così vivace. Il problema è il ripiegamento delle proteine, noto anche come "protein folding", ed è proprio uno dei campi di ricerca in cui la biofisica computazionale ha giocato (e gioca tuttora) un ruolo da protagonista.