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Geraci: presto nei computer il DNA al posto dei microchip
Direttore dell'Istituto di Biologia dello Sviluppo

Quali sono le ricerche condotte nel Suo Istituto?

L'Istituto di Biologia dello Sviluppo, nel quale vi sono notevoli competenze nell'ambito della biologia molecolare e della conoscenza del DNA, si interessa prevalentemente di embriologia ed utilizza per le proprie ricerche embrioni di riccio di mare, di topo e di uomo. L'attività è suddivisa attualmente in nove linee di ricerca.
Una linea di ricerca studia i mastociti: i ricercatori dell'IBS hanno purificato per la prima volta questo tipo di cellule dal cervello di ratto, scoprendo che tali mastociti, indotti da neuropeptidi come la sostanza P, un neuromediatore presente nel sistema nervoso centrale, producono TNF-alfa, una citochina. Poiché si è constatato che un aumento del TNF-alfa si riscontra in molte malattie neurodegenerative, la stessa ricerca è stata trasferita sull'uomo allo scopo di studiare i meccanismi mediante i quali spiegare l'evolversi di importanti patologie.
Un gruppo di ricercatori si occupa dei geni homeobox, geni che determinano l'identità regionale in una grande varietà di organismi. Gli studi hanno finora condotto all'identificazione di geni con homeobox coinvolti in eventi precoci di specificazione cellulare, nella polarizzazione dorso-ventrale dell'embrione e nella definizione della regione di confine tra ectoderma ed endoderma.

Un terzo gruppo di ricerca studia i meccanismi utilizzati dall'uovo vergine di riccio di mare per localizzare i fattori materni durante lo sviluppo embrionale.
Va precisato che nell'embrione di riccio di mare l'asse animale-vegetativo è già formato nell'uovo vergine. Dopo la fecondazione, e man mano che avvengono le divisioni cellulari, le cellule acquisiscono differenti destini e le loro differenze possono essere spiegate con la localizzazione di fattori materni.
Nel corso di queste ricerche il gruppo ha identificato ed isolato alcune molecole presenti in una regione specifica del citoplasma dell'uovo. Tali molecole sono responsabili della formazione di strutture ectodermiche (bocca) nell'embrione, ed un'alterazione della loro distribuzione nell'uovo provoca malformazioni durante lo sviluppo dell'embrione.
Un'altra linea di ricerca studia il ruolo dei collageni durante lo sviluppo embrionale del riccio di mare al fine di comprendere meglio i meccanismi che controllano il corretto sviluppo di un embrione.
Un reparto dell'Istituto studia la Parietaria judaica, responsabile della forma più diffusa di allergia nell'area mediterranea, disturbo che interessa circa 10 milioni di persone. La ricerca ha portato alla clonazione dei due più importanti allergeni da polline di questa pianta; di questi ultimi si è stabilita la sequenza aminoacidica e la struttura tridimensionale. Ciò potrebbe condurre alla costruzione, per ingegneria genetica, di molecole con attività allergenica nulla, da iniettare nei soggetti allergici.
In Istituto si studia, poi, la regolazione dell'espressione genica durante la miogenesi, con l'obiettivo di chiarire i meccanismi molecolari che sono alla base dello sviluppo e del differenziamento del muscolo scheletrico e che sono implicati nel mantenimento di un fenotipo normale. Scopo finale è approfondire la conoscenza delle alterazioni molecolari presenti nelle patologie muscolari e neuromuscolari.
Un programma di ricerca studia le molecole responsabili dell'adesione cellulare allo scopo di comprendere i meccanismi che regolano la loro funzione ed individuare il ruolo che esse svolgono nelle interazioni cellula-cellula e cellula-matrice extracellulare, interazioni di primaria importanza per il corretto sviluppo dell'embrione.
Un gruppo di ricercatori mira a capire i meccanismi di controllo ed a caratterizzare i fattori molecolari che sono alla base della regolazione della trascrizione dei geni degli istoni durante le prime fasi dello sviluppo dell'embrione di riccio di mare.
Una linea di ricerca si occupa, infine, dei meccanismi di regolazione della sintesi dei neurosteroidi e della loro funzione nel sistema nervoso centrale per comprendere quanto siano implicati nelle patologie neurodegenerative quali ischemia, morbo di Alzheimer e di Parkinson.
Interessante è poi lo studio che i nostri ricercatori stanno conducendo, con un finanziamento del Progetto Finalizzato "Beni Culturali", sul DNA delle popolazioni che nel 2000 a. C. sono immigrate in Sicilia ed in Sardegna. Obiettivo finale è dimostrare, studiando il DNA ricavato dai resti delle loro ossa, che entrambi i popoli derivano da un unico ceppo proveniente dalla zona dei Balcani. In tal modo si darebbe un fondamento scientifico a questa ipotesi finora surrogata solo dal fatto che nelle necropoli delle due isole sono stati rinvenuti bicchieri simili, di forma campaniforme.

Riccio di mare ed embrione allo stadio di blastula con mesenchima

Gli studi condotti in Istituto, pur delineandosi prevalentemente come ricerche di base, presentano molti risvolti applicativi. Come si traduce questo aspetto nei rapporti con la realtà produttiva e territoriale?

La maggiore visibilità che il CNR ha acquisito nel territorio, in seguito alla costruzione dell'Area della Ricerca, ha favorito naturalmente l'Istituto nei rapporti con le istituzioni locali e con le piccole e medie imprese della zona.
La Regione Siciliana utilizzando fondi dell'Unione Europea intende, quindi, finanziare progetti di ricerca che coinvolgano il CNR e che mirino a migliorare i processi produttivi delle aziende, introducendo innovazione.
Un settore di interesse è quello farmacologico, nel quale la competenza che l'Istituto ha nel settore dell'embriologia si rivela preziosa sia nel campo della diagnostica sia in quello della terapia delle malattie neurodegenerative.
Un altro possibile campo di applicazione è quello dell'acquacoltura, nel quale le conoscenze di embriologia dell'IBS possono rivelarsi utili per ottenere uno sviluppo migliore e più rapido delle specie ittiche.

Quale ritiene sarà lo sviluppo futuro dell'Istituto e che direzione prenderà l'attività?

Se volgiamo la sguardo al futuro, uno degli argomenti di biologia che suscita sempre più interesse per le implicazioni scientifiche, etiche e politiche, è l'intervento sul DNA di embrioni umani. L'embriologia umana in questo campo ha avuto nell'ultimo decennio un forte avanzamento, grazie alla fecondazione assistita ed alla possibilità di conoscere meglio le prime fasi dello sviluppo dell'embrione umano fino all'impianto nell'utero materno.
Contemporaneamente, c'è stato un accrescimento delle conoscenze nel settore della biologia molecolare, e le terapie in grado di intervenire sul DNA e sui geni sono più vicine. Se si fondessero le due cose si potrebbe dunque giungere alla soluzione di molte patologie oggi non curabili. L'IBS ha una notevole esperienza, come ho già sottolineato, nel campo dell'embriologia, partendo dagli embrioni di riccio di mare, passando per gli embrioni di topo, per finire agli embrioni umani. A questo proposito vorrei ricordare che la prima "bambina italiana in provetta" è nata nel 1984 a Palermo ed a questo evento ho collaborato anche io, insieme con altri colleghi, in veste di biologo. Il contributo che a questi studi di biomedicina può venire dall'IBS, grazie all'esperienza che in questo settore hanno i diversi gruppi di ricerca presenti nell'Istituto, è davvero elevato e può fare di questo Organo una realtà di punta del CNR, e non solo, in questo campo di frontiera della biologia.

Proteine di superficie cellulare localizzate nel riccio di mare

Un altro settore che avrà un posto preminente nella biologia dei prossimi anni è lo studio di meccanismi che interessano la fisiologia e la patologia, studio che va condotto, però, guardando alla complessità del fenomeno.
Fino ad oggi il "riduzionismo", ossia l'attenzione per il sempre più piccolo, è stato l'ambito in cui si sono sviluppate la maggior parte delle ricerche di biomedicina: si è scesi dall'organo alla cellula, per arrivare alla singola molecola o all'unità più piccola con la quale si è cercato di spiegare i vari processi. Alla fine, però, si è capito che la ricerca del sempre più piccolo porta spesso ad illustrare benissimo meccanismi che non sono però generalizzabili, dal momento che la natura è più complessa. Non è possibile ridurre i processi biologici a singole cellule che agiscono in maniera specialistica; vi sono dati certi, ad esempio, che molecole che si pensava appartenessero ed agissero solo sul sistema nervoso, hanno, invece, una chiara interazione con cellule del sistema immunologico che, stimolato, manda segnali influenzando il sistema endocrino. A Santa Fè, negli Stati Uniti, esiste un Centro di ricerche dedicato proprio alla "Complexity", una scienza o meglio un modo nuovo di impostare i problemi, secondo il quale è giusto studiare i meccanismi biologici a livello molecolare, solo però se vengono sempre rapportati ed inseriti nella complessità del fenomeno che si sta studiando. Nell'IBS già alcune ricerche di neuroimmunologia sono impostate seguendo questa filosofia, coniugando, quindi, immunologia, neurologia ed endocrinologia o anche collegando la biologia molecolare a particolari patologie muscolari e neuromuscolari o a reazioni allergiche ed a malattie neurodegenerative.
Infine, un altro campo che si affermerà nei prossimi anni è quello che vede un'interazione tra biologia e informatica, e che porterà alla costruzione di computer in cui i microchips sono sostituiti dal DNA, passando dal silicio al carbonio ed utilizzando le enormi capacità di informazione e processi contenute da questa molecola organica.
Tale ricerca, denominata "DNA computing", è, naturalmente, solo agli inizi, tuttavia esiste già una collaborazione tra alcuni ricercatori dell'Istituto ed un gruppo di informatici delle Università di Palermo e di Bucarest. Si tratta, è facile comprenderlo, di una realtà tutta da scoprire, ma davvero stimolante e sulla quale, penso, valga la pena di investire uomini e tempo, senza dover impegnare grosse quantità di denaro.