Urto efficace

Ieri ho assistito ad una rappresentazione di vari sketch ad opera di alcuni studenti, che hanno inscenato in maniera assai spiritosa il comportamento di Socrate. Le scenette erano ambientate di volta in volta in diversi contesti ed epoche storiche, spesso con un uso assai appropriato di espressioni dialettali che colorivano non poco la sceneggiatura. La mia collega di matematica e fisica a un certo punto mi ha detto: “vedi quante cose si possono fare in campo umanistico? E noi, invece, con queste materie aride …”. Niente di più sbagliato! Anzi, a volte la rappresentazione teatrale di contenuti scientifici può avere esiti sorprendenti.

Immaginiamo uno script (ovvero un copione con ruoli, condizioni in entrata, risultati, scenari, ..) tipico di un argomento scientifico (ad esempio uno dei tanti riportati in un libro che ho presentato qualche mese fa). Vediamo che lo script si presta ad attivare quelli che i glottodidatti chiamerebbero chunk linguistici ovvero parole che consentono agli allievi di operare anticipazioni utili alla comprensione di ciò che si sta analizzando. “Chunk” significa letteralmente “grosso pezzo”; immaginiamo dunque i chunk della lingua come tanti pezzi di legno utili per sorreggerci più facilmente nel mare dei contenuti, consentendoci di effettuare i rimandi da un contenuto all’altro. Più semplicemente, possiamo indicarli come “parole chiave” (anche se i glottodidatti non sarebbero d’accordo…).

I personaggi della scena descritta sono cinque: due allievi che, ridotti in dimensioni microscopiche, cercano di intrufolarsi all’interno di una cellula; tre allievi che fanno parte del doppio strato lipidico, la parte esterna della membrana cellulare che “decide” quali sono le sostanze che devono entrare e uscire dalla cellula.

SCRIPT: VIAGGIO IN UNA CELLULA

Scena:

Il sipario si apre su un doppio girotondo di allievi che si tengono per mano (due cerchi concentrici): stanno simulando il doppio strato della membrana cellulare. Entrano in scena due allievi (1 e 2) che si dirigono verso il doppio cerchio dei compagni per entrarvi dentro.

Allievo 2 (mentre cerca di trascinare l’Allievo 1, che resiste, attraverso la membrana cellulare): “Ecco! Stiamo per entrare dentro una cellula! Questa è la membrana cellulare!”

Membrana 1 (uno degli allievi in girotondo della membrana esterna): “Cosa credete di fare voi due? Non penserete mica di entrare, vero? Non è che qui si entra e si esce come si vuole!”

Membrana 2 (altro allievo con fare saputello): “Eccoli qua i soliti ignoranti: non sapete che la membrana cellulare è semipermeabile e perciò selettiva? Noi lasciamo passare in entrata o in uscita solo le sostanze … utili e strettamente necessarie, mentre voi … insomma: voi non siete i benvenuti!”

Allievo 2 (con atteggiamento rassicurante): “Ma noi non volevamo fare niente di male, volevamo solo …”.

Allievo 1 (visibilmente contrariato): “Parla per te! Io non volevo un bel niente!”

Allievo 2 (lanciando un’occhiataccia al compagno): “Volevamo solo entrare per vedere cosa succede là dentro, senza naturalmente disturbare le vostre attività.”

Allievo 1 (con aria tra il pentito e l’affranto): “Ma chi me l’ha fatto fare di seguire questo pazzo! Era molto più comodo dormire in classe facendo finta di stare attento!”

Membrana 3 (altro allievo con aria condiscendente): “Va beh! Se è per farvi diventare un po’ meno ignoranti, possiamo anche fare uno strappo alla regola, ma non possiamo farvi entrare così: dobbiamo prima ricevere l’OK dal nucleo, che è la nostra centrale operativa governata dal DNA: solo lui è abilitato a rilasciare i permessi speciali.”

Membrana 4 (ulteriore allievo): “Rivolgiamoci all’RNA messaggero. E’ l’unico che per lavoro entra ed esce indisturbato dal nucleo: affidiamogli l’incarico di parlare al DNA.”

Mentre i due visitatori si guardano perplessi e ansiosi, arriva una voce da dietro le quinte:

VOCE FUORI CAMPO (con tono stentoreo e un po’ cavernoso): “Permesso accordato!”

A questo punto gli allievi-membrana rompono il legame tra loro e gli allievi 1 e 2 entrano nella cellula mentre il sipario si chiude. La successiva scena si svolgerà all’interno della cellula.

Chunk linguistici più probabili: cellula, membrana cellulare, permeabilità/semipermeabilità, selettività, nucleo, DNA, RNA messaggero.

Un’attività del genere svela in modo particolare la sua efficacia nel momento in cui viene proposta in lingua straniera nell’ambito di uno scenario CLIL. Infatti una rappresentazione teatrale funge da memotecnica in un particolare contesto per esplorare un contenuto, stimolare la formazione di immagini mentali del materiale presentato e aumentare la probabilità di recuperare e distinguere dai “distrattori” i dati immagazzinati. Questo è particolarmente auspicabile nell’apprendimento di una lingua straniera perchè la rappresentazione consente di agganciare più facilmente la parola al suo specifico significato; sappiamo infatti che uno degli ostacoli all’apprendimento delle lingue risiede nel fatto che ad una parola possono essere associati significati diversi, spesso difficili da contestualizzare come nella nostra lingua madre. L’esempio proposto è particolarmente semplice, tanto che può essere applicato anche ad una classe di scuola media. Naturalmente la tecnica del copione si presta anche per argomenti più articolati. Attenzione però: un’attività del genere può facilitare la “digestione” di alcuni argomenti ed essere addirittura controproducente per altri; si rischia infatti di inscenare script originalissimi che però non sono volti allo scopo di facilitare l’apprendimento ma, al contrario, richiedono in partenza un apprendimento già strutturato per consentirne la creazione (caso assai frequente in matematica). In tal caso si avrebbe l’attivazione del procedimento inverso: prima l’assimilazione dei contenuti, poi la messa in scena. Lo scopo di una attività siffatta vuole invece essere quello di utilizzare lo script per creare tracce mnestiche attraverso intake che facilitino l’attivazione di determinati percorsi mentali, sì da ottenere la comprensione di contenuti attraverso un lessico usato in un contesto strategico. Questa operazione finalizzata all’apprendimento è tanto più semplice quanto meno astratti sono i contenuti. Tant’è vero che, da insegnante di chimica, ho proposto un argomento di biologia: il viaggio nella cellula. E’ relativamente facile recuperare (o inventare) dialoghi i cui personaggi sono composti ed elementi chimici, ma in molti casi ci si rende conto che proporre uno script del genere non aiuta a insegnare meglio la chimica; semmai la si deve già conoscere per inscenare il copione con consapevolezza. Anche per la fisica l’operazione risulta ardua, ancor più per la matematica. Quindi stiamo attenti a questi affascinanti metodi alternativi. Si rischia di sforzarsi molto, magari ottenendo un risultato originale in termini di rappresentazione, ma senza lasciare alcuna traccia mnestica nelle teste dei nostri allievi!

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Il CLIL (Content and Language Integrated Learning) è una metodologia di insegnamento di una disciplina non linguistica in lingua straniera. Insegnare con il CLIL è estremamente motivante sia per i docenti che per gli studenti: i primi devono possedere una formazione specifica, con particolare riferimento alla conoscenza delle lingue e alla glottodidattica; i secondi affrontano la sfida di apprendere dei contenuti in lingua straniera, abilità estremamente utile nel caso di un futuro soggiorno in una università estera o in programmi di life long learning durante la vita lavorativa.

Esiste un’ampia letteratura relativa alle strategie di apprendimento/insegnamento secondo il metodo CLIL. Qui ci limitiamo a qualche indicazione spicciola per i docenti che volessero cimentarsi con l’approccio CLIL nel corso di una lezione frontale. La comprensione dei contenuti veicolati in lingua straniera da parte degli studenti migliora se l’insegnante applica i seguenti accorgimenti:

• dare indicazioni orali sul contenuto all’inizio della lezione;
• dare delle indicazioni orali sull’ordine della presentazione dei contenuti della lezione;
• specificare gli obiettivi d’apprendimento della lezione;
• distribuire handout scritti  dei contenuti e/o obiettivi della lezione
• accompagnare la presentazione dei contenuti con: azioni, dimostrazioni, stimoli visivi;
• riassumere regolarmente;
• controllare per la comprensione;
• ripetere;
• riformulare;
• chiarificare (in base ad un quesito posto);
• incoraggiare studenti a porre quesiti;
• fornire aiuto con la lingua (fornire parole ed espressioni chiave, l’inizio di una frase, la prima frase di un  testo da elaborare per iscritto, ecc);
• far compilare agli studenti dei glossari;
• far aggiornare agli studenti un journal (diario di bordo) che indica cosa hanno imparato, le difficoltà, i loro punti di forza, ecc..);
• seguire il percorso metodologico:

i. attività di pre-lettura/ascolto per creare aspettative, fornire informazioni essenziali, attivare conoscenze pregresse, ecc;

ii. attività durante la lettura/l’ascolto, che consente di dialogare con i contenuti del testo, di sviscerare problemi concettuali e linguistici;

iii. attività post-lettura/ascolto, che permette allo studente di appropriarsi dei concetti e ad acquisire le competenze attese.

Limitiamoci a qualche esempio. Supponiamo dover impostare una lezione in inglese su struttura e funzione del DNA. Si potrebbe procedere in questo modo:

1. 1. si fornisce agli studenti una scaletta con gli argomenti principali della lezione;
2. 2. si pongono domande riprendendo alcuni concetti già affrontati oppure precedentemente delineati dal collega di biologia sul DNA (alcuni esempi nella nota a);
3. 3. si scrivono alla lavagna le parole chiave in inglese che scaturiscono dalle risposte alle domande (alcuni esempi nella nota b), invitando gli studenti ad annotarle nel glossario;
4. 4. si trattano gli argomenti secondo la scaletta;
5. 5. si chiede agli studenti di riportare una descrizione del DNA in inglese utilizzando le parole scritte alla lavagna e nel loro glossario (si concedono 7/8 minuti per la scrittura di 5/6 righe);
6. 6. si passa alla correzione degli elaborati.

nota a.

• What do you know about DNA?
• Who were the first scientists to find out about it?
• Why was this discovery important?
• What are the main features of  the DNA structure?
• Can you try to explain how it works?
• What do you know about DNA sequencing?
• What do you know about DNA fingerprinting?
• What does it mean “hereditary”?
• Can you name some important words to explain the DNA?

nota b.

chromosome, nucleic acid, deoxyribonucleic acid, genetic information, genetic code, gene, hereditary, structure, segment, cell, nucleus,  protein, RNA, sequence, polymerase, nucleotides, nucleoside, ester bonds, base, amino acid, transcription, synthesize, ribosome, genome, replication, divide, eukaryotic, cytoplasm, prokaryote, bacteria, chromatin, double helix, polynucleotide, sugar, phosphate,  adenine, cytosine, guanine, thymine.

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ChemCollettive è un sito che mette a disposizione una miriade di risorse per insegnare la chimica con impegnative e coinvolgenti attività on line, tramite laboratori virtuali, condivisione di esperienze, discussioni, dispense, giochi interattivi, ecc… Molto utili sono gli esercizi stechiometrici e i filmati che propongono interessanti lezioni animate. Non mancano i casi-studio, come Explore a Murder History, che mette alla prova la capacità di analizzare casi di chimica forense per arrivare a scoprire il responsabile di un delitto. E’ possibile scaricare gratuitamente un ricco laboratorio virtuale e visionare tutte le istruzioni per utilizzarlo al meglio.

Volete costruire una molecola di DNA? Osservare la sintesi delle proteine? Godervi un tour virtuale con vista su geni e cromosomi? Allora dovete assolutamente visitare Learn.Genetics, vincitore dello Science Prize for Online Resources in Education assieme a Teach.Genetics, che fornisce ulteriori strumenti e risorse ai docenti. Entrambi i siti sono stati progettati e costruiti dal Genetic Science Learning center dell’Università dello Utah.

PhET, inizialmente progettato per la fisica, ora propone percorsi molto interessanti anche di chimica e biologia. Il sito è ricco di simulazioni e di materiale di supporto ai docenti che vogliono utilizzarle al meglio: un esempio è dato dalla pagina di simulazione della scala del pH; come vedete c’è anche uno spazio apposito riservato agli insegnanti che vogliono proporre delle attività per pubblicarle e condividerle.

E’ incoraggiante tale fermento sulle risorse per la didattica on-line. Meno incoraggiante è constatare che i migliori prodotti del settore sono quasi sempre stranieri.

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Prima di riprendere il discorso sulle nanoparticelle vorrei soffermarmi sui vincitori dell’ultimo Nobel per la Chimica. I tre scienziati hanno condotto importanti studi volti a decifrare la struttura dei ribosomi (organi cellulari dal ruolo cruciale nella sintesi delle proteine) combinando tecniche di cristallografia a raggi X e di biologia molecolare. I particolari dettagliati delle ricerche potete leggerli qui. Le Scienze presenta così i tre vincitori:

Venkatraman Ramakrishnan, nato a Chidambaram, nel Tamil Nadu, in India, nel 1952, si è laureato in fisica nel 1976 presso l’Università dell’Ohio. Dirige la sezione di biologia molecolare del Laboratory of Molecular Biology, a Cambridge, in Gran Bretagna.

Thomas A. Steitz, nato a Milwaukee, nel 1940, si è laureato in biologia molecolare alla Harvard University nel 1966. Insegna biofisica e biochimica molecolare alla Yale University.

Ada E. Yonath, nata a Gerusalemme nel 1939, dal 1968 insegna biologia strutturale presso il Weizmann Institute of Science, a Rehovot, in Israele.

Da questa breve presentazione emerge che nessuno dei tre ha una formazione di base in chimica, almeno non nel senso classico del termine: abbiamo un fisico e due biologi. Ovviamente le cose stanno diversamente. D’altra parte non è la prima volta che noto come la mia rivista preferita di divulgazione scientifica eviti quando possibile di scrivere la parola chimica, persino nelle categorie degli articoli (ne ho già parlato in questo post); a quanto pare accade anche nella presentazione dei curricula. Comincio a pensare che nella redazione di Le Scienze ci siano pochi chimici! Polemica sterile? Credo di no. Le parole hanno la loro importanza. Nella breve descrizione del retroterra culturale dei tre Nobel si evidenzia come un fisico possa occuparsi di biologia molecolare (ovviamente non è la regola, ma accade spesso) fino a raggiungere il premio scientifico più ambito; si sottace invece che gli altri due scienziati sono chimici specializzati in questioni biologiche.

Allora, puntualizziamo gli studi dei tre:

Venkatraman Ramakrishnan ha conseguito un PhD in fisica (Ohio University) e ha studiato biologia dal ‘76 al ‘78 conseguendo un ulteriore titolo (University of California); successivamente ha svolto un post-doc al dipartimento di chimica della Yale University. Da allora lo scienziato ha condotto i propri lavori a cavallo tra biochimica, biofisica e biologia molecolare. Insomma, una formazione a tutto tondo.

Thomas A. Steitz ha studiato chimica al Lawrence College, e ha conseguito un PhD in biochimica e biologia molecolare alla Harvard University. Dunque non è del tutto fondato scrivere che Heitz si sia laureato in biologia molecolare: secondo la corrispondenza con il nostro sistema universitario lo scienziato si è laureato in chimica, mentre il dottorato di ricerca ha allargato i suoi orizzonti verso la biologia.

Di Ada E. Yonath non si specifica minimamente il suo background scientifico (invece di Ramakrishnan si scrive in modo esplicito che si è laureato in fisica!). Guarda caso la scienziata ha il CV più “chimico” dei tre; esso riporta un Bachelor of Science in chimica e un Master of Science in biochimica conseguiti all’Università di Gerusalemme (il Bachelor e il Master sono i corrispondenti della laurea triennale e specialistica italiana). La scienziata si è poi orientata verso un PhD sulla cristallografia a raggi X presso il prestigioso Istituto Weizmann. Dopo aver passato un perido all’estero (principalmente negli USA) Yonath è tornata in patria per continuare le sue ricerche (ah, chissà quale futuro Nobel italiano potrà mai fare un simile percorso!). Nella sua pagina personale potete osservare stupende immagini animate in 3D (con relative spiegazioni e il testo di alcune pubblicazioni) delle molecole studiate dal suo gruppo. Pochi ricercatori rendono pubblica la versione integrale delle loro pubblicazioni: Ada E. Yonath lo fa. Molto probabilmente gli articoli scientifici in pdf allegati vi risulteranno incomprensibili, ma guardandoli vi accorgerete delle stupende immagini molecolari colorate in essi riportate, un connubio di complessità e bellezza:

I giornalisti hanno scritto che Ada E. Yonath è la quarta donna alla quale è stato assegnato il nobel per la chimica. Nessuno ha ricordato un Nobel mancato, quello ingiustamente sottratto a Rosalind Franklin … Scomparsa a soli 37 anni a causa di un tumore, Rosalind, PhD in chimica fisica, riuscì per prima a ricavare le immagini della struttura del DNA tramite la cristallografia a raggi X. La giornalista Brenda Maddox ne ha tracciato la biografia in un suo libro dall’eloquente titolo, evidenziando come la sua condizione di donna, di ebrea e la sua breve esistenza le abbiano ostacolato la carriera che meritava.

Rosalind Franklin ha permesso la più grande rivoluzione scientifica del ventesimo secolo, il cui merito è andato tutto a Francis Crick e James Watson. Quest’ultimo mette in luce le dinamiche della scoperta nel suo libro La doppia elica, dove con disarmante sincerità parla della Franklin. Dopo aver scritto che la scienziata, allora assistente, desiderava condurre le ricerche sul DNA per conto proprio rifiutando di “mettersi al servizio” del suo capo (Maurice Wilkins), Watson si esprime in questi termini:

Bastava dare un’occhiata per capire che la ragazza aveva il suo caratterino. Di proposito non faceva nulla per mettere in rilievo la sua femminilità. Malgrado i lineamenti un pò marcati, non mancava di attrattive e avrebbe avuto il suo fascino se si fosse occupata un minimo del suo abbigliamento. Ma se ne guardava bene. Non metteva un filo di rossetto che facesse risaltare i capelli neri e lisci, e a trentun anni vestiva con la fantasia di un’occhialuta liceale. Si era indotti a credere che fosse il prodotto di una madre insoddisfatta, che avesse sottolineato esageratamente i vantaggi di una carriera per salvare una ragazza intelligente dal pericolo di sposare una nullità. Ma non era affatto così: la sua vita austera, tutta dedicata allo studio, non aveva assolutamente questa origine. Rosy proveniva da una famiglia di banchieri, colta e agiata. C’erano due soluzioni: o la ragazza se ne andava o la si metteva in riga. La prima soluzione era naturalmente preferibile perchè, dato l’umore bellicoso della ragazza, Maurice avrebbe avuto le sue difficoltà a imporsi e a continuare indisturbato i suoi studi sul DNA. E’ vero che a volte qualche motivo di lamentela le era riconosciuto: il King’s College, per esempio, aveva due sale di ritrovo, una per gli uomini e una per le donne; un’usanza medievale, d’accordo, ma la colpa non era di Maurice, ed era inutile che Rosy se la pigliasse con lui perchè, oltretutto, la sala delle donne era rimasta uno sporco buco, mentre si erano dati non poco da fare per rendere piacevole la vita a lui e ai suoi colleghi quando andavano a prendere il loro caffè mattutino.

Nello stesso libro Watson indica Maurice Wilkins come “uno scapolo che lavorava al King’s College di Londra”, senza soffermarsi sul suo aspetto fisico; eppure, guardate la sua foto nella pagina di Wikipedia: poteva essere più attraente della Franklin? Credo proprio di no! Mi risulta che neanche Watson e Crick fossero belli, anzi…. Finchè le donne saranno primariamente giudicate per il loro modo di vestirsi o di pettinarsi, per le loro attrattive fisiche o per il loro stato civile, non ci sarà quella parità di opportunità tra i sessi prevista dalla legge e spesso disattesa. Gli ostacoli esistono in ambito scientifico così come in politica e in tutti i settori di prestigio. Si tratta di un problema di mentalità; la ristrettezza di vedute è spesso smascherata da un certo tipo di linguaggio e di comportamento. L’abitudine di denigrare le donne sembra rafforzarsi piuttosto che affievolirsi. Credo non occorra riportare esempi….

Nel 1940 Rosalind scrisse una bella lettera al padre, da cui emerge il suo idealismo e la sua concezione della scienza. Il ritratto di Rosalind che traspare da queste righe è certamente molto più rispondente al vero delle pagine di Watson (peraltro vigliaccamente scritte senza possibilità di contraddittorio da parte della scienziata):

… Ovviamente il mio metodo di pensiero e di ragionamento è influenzato dall’allenamento scientifico – se così non fosse i miei studi scientifici sarebbero stati un fallimento ed una perdita di tempo. Ma tu guardi alla scienza, o almeno ne parli, come se fosse una sorta di invenzione immorale da parte dell’uomo. Qualcosa di diverso dalla vita reale, che deve essere guardato con prudenza e tenuto separato dalla vita di tutti i giorni. Ma la scienza e la vita di tutti i giorni non possono e non debbono essere separati. Per me la scienza fornisce una parziale spiegazione della vita. Essa è sempre stata basata su fatti, esperienze ed esperimenti. Le tue teorie e quelle della gente che la pensa come te sono più facili e più gradevoli, ma secondo me non hanno alcun fondamento, se non quello di portare ad uno stile di vita più piacevole (e ad una esagerata idea della nostra importanza). Credo che la fede sia importante per avere successo nella vita (successo di qualsiasi tipo), ma io non accetto la tua definizione di fede, cioè credere nella vita dopo la morte. Dal mio punto di vista, tutto quello che è necessario per la fede è credere che, facendo del nostro meglio, arriveremo più vicini al successo e che il successo delle nostre aspirazioni (il miglioramento della vita umana, presente e futura) valga la pena del nostro impegno. Chi crede in tutto quello che la religione implica deve ovviamente avere questo tipo di  fede, ma sono convinta che in questo mondo si possa avere fede anche senza credere nell’altro mondo…

A differenza di Rosalind Franklin, Ada E. Yonath proviene da una famiglia povera. Altre caratteristiche le legano: sono entrambe ebree, entrambre esperte cristallografe che hanno condotto le loro ricerche su importanti molecole biologiche. Yonath è stata più fortunata di Franklin, segno che in fondo la situazione delle donne nella scienza è migliorata. Ad ogni modo sarebbe un bel gesto, da parte della comunità scientifica, ricordare Rosalind Franklin in occasione di questo premio: si dovrebbe scrivere che Ada E. Yonath è stata la quarta donna a ricevere il Nobel per la Chimica, ma sarebbe stata la quinta se Rosalind Franklin avesse condiviso il premio con Watson e Crick per le sue ricerche di cristallografia sulla struttura del DNA.

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Ricordate quando ho parlato della fibrosi cistica? L’ articolo è stato preceduto da una breve spiegazione della sintesi delle proteine, per meglio comprendere i disordini metabolici ai quali va incontro chi è affetto da questa malattia genetica. Inoltre in un altro post ho anche parlato di una proteina fluorescente (la GFP) la cui scoperta è stata tanto importante da motivare un premio Nobel. Ho scritto della GFP senza sapere che la fluorescenza delle proteine mi sarebbe stata molto utile nel momento in cui avessi approfondito il discorso sulla fibrosi cistica.

Vi avevo accennato che due degli studenti presenti al congresso del 13 febbraio scorso sarebbero stati selezionati per partecipare a un ministage presso un laboratorio di ricerca. L’anno scorso ho portato gli studenti al CEINGE di Napoli: è stata una bellissima esperienza; avrei voluto ripeterla, ma quest’anno sono stata tentata di visitare il laboratorio di microbiologia dell’Università Roma 3, per cui ho preferito scegliere quest’ultimo come sede del ministage. Non me ne sono affatto pentita, anzi! I ricercatori ci hanno accolto con grande cordialità, soprattutto la dott.ssa Livia Leoni, uno dei coordinatori di un giovane gruppo alle prese con un ostinato batterio particolarmente aggressivo con i polmoni dei malati di fibrosi cistica. Durante la mattinata la dottoressa ci ha spiegato a grandi linee il progetto di ricerca sul quale il gruppo lavora, mentre nel pomeriggio gli studenti sono stati coinvolti in una semplice e originale esperienza di laboratorio correlata al contenuto delle ricerche. Per ora mi soffermo sulla parte teorica, in un prossimo post descriverò l’esperienza di laboratorio. Prima di proseguire vi consiglio di rileggere gli articoli del blog sopra citati. Se invece vi ricordate bene cos’è la fibrosi cistica e sapete già dell’esistenza delle proteine fluorescenti, possiamo cominciare.

Il batterio che la task force della dott.ssa Leoni cerca di combattere si chiama Pseudomonas aeruginosa (d’ora in poi lo indicherò come P.a.). Per capire le modalità di azione di P.a., dobbiamo pensare alla particolare situazione dei pazienti affetti da fibrosi cistica: costoro hanno infatti un muco polmonare particolarmente viscoso che ostacola il movimento dei batteri, possibile invece in un soggetto non patologico. Ciò aumenta considerevolmente le probabilità di infezione, ragione per cui i polmoni del 95% dei bambini affetti da fibrosi cistica vengono colonizzati da P.a. prima dei tre anni. Il meccanismo di selezione darwiniana ha reso P.a. particolarmente resistente agli antibiotici, che anzi possono danneggiare la normale flora protettiva con conseguente infezione cronica (di fatto l’infezione polmonare e le sue conseguenze costituiscono la principale causa di morte dei malati). I ricercatori stanno lavorando sulla terapia genica e farmacologica, ma occorrerà molto tempo prima di avere riscontri concreti. Le ricerche della dott.ssa Leoni mirano invece ad ottenere dei risultati a breve termine, poichè non agiscono sulle cause della fibrosi, ma cercano di ostacolare la crescita dei batteri una volta che questi si sono insediati; l’obiettivo è ambizioso, se si pensa che P.a. è provvisto di una eccezionale capacità di adattamento agli ambienti più disparati (suolo, palude, habitat costiero e marino, tessuti di mammiferi e insetti, ecc…), e costituisce la causa di una grande varietà di infezioni in pazienti immunocompromessi e ospedalizzati.

Noi siamo abituati a considerare i batteri come organismi semplici e poco evoluti; nulla di più sbagliato, se si pensa alla grande facilità con cui Pseudomonas “pianta le tende” negli ambienti più vari e al corredo genico che possiede: pensate, un “semplice” organismo come P.a. ha 5570 geni! Può quindi originare una grande quantità di proteine. Questa ricchezza di geni consente a P.a. di produrre:
1. fattori citolitici (rompono le membrane delle cellule dell’ospite);
2. fattori citotossici (provocano la morte delle cellule dell’ospite);
3. fattori di adesione (consentono di aderire al tessuto polmonare);
4. fattori infiammatori (stimolano il sistema immunitario causando la risposta infiammatoria);
5. fattori proteolitici (distruggono le proteine dell’ospite);
6. biofilm: è costituito da particolari polimeri (polisaccaridi) che proteggono la comunità batterica dall’attacco del sistema immunitario e dagli antibiotici. Se la lunghezza del batterio è dell’ordine di 1 micrometro, il biofilm che lo avvolge è di circa 100 micrometri! Si tratta quindi di una pellicola protettiva molto spessa.

Due importanti sistemi di controllo regolano la produzione dei fattori di virulenza e del biofilm:
a. risposta alla carenza di ferro: il batterio comincia ad aggredire quando percepisce la scarsità di ferro, elemento essenziale all’organismo umano in quanto entra a far parte della catena respiratoria. Questo metallo è nocivo per il batterio, ma purtroppo le dosi necessarie a sconfiggerlo sono tossiche per l’uomo;
b. Quorum Sensing (Q.S.): una determinata densità cellulare (il quorum) è legata al raggiungimento di una concentrazione critica di molecola segnale, che attiva l’azione nociva del batterio. In pratica, i batteri cominciano ad agire una volta raggiunto il numero necessario per contrastare il sistema immunitario.

Il furanone C-30 (la cui formula di struttura è raffigurata a lato) provoca inibizione del Q.S. nei topi: l’effetto è quello di ridurre il biofilm, che addirittura scompare in abbinamento con gli antibiotici. Ovviamente, una volta assente questo bozzolo protettivo, il batterio è molto più indifeso e facile da combattere. Purtroppo questa molecola è tossica per l’uomo, soprattutto alle eccessive dosi richieste (dell’ordine dei microgrammi su grammo di peso corporeo).
A questo punto avrete capito che si vuole evitare la carenza di ferro e inibire il Q.S. senza effetti nocivi sulla salute si deve trovare la molecola giusta. Come? Bel problema! I laboratori di ricerca e le case farmaceutiche hanno a disposizione un numero esorbitante di molecole, il problema è rappresentato dai tempi necessari per testarle; per questo motivo il progetto di ricerca del gruppo coordinato dalla dott.ssa Leoni mira a costruire un sistema veloce ed efficiente per il testing sfruttando la fluorescenza di certe proteine.

Il primo passo è quello di “costruire” ceppi ricombinanti di P.a.; si ottengono quindi dei batteri P.a. geneticamente modificati, in grado di produrre proteine fluorescenti nelle condizioni che rendono possibile la virulenza. Per ottenere il batterio geneticamente modificato si sostituisce uno dei geni responsabili della virulenza con un gene codificante la GFP. Sappiamo che l’attività del gene è condizionata da una regione del DNA (indicata come “regione di controllo”) che non codifica per alcuna proteina, ma che regola il comportamento della centrale di controllo della carenza di ferro e del Q.S.; se questa centrale di controllo viene disattivata da una particolare molecola, allora il gene della GFP sarà anch’esso inattivo, e i batteri non produrranno fluorescenza; ciò vuol dire che in queste condizioni l’attività virulenta sarà bloccata (in tal caso la molecola potrà essere presa in considerazione per ulteriori studi). Una eventuale fluorescenza dei batteri è invece indice di attività della centrale di controllo; ciò significa che in analoghe condizioni la virulenza è espressa.

Bisogna quindi trovare molecole che “spengano” la centrale di controllo, cioè quelle che non producono fluorescenza sul batterio geneticamente modificato. Come saggiare in modo veloce le varie molecole? Sono già disponibili sistemi automatizzati in via di miglioramento, nei quali inserire centinaia di microprovette per volta: le provette non fluorescenti saranno quelle in cui la molecola ha funzionato:

Purtroppo è molto più facile a dirsi che a farsi…Basta pensare che in P.a. esistono circa 100 geni regolati dalla carenza di ferro, e circa 400 regolati dal Q.S., con altrettante regioni di controllo. Il gruppo di ricerca si è prefisso di trovare la regione di controllo e il “gene reporter” che possano garantire al meglio l’affidabilità dei risultati sperimentali. Il compito è arduo, ma il gruppo della dott.ssa Leoni ha i numeri per affrontarlo: tra i ricercatori ci sono molti dottorandi e borsisti entusiasti che ci hanno fatto riflettere con i loro discorsi di giovani menti appassionate, alle prese con estrema precarietà, bassi stipendi e ritmi di lavoro pressanti; sanno che questo progetto di ricerca è reso possibile anche dai contributi raccolti nel corso delle attività di beneficenza organizzate dalle scuole (tra cui quelle degli studenti in visita); il reagentario, alcuni strumenti, i loro magri stipendi, sono il frutto del volontariato, che in parte supplisce all’atavica insensibilità della politica nostrana nei confronti delle scienze (ed io continuo a chiedermi se sia eticamente corretto affidare la ricerca, in particolare quella biomedica, alla buona volontà di pochi cittadini…). Hanno aggiunto che la ricerca finanziata con i fondi statali consente loro di lavorare con maggiore distacco emotivo, mentre la consapevolezza di essere pagati tramite iniziative di solidarietà rende il loro compito ancora più gravoso: in un certo senso i ricercatori si sentono maggiormente responsabili del tempo speso in laboratorio, e questo procura loro (immotivati) sensi di colpa quando, dopo una sfiancante giornata di lavoro, non ottengono i risultati sperati. Purtroppo la ricerca scientifica è un’attività dagli esiti imprevedibili, fonte di grandi entusiasmi ma anche di grosse frustrazioni. Essendo un’attività necessaria al bene comune ma ad alto rischio di insuccesso, sarebbe giusto affidarne il finanziamento allo Stato, lasciando ai privati l’opportunità di partecipare con il loro contributo. Purtroppo sappiamo tutti che la situazione è ben diversa.

P.S.: un grazie alla dott.ssa Leoni, che con le sua bella presentazione mi ha permesso di scrivere questo post!

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