Urto efficace

Quando ho spedito curriculum e lettera di motivazione non ci contavo molto. Invece mi sbagliavo! Sono stata selezionata tra i trenta insegnanti provenienti da tutta Europa per seguire l’EIROforum Teachers School 2011 nell’area di ricerca di Grenoble, che i francesi chiamano “poligone scientifique” per indicare la presenza di più enti: ILL, ESRF, EMBL. Noi insegnanti abbiamo avuto l’opportunità di parlare faccia a faccia con ricercatori che lavorano in settori di punta e di seguire vari tutorial utili per l’attività in classe.

Esperienze come questa lasciano sempre un segno, non solo dal punto di vista delle ricadute professionali: queste si intrecciano inevitabilmente con le relazioni umane che si instaurano seppure nell’arco di pochi giorni, relazioni spesso foriere di fruttuosi rapporti di collaborazione. Non essendo nuova a questo tipo di esperienze so bene che è talvolta più facile avviare un progetto con colleghi che vivono all’estero piuttosto che con quelli del proprio istituto! È paradossale, ma è così: molti colleghi stranieri con cui ho trascorso questi ultimi giorni me lo hanno confermato… (la foto mi ritrae con una simpaticissima e attivissima insegnante di chimica rumena, Lidia Minza). Per fortuna nell’era di internet tutto è possibile, anche rinnovare la didattica mettendo in contatto studenti e insegnanti di diverse nazioni, perchè l’Europa non rimanga un concetto che si concretizza solo nella moneta unica. I corsi seguiti sono stati caratterizzati da un approccio decisamente interdisciplinare: le conoscenze di fisica sono infatti necessarie per comprendere i principi e la strumentazione su cui si basano le tecniche di indagine di molecole e materiali utilizzabili nel campo delle scienze della vita, ad esempio nella ricerca farmacologica. Non a caso l’evento è stato denominato Physics and Chemistry of life. Prima di descrivere le attività nelle quali ci siamo cimentati, facciamo luce sulle sigle riportate.

ILL

L’ILL è l’Istitut Laue-Langevin, dal nome di due fisici: uno tedesco, Max von Laue, e uno francese, Paul Langevin. Il primo ricevette il premio Nobel nel 1914 per aver dimostrato la diffrazione di raggi X dai cristalli, una scoperta all’origine di tutti i numerosi metodi di analisi basati sulla diffrazione. Il secondo, un pioniere della ricerca atomica appartenente alla squadra capeggiata dai celebri coniugi Curie, era uno specialista in magnetismo, ultrasuoni e relatività; i suoi studi sono stati determinanti per la realizzazione dei primi reattori di ricerca. L’ILL, leader mondiale nel campo delle tecniche neutroniche, ha raccolto l’eredità di questi due scienziati: è infatti dotato della sorgente di neutroni più intensa al mondo, preziosissima per chimici, fisici e biologi che vogliono indagare nel cuore della materia. In basso alcune foto dell’ILL; la prima ritrae il reattore di forma circolare del modellino protetto da una teca di vetro presente nella sala ricevimenti; nella seconda è visibile, sempre nel modellino, la scia illuminata che indica il flusso dei neutroni, i cui condotti reali sono visibili nella terza foto, scattata attraverso una grata mentre volgevo le spalle al reattore nucleare durante una visita guidata.

Quando un fascio di neutroni è diretto su un campione ha il potere di esplorare l’invisibile. I neutroni si comportano sia come particelle sia come onde; le loro specifiche proprietà consentono di ottenere informazioni che raramente sono accessibili con altre tecniche. Il neutrone è infatti l’unica sonda capace di vedere allo stesso tempo sia i nuclei degli atomi che le interazioni magnetiche degli elettroni. Questo consente di progettare nuovi materiali magnetici per l’acquisizione di informazioni o nuove ceramiche superconduttrici ad alta temperatura. Inoltre, penetrando nella materia senza distruggerla, i neutroni arricchiscono la nostra conoscenza della trasformazione e degradazione dei materiali, utile per l’analisi delle tensioni residue dei binari ferroviari, per il controllo delle tensioni nelle saldature, nella radiografia delle celle a combustibile, ecc… Infine, poichè i neutroni possono riconoscere gli atomi più leggeri, essi sono informatori speciali  che osservano i movimenti più nascosti nelle sostanze complesse, con applicazioni nella comprensione del moto delle grandi molecole in stati differenti (vetro, plastica, liquidi), dell’elasticità dei polimeri, delle strutture delle membrane biologiche, del comportamento di agenti tensioattivi o delle proprietà dei solventi.

ESRF

L’acronimo ESRF  sta per European Synchrotron Radiation Facility, un laboratorio che produce intensi fasci di radiazione X destinati alle più avanzate ricerche scientifiche. La “brillanza” di questi fasci di raggi X richiama dall’industria e dal mondo accademico ricercatori riconosciuti a livello internazionale. I raggi X prodotti da questo tipo di sincrotrone sono i più potenti d’Europa, utili per indagare le strutture più disparate: molecole biologjche e polimeri biocompatibili, nanostrutture e tesori archeologici. La radiazione X viene emessa da elettroni di altissima energia che circolano dentro la “ciambella” di un acceleratore chiamato “anello di accumulazione” (a lato e in basso alcune foto dei modellini presenti nella sala d’ingresso dell’ESRF ed altre scattate all’interno del sincrotrone; il secondo modellino mostra una delle stazioni sperimentali in miniatura, dove si può osservare in sequenza la strumentazione di analisi del campione nella quale è convogliato il fascio di luce e la sala di elaborazione dati). La radiazione X interagisce con la materia in modi differenti: possono penetrarla profondamente (questo è all’origine delle applicazioni mediche) o decifrare a livello atomico la struttura tridimensionale dei cristalli attraverso una tecnica chiamata cristallografia. Per decine di anni i ricercatori hanno usato sorgenti di raggi X tradizionali, i cosiddetti “tubi” a raggi X. I fasci di raggi X prodotti in un sincrotrone sono molto più intensi di quelli emessi da un tubo ed inoltre sono collimati come un fascio laser, permettendo ai ricercatori di raccogliere dati molto più rapidamente ed avere nuove opportunità di indagine, ben al di là di quello che i cristallografi sognavano all’inizio dell’era dei sincrotroni, quarant’anni fa. Tra le strutture più studiate con i raggi X prodotti dal sincrotrone ci sono senza dubbio quelle alla base della vita: proteine, DNA, RNA, ribosomi, nucleosomi e virus, la cui comprensione ha comportato una vera e propria rivoluzione nella biologia strutturale e nelle sue applicazioni. Le proteine, ad esempio, sono essenziali per la funzionalità e la regolazione di tutte le cellule degli organi viventi; le coperture proteiche dei virus determinano l’attacco delle cellule, causando malattie come il comune raffreddore o l’AIDS. Comprendere l’architettura dei complessi proteici può portare a nuove ed efficaci cure tramite la sintesi di farmaci ad hoc. Nelle primissime fasi dello sviluppo di un farmaco, quando è essenziale condurre lo “screening” di un ampio numero di possibili combinazioni farmaco-proteina, diventa essenziale utilizzare strumenti altamente automatizzati e veloci com quelli presenti nell’anello di luce. In questo modo è possibile fare una prima selezione dei farmaci in grado di legarsi selettivamente a siti particolarmente favorevoli di grandi complessi macromolecolari (generalmente proteici).

EMBL

Il parco scientifico di Grenoble ospita anche l’EMBL, European Molecular Biology Laboratory, la cui sede principale è ad Heidelberg; altre stazioni di ricerca si trovano ad Amburgo, ad Hinxton e  a Monterotondo. Nei laboratori EMBL si conducono attività di ricerca di base sulla biologia molecolare, si forniscono servizi essenziali in questo settore a scienziati degli Stati membri e si sviluppano nuove strumentazioni per la ricerca biologica. In questo modo gli studi strutturali condotti presso l’ILL e l’ESRF di Grenoble possono essere subito usati nella ricerca biologica presso i laboratori dell’EMBL; forniti di strumentazione avanzata come il microscopio elettronico (nella foto) e di personale altamente qualificato. L’EMBL è inoltre attivissimo nell’aggiornamento degli insegnanti e nella divulgazione.

Le attività di interesse per l’attività in classe saranno approfondite nei prossimi articoli. Per approfondire:

Sito dell’EIRO Forum Teachers School 2011

Sito dell’ESRF

Sito dell’ILL

Sito dell’EMBL

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Nel 1962 si poneva la questione della mia entrata all’Università. La mia famiglia era di origini umilissime e mio padre non c’era più, ma in qualche modo i soldi per far studiare due figli non erano mai mancati; la vita era più semplice e non si dava ancora il caso, come accade adesso, che la televisione stravolgesse la suddivisione dei beni in necessari o voluttuari. Il golf smesso da mio fratello andava ancora benissimo a me, e il telefono era quella scatola di plastica nera appesa al muro che si usava al massimo un paio di volte al giorno. Cibo e affitto non erano ancora regolati dalla stravaganza il primo e dalla speculazione il secondo, sicché la famiglia tirava la fin del mese anche pagando le tasse universitarie, peraltro modestissime – salvo poi scoprire che per le famiglie a basso reddito l’iscrizione era gratuita ed era prevista anche una piccola cifra a mo’ di sussidio. Il vero problema era la scelta della Facoltà. Volevo qualcosa di affine alle scienze esatte (“naturalis philosophia”) come compenso alle dosi massicce di minori del Trecento, di monadi senza finestre, di aoristi e sostantivi eterocliti, insomma di “baroco” e “baralipton” propinatemi da un Liceo Classico di stampo medievale, e soprattutto volevo cibo solido su cui affilare i miei denti intellettuali. Alla fine la scelta era ristretta tra il Politecnico e Chimica Industriale; ho scelto la seconda perchè uno zio chimico stava facendo soldi con una piccola azienda di trattamento di materie prime organiche per l’industria farmaceutica; e nella vita, non si sa mai.

Inizia così il bellissimo racconto del prof. Angelo Gavezzotti dell’Università di Milano, Una tesi di cristallografia per la laurea in Chimica. Un racconto avidamente letto qualche anno fa, ritornato alla memoria scrivendo il post sui cristalli di Naica. Gavezzotti ha vissuto in prima persona i mirabolanti progressi della Strutturistica chimica, la disciplina grazie alla quale conosciamo l’architettura delle molecole complesse, molte delle quali rivestono un ruolo importantissimo nei processi biologici (pensiamo agli enzimi); determinarne la struttura tridimensionale è fondamentale per comprenderne il meccanismo d’azione e correggerlo con un farmaco ad hoc in caso di disfunzioni metaboliche. Questo è solo uno dei tanti esempi che mostra il grande contributo della Cristallografia alla Medicina.

Lo sviluppo della Cristallografia è andato di pari passo con quello dei calcolatori: macchine sempre più potenti e linguaggi di programmazione sempre più sofisticati hanno reso possibile una interpretazione via via più dettagliata dei dati sperimentali, ad esempio degli spettri di diffrazione dei raggi X. Gavezzotti ci descrive gli albori della Cristallografia, quando si lavorava con calcolatori e strumenti che oggi sono pezzi da museo. La lettura di questo affascinante excursus storico potrebbe essere proposta in una quinta classe di un Liceo Scientifico-Tecnologico, che prevede lo studio della fisica, della chimica e dell’informatica sino all’ultimo anno. Non è importante che l’insegnante spieghi per filo e per segno il significato di ogni termine: quello che conta è trasmettere l’entusiasmo dell’autore, che ripercorrendo i suoi ricordi di gioventù contagia inevitabilmente il lettore.

Un passo del prologo mi ha indotto a riflettere sui mali atavici del nostro sistema di istruzione superiore, che ha sempre mantenuto una disparità nello spazio dedicato alla cultura umanistica e a quella scientifica (peraltro trascurandone gravemente la reciproca integrazione). Basta dare un’occhiata al quadro orario del Liceo Classico, la scuola frequentata dall’autore, per rendersene conto. L’aggettivo “classico” continua tuttora ad essere riferito ad un modello di istruzione in parte lacunoso, nonostante i cambiamenti degli ultimi decenni. Il prof. Gavezzotti esprime bene la sensazione di una cultura monca dei suoi anni adolescenziali: parlando in termini entusiasti del biennio del corso universitario di chimica, finisce con una amara riflessione sul suo liceo:

… avevamo cinque corsi di matematica – quattro massicci fondamentali e i Complementi – e tre corsi di fisica, le due Istituzioni e il laboratorio: una splendida base culturale che mi ha aiutato per tutta la vita. Allora ho imparato che le formule producevano numeri che potevano essere confrontati con i risultati di misure sperimentali, una scoperta culturalmente sconvolgente; e ho maledetto in cuor mio la memoria dei miei insegnanti di scuola superiore che mi hanno fatto perdere anni su “quistioni” scolastiche e non mi hanno mai parlato di Galileo.

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