È arrivato il periodo in cui si fanno i conti con gli obiettivi raggiunti e falliti di quest’anno cercando di porne di nuovi per l’anno che verrà.
In un certo senso anche la scienza fa questo esaminando quello che è stato il 2021 in termini di scoperte e di fallimenti.
In questo articolo vedremo il resoconto scientifico di quest’anno secondo la rivista Science.
La svolta dell’anno 2021: previsione delle strutture proteiche
Implicazioni della scoperta
La scoperta scientifica di quest’anno che si pone come svolta alle nostre conoscenze è l’algoritmo di intelligenza artificiale che può prevedere le strutture di proteine a partire da sequenze di amminoacidi.
Le proteine sono una delle strutture fondamentali e più importanti della biologia ed una scoperta di questo calibro può avere numerose applicazioni nei più disparati ambiti.
Si parla in sintesi di una scoperta che può veramente gettare le basi per miglioramenti in ambito medico, biologico e farmacologico.
La scoperta in breve
Le proteine hanno diversi ruoli negli organismi viventi e sono presenti praticamente in tutte le reazioni biochimiche.
Queste, tuttavia, partono con una catena lineare di massimo 20 diversi amminoacidi insieme ad una sequenza codificata di DNA.
Dopo l’assemblaggio, ogni catena di amminoacidi prende una struttura molto complessa.
La struttura di ogni proteina determina anche l’interazione con ogni altra molecola, definendone così il ruolo all’interno delle cellule.
Prevedere le strutture assunte da queste proteine è un ambito in cui le ricerche hanno avuto luogo fin dai primi anni ’50 e dove i ricercatori hanno incontrato numerose difficoltà.
La svolta è avvenuta nel 2018 con l’arrivo del software AlphaFold basato sull’intelligenza artificiale.
Questo programma sviluppato da un’azienda consociata di Google chiamata DeepMind, apprende a partire da database di strutture risolte sperimentalmente.
Nel 2020 il successore AlphaFold2 ha raggiunto risultati ancora migliori.
Questo software guidato da una rete di 182 processori ottimizzati per il machine learning ha raggiunto dei risultati paragonabili a quelli ottenuti con tecniche sperimentali.
A partire da questo risultato è stato possibile prevedere la struttura di numerosissime proteine e i ricercatori si aspettano di ottenere risultati sempre migliori nel prossimo futuro.
Attualmente AlphaFold2 è anche utilizzato dagli scienziati che studiano il SARS-CoV-2 per modellare gli effetti delle mutazioni nella proteina spike della variante Omicron.
L’intelligenza artificiale in ambito scientifico sta cambiando per sempre il panorama biologico e medico.
Seconda classificata: DNA antico proveniente dal suolo
Il DNA antico dei fossili ci ha permesso di risalire a numerose informazioni sullo studio dell’evoluzione umana e degli animali.
Recentemente gli scienziati hanno scoperto però un nuovo metodo per risalire al DNA antico.
Questa nuova fonte è basata sul suolo delle caverne.
Infatti è stato possibile ottenere del DNA a partire dallo “sporco” degli abitanti di queste caverne.
Già in passato alcuni studi hanno mostrato come il DNA può persistere per migliaia di anni in determinate condizioni, studi che recentemente sono stati utilizzati per ricostruire interi ecosistemi antichi anche in assenza di fossili.
Quest’anno gli scienziati hanno utilizzato il DNA nucleare per tracciare l’occupazione umana ed animale di tre grotte.
Queste tecniche stanno ancora migliorando e si spera di utilizzarle sempre più in futuro per scoprire i misteri che stanno dietro all’ascesa e alla caduta di specie antiche.
Fusione nucleare simile a quella del Sole per soddisfare bisogni energetici
Riuscire a produrre delle fusioni nucleari simili almeno concettualmente a quelle presenti nelle stelle è vista come una delle soluzioni al sempre crescente bisogno di energia.
Queste permettono di produrre una quantità enorme di energia in modo pulito.
In maniera più precisa, gli scienziati sono riusciti quasi ad ottenere il pareggio tra energia richiesta per innescare una reazione ed energia prodotta dalla reazione stessa.
I ricercatori della National Ignition Facility attraverso il laser a più alta energia del mondo sono riusciti a comprimere e a scaldare degli isotopi di idrogeno.
Questo metodo ad inizio anno è riuscito a produrre 170 chilojoule di energia da fusione per ogni impulso laser, quantità purtroppo di molto inferiore all’energia consumata dal laser di 1,9 megajoule.
Tuttavia già in estate il risultato ottenuto da uno dei tentativi è stato di 1,35 mega joule.
Il team adesso sta cercando di comprendere come modificare le condizioni di partenza per ottenere risultati sempre migliori e produrre sempre più energia.
Pillole antivirali per il Covid-19
È impossibile in questo periodo non parlare di Covid-19, infatti anche Science ha incluso delle scoperte relative all’argomento.
In particolare si parla di una scoperta che è giunta all’orecchio di molti e che ha una grande rilevanza per tutti.
Si parla infatti della scoperta degli antivirali e altri farmaci utili per far fronte alla pandemia di Sars-CoV-2.
Infatti a scendere in campo quest’anno sono state queste pillole antivirali che prevengono i sintomi e la morte se assunte all’inizio dell’infezione.
In particolare, l’antivirale di Merck, molnupiravir, riduce il rischio di ospedalizzazione o morte del 30% in individui ad alto rischio.
L’antivirale di Pfizer, PF-07321332, sembrerebbe ridurre l’ospedalizzazione dell’89% se assunta entro 3 giorni dai primi sintomi.
Molti paesi stanno pensando di utilizzare questi farmaci anche se non sono stati ancora approvati dalle autorità competenti, tuttavia si stanno aspettando ulteriore conferme.
MDMA come rimedio per il disturbo post-traumatico da stress
Sappiamo che le droghe psichedeliche hanno il potere di alterare i nostri sensi.
Perché allora non utilizzare questa proprietà per alleviare i disturbi delle malattie psichiatriche?
Fin ora pochi erano gli studi sull’efficacia di queste sostanze per i malati psichiatrici, tuttavia quest’anno arriva la svolta.
Infatti la metilendiossimetanfetamina (MDMA), chiamata comunemente ecstasy, ha avuto applicazione in pazienti con disturbo da stress post-traumatico.
Ovviamente quando si parla di queste sostanze entra in campo anche la cautela, soprattutto per quanto riguarda il rapporto dei risultati con “effetti accecanti e placebo”.
Gli studi sull’argomento sono tuttora in corso.
Anticorpi artificiali (monoclonali) per domare le malattie infettive
Gli anticorpi artificiali, anche chiamati monoclonali (mAbs), hanno rivoluzionato il trattamento di tumori, malattie autoimmuni, ma sicuramente ne abbiamo sentito parlare in ambito di malattie infettive.
Questi hanno avuto una grande risonanza mediatica a causa del loro effetto su SARS-CoV-2 e altri patogeni.
Gli anticorpi monoclonali sono sempre più diffusi ed utilizzati non solo per la battaglia contro il Covid-19, ma anche per l’HIV e l’RSV (virus respiratorio sinciziale).
Il lander della NASA scopre il nucleo di Marte
L’interno di un pianeta roccioso ci fornisce una quantità di dati incredibili sulla sua formazione, sui suoi moti interni e sulla sua composizione.
Prima di quest’anno i nostri punti di riferimento erano la Terra e la Luna.
Grazie alla strumentazione a bordo del lander InSight della NASA siamo riusciti ad ottenere numerose informazioni sul nucleo di Marte.
In particolare il lander è riuscito ad ottenere dati grazie ad alcuni terremoti, che hanno rivelato che la crosta del pianeta è più sottile di quella terrestre.
Questa crosta sottile avrebbe causato la rapida perdita del calore interno del pianeta.
Altre informazioni, invece riguardano il mantello che è risultato poco profondo, mentre il nucleo del pianeta occupa più della metà della profondità del pianeta rosso.
Inoltre, dalla massa del pianeta si è potuto evincere che il nucleo è liquido e meno denso rispetto a quanto si credeva precedentemente.
InSight si stima finirà la sua energia entro la fine del 2022, prima di allora ci si aspetta che possa darci altre informazioni.
Scoperta di una crepa nel modello standard della fisica delle particelle?
Un esperimento fisico ha dato un risultato che contraddice le attese.
Infatti in quest’anno è stato possibile misurare le proprietà magnetiche dei muoni, una delle particelle subatomiche elementari.
La discrepanza rispetto al modello standard è di 2,5 parti per miliardo e questo potrebbe segnalare la presenza di nuove particelle appena oltre l’orizzonte ad alta energia.
Tuttavia lo stesso giorno in cui gli sperimentatori hanno pubblicato il loro risultato, un team di fisici teorici ha pubblicato un calcolo che diminuirebbe la discrepanza fino a chiudere il divario osservato.
Adesso la ricerca si fonda su possibili nuove discrepanze del modello standard, in modo da trovare la tanto sperata nuova fisica.
CRISPR su organismi in vita
Lo strumento di modifica genetica CRISPR nel 2020 ha dimostrato di poter curare le persone con due importanti disturbi del sangue ereditari: l’anemia falciforme e la beta-talassemia.
Tuttavia questi trattamenti fino a questo anno sono stati svolti solamente in vitro.
La scienza quest’anno ha fatto un ulteriore passo avanti implementando CRISPR direttamente nel corpo umano.
In particolare, il trattamento ha ridotto una proteina tossica del fegato ed ha migliorato modestamente la vista in persone con cecità ereditaria.
Adesso si attendono nuovi risultati per i trattamenti basati su CRISPR in modo da poterlo utilizzare in futuro anche per altre patologie.
Ricerca sugli embrioni
La ricerca sugli embrioni può essere utile per comprendere le cause di aborti spontanei, difetti alla nascita e per migliorare le tecniche di fecondazione assistita.
In questo caso però le limitazioni etiche, pratiche e legali limitano gli studi con embrioni umani.
Alcuni scienziati facendo sperimentazione sui topi sono riusciti a far crescere gli embrioni per 11 giorni fuori dal corpo della madre.
Inoltre a maggio l’organizzazione internazionale che stabilisce le linee guida per la ricerca sulle cellule staminali ha allentato il suo divieto di coltivare embrioni umani in laboratorio per più di 14 giorni.
In futuro vedremo se ci saranno ulteriori sviluppi in questo ambito, anche se non sono da sottovalutare le limitazioni etiche quando si parla di questi argomenti.
Conclusioni
Siamo giunti alla fine di questo articolo ed abbiamo visto quali sono state le dieci più importanti scoperte del 2021.
Quali di queste pensi siano le più interessanti e che abbiano un maggiore impatto sulle nostre vite?
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