La convergenza tra il settore delle scienze della vita e dell’informatica sta recentemente producendo nuovi ambiti di ricerca. L’uso di tecniche informatiche in domini applicativi legati alla biologia risale ormai agli anni Ottanta quando venne coniato il termine bioinformatica. Essenzialmente si trattava di memorizzare ed esaminare la grande quantità di dati che veniva prodotta dai biologi. Il lancio del progetto “genoma umano” ha portato in breve tempo alla scoperta di quantità di dati superiori alle aspettative di chiunque. A questo punto, conoscendo tutti i geni che compongono il DNA umano si apre una nuova sfida, che viene spesso indicata come genoma funzionale, per capirne il funzionamento. Attualmente, si conoscono tutti i “mattoncini” del funzionamento del corpo umano (i geni) e di alcuni si conoscono anche le funzionalità se presi in isolamento, ma ben poco sappiamo di come i geni e le proteine che questi codificano si comportino in situazioni normali o patologiche. Da qui la necessità di nuove tecniche per modellare il comportamento di sistemi biologici e non solo la loro struttura come avveniva fino a pochi anni fa.
La complessità dei sistemi da trattare è tale da non consentire uno studio accurato e scientifico se non si fa uso di tecniche strutturate e non ambigue di modellazione e di analisi. Da qui la nascita di una nuova branca di biologia, chiamata biologia dei sistemi, che ripercorre tappe che altre discipline hanno percorso in passato e fa ricorso alla teoria dei sistemi complessi per rappresentare sistemi biologici. L’obiettivo a lungo termine della bioinformatica (o almeno degli aspetti di questa disciplina maggiormente discussi in questo contributo) sono quelli di fornire tecniche sia predittive che prescrittive del comportamento dei sistemi biologici complessi.
Una tecnica predittiva si basa sulla bontà del modello del sistema biologico e mediante analisi delle proprietà del modello determina possibili evoluzioni. Questa strategia può essere usata dai ricercatori per dimostrare in laboratorio certi comportamenti ancora non noti oppure per prevedere le reazioni di un farmaco in presenza di determinate malattie.
Le tecniche prescrittive definiscono invece algoritmi che vengono eseguiti su hardware vivente. Considerando che ogni singola cellula ha approssimativamente 1MIPS di potenza di calcolo e 1MEGA di memoria, le potenzialità dei computer viventi sono estremamente interessanti. La possibilità di usare le cellule per eseguire algoritmi avrebbe una ricaduta immensa anche in campo biologico-medico. Su questa strada si stanno muovendo numerosi importanti gruppi di ricerca che stanno cercando di definire un modello completo del funzionamento della cellula. Questo è sicuramente il primo passo per ipotizzare poi metodologie in grado di controllare ed eventualmente modificare il comportamento delle cellule.

CSSB 2004, inaugurazione della scuola e prima lezione

Si può certamente affermare che gli aspetti dinamici dei sistemi biologici e le tecniche informatiche per dominarne la complessità sono un campo di ricerca agli esordi e che probabilmente dominerà la scena bioinformatica dei prossimi anni con attività altamente interdisciplinari. Infatti, per validare i modelli di comportamento che portino a tecniche predittive è assolutamente necessario interagire con biologi e per poter comprendere completamente i risultati delle analisi i biologi devono poter comprendere ciò che gli informatici hanno fatto. Da qui la necessità di creare una comunità scientifica internazionale che sia a cavallo tra le discipline delle scienze della vita e quelle del settore dell’informazione. Recentemente la branca della biologia dei sistemi sta cercando di percorrere questa strada reclutando fisici, matematici e informatici all’interno dei loro istituti di ricerca. Analogo sforzo dovrebbe essere fatto nei centri di ricerca bioinformatici che nascono dai dipartimenti di informatica. Occorre tener presente che, come sempre, quando si creano nuove comunità scientifiche da aggregazioni di persone provenienti da aree disciplinari diverse è essenziale stabilire immediatamente un criterio di pariteticità tra le varie anime del gruppo. Per far questo è necessario individuare con chiarezza quelle che sono le necessità e le aspettative dei biologi e quali quelle degli informatici, assumendo che nessuna delle due scienze è al servizio dell’altra. Su questa base paritaria sarà poi possibile attivare progetti di grande respiro e creare una robusta comunità scientifica.
Un passo in questa direzione è stato fatto dall’ateneo di Trento organizzando in collaborazione con il CNRS francese una scuola internazionale per dottorandi cui hanno partecipato studenti da tutta Europa e docenti provenienti sia dall’accademia che dall’industria, sia dagli USA che da molti paesi europei. L’International School on Computational Sciences for Complex Systems in Biology, svoltasi a Rovereto nell’aprile scorso, ha prodotto come “effetto collaterale” anche la nascita di alcuni progetti scientifici cui parteciperanno sia studenti che docenti. Esempio questo di come un evento o una manifestazione ben organizzata sia un momento fondamentale dell’attività di ricerca internazionale, sia in fase propositiva (per individuare idee) che in esecuzione (per confrontarsi con i partner) e a consuntivo (per divulgare i risultati della ricerca e presentare le possibili applicazioni).
La scuola ha avuto un buon successo rapportato al fatto che è la prima scuola interdisciplinare di questo tipo organizzata a livello europeo e forse mondiale. Infine, il successo dell’evento è dovuto anche all’efficiente, prezioso e insostituibile aiuto dell’Ufficio manifestazioni e convegni del nostro ateneo.

[Per ulteriori informazioni: www.unitn.it/events/cssb2004/]

 * Corrado Priami e Paola Quaglia, Dipartimento di Informatica e telecomunicazioni