Cellule trasformate in computer viventi: Programmate per 'ricordare' e reagire, aiuteranno ambiente e medicina.

Fonte: ANSA Scienze

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Le cellule viventi diventano come computer, capaci di 'ricordare' e reagire agli stimoli: le hanno programmate così gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology (MIT), sfruttando complessi circuiti biologici fatti con geni ed enzimi. Presentate sulla rivista Science, potranno essere utilizzate come sensori ambientali, oppure come 'cimici' per studiare il differenziamento delle cellule o per monitorare l'evoluzione delle malattie come il cancro.
 ''La possibilità di registrare e rispondere non solo a una combinazione di eventi biologici, ma anche al loro ordine temporale, apre a numerose applicazioni'', spiega il coordinatore dello studio, Nathaniel Roquet. ''Conosciamo molto bene i fattori che regolano il differenziamento di specifici tipi di cellule o la progressione di certe malattie - sottolinea il ricercatore - ma sappiamo ben poco della loro tempistica: questa è una nuova area di indagine in cui adesso possiamo tuffarci grazie a questi dispositivi''.
 Le nuove cellule-computer sono semplici batteri Escherichia coli programmati per ricordare, nel giusto ordine, fino ad un massimo di tre stimoli esterni (ma in futuro potrebbero diventare molti di più). Una volta che la cellula viene risvegliata dall'input, al suo interno si genera una serie di reazioni a catena che coinvolgono due enzimi (chiamati ricombinasi) che agiscono sul DNA memorizzando l'evento e scatenando l'eventuale risposta.
La versione più semplice del sistema, quella che risponde a due input, è dotata di un circuito biologico che può assumere cinque configurazioni: nessun segnale, segnale A, segnale B, segnale A seguito da B e segnale B seguito da A. I ricercatori hanno realizzato anche circuiti biologici più complessi che ricordano e reagiscono a tre input assumendo 16 possibili configurazioni, tutte facilmente riconoscibili se nel DNA si inseriscono geni per la produzione di proteine fluorescenti che fanno illuminare le cellule come dei semafori.

Nuovo esperimento conferma la sovrapposizione di stati anche per i nutrini.

Fonte: ANSA Scienze

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Le particelle piu' sfuggenti mai osservate, i neutrini, confermano per la prima volta alcuni fenomeni alla base della meccanica quantistica. Lo fanno grazie a un esperimento americano condotto di Joseph Formaggio, dell'Istituto di Tecnologia del Massachusetts (Mit) e il risultato, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, apre un nuovo spiraglio per esplorare le regole bizzarre del mondo quantistico, dove un oggetto puo' assumere due stati diversi contemporaneamente.
I dati che hanno permesso di osservare il comportamento dei neutrini prodotti dal Fermilab di Chicago e inviati per 730 chilometri fino al rivelatore dall'esperimento Minos (Main Injector Neutrino Oscillation Search).
 Sin da quando vennero proposti, i principi alla base della meccanica quantistica (la teoria proposta per spiegare le 'stranezze' delle particelle elementari) sollevarono un grande dibattito nella comunita' scientifica. Tutto questo perche' per poter capire i quanti bisognava rimettere in discussione l'intera logica 'normale' e introdurre concetti 'bizzarri', come la possibilita' che una particelle potessero trovarsi allo stesso tempo in due condizioni diverse.
 "Sono regole difficili da digerire pero' funzionano", ha detto Antonio Masiero, vice presidente dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), e i dati ottenuti dall'esperimento Minos lo confermano nuovamente. "La novita' - ha aggiunto Masiero - e' che a dimostrare uno dei principi fondamentali della meccanica quantistica questa volta sono stati i neutrini".
 L'idea dei ricercatori americani e' stata quella di verificare che anche i neutrini, cosi' come gia' confermato per i fotoni, possono trovarsi in quella che viene detta una sovrapposizione di due stati, ossia la loro condizione che rimane sconosciuta fino a quando non vengono esaminati dall'osservatore. "In realta' per farlo non hanno realizzato un esperimento ad hoc - ha proseguito Masiero - ma semplicemente studiato i dati ottenuti da un esperimento ideato per esplorare altre proprieta' dei neutrini, quella di poter cambiare 'pelle'".

L'occhio umano riesce a vedere singole particelle di luce: Nuova prospettiva per lo studio dei circuiti nervosi della vista.

Fonte: ANSA Scienze

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Altro che la super vista degli eroi dei fumetti: l'occhio umano è naturalmente in grado di riconoscere le singole particelle di luce, i fotoni. E' quanto dimostra un curioso esperimento condotto alla Rockefeller University di New York: i risultati, pubblicati su Nature Communications, offrono una nuova prospettiva per studiare i circuiti nervosi che collegano la retina al cervello, con importanti implicazioni per la vista.
Sulle reali potenzialità dell'occhio umano si discute ormai dagli anni Quaranta, quando alcune ricerche pionieristiche dimostrarono per la prima volta la capacità di riconoscere debolissimi segnali luminosi formati da sette o al massimo cinque fotoni. Da allora, però, nessuno è stato in grado di dimostrare se la vista dell'uomo fosse in grado di riconoscere il singolo fotone, anche a causa delle limitazioni sperimentali legate alle tecnologie necessarie per produrre le particelle di luce..
Per risolvere la questione, i ricercatori coordinati da Alipasha Vaziri hanno realizzato uno speciale strumento che sfrutta i principi dell'ottica quantistica per sparare due fotoni alla volta, uno diretto verso l'occhio umano e l'altro verso un rivelatore, ovvero una telecamera ad alta sensibilità. Questo macchinario è stato usato per mettere alla prova un gruppo di volontari, chiamati a riconoscere le volte in cui veniva sparato un fotone e le volte in cui invece veniva lanciato un segnale 'bianco', cioè un falso segnale privo di fotoni..
I risultati ottenuti dopo oltre 30.000 tentativi dimostrano che il numero di segnali riconosciuti è superiore a quello che si sarebbe avuto per pura casualità. L'obiettivo dei ricercatori ora è quello di avviare nuovi studi che permettano di fare luce sui circuiti nervosi che consentono all'occhio di avere questa sorprendente sensibilità.

L'hard disk più piccolo del mondo: Memorizza i bit negli atomi, tutti i libri dell'umanità in un francobollo!

L'hard disk più piccolo del mondo è largo 96 millesimi di millimetro e alto 126 (fonte: TU Delft/Ottelab)

Fonte: ANSA Scienze

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Hard disk più piccolo del mondo, immagazzina bit in atomi Minuscolo e super-efficiente, decisivo per miniaturizzazione Immaginate di prendere tutti i libri scritti nella storia dell'umanità e di immagazzinarli in uno spazio grande quanto un francobollo. E' questa l'incredibile potenza dell'hard disk più piccolo del mondo, capace di sfruttare gli atomi per memorizzare i bit con una densità 500 volte maggiore rispetto ai migliori dispositivi attualmente in commercio. Lo hanno realizzato i ricercatori del Kavli Institute of Nanoscience presso l'Università di Delft, nei Paesi Bassi, che ne illustrano caratteristiche e potenzialità sulla rivista Nature Nanotechnology.
 ''Si tratta di un passo avanti molto importante'', spiega Luca Trupiano, tecnologo dell'Istituto di Scienza e Tecnologia dell'Informazione 'A. Faedo' del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr) di Pisa. ''Anche se al momento questo hard disk funziona solo in laboratorio, ed è ben lontano dalla produzione industriale, avvicina la possibilità di creare dispositivi elettronici portatili dalla memoria infinita, così come infrastrutture e datacenter più piccoli con consumi energetici più bassi''.
 La parola chiave è miniaturizzazione, sempre più importante in un mondo che produce oltre un miliardo di gigabyte di nuovi dati al giorno. La soluzione al problema sta nell'infinitamente piccolo, come aveva teorizzato il fisico premio Nobel Richard Feynman. Fu lui, nel 1959, a lanciare per primo la sfida ai colleghi durante un convegno, ipotizzando che si potesse immagazzinare un'informazione per atomo. Proprio in suo onore, i ricercatori olandesi hanno usato la loro nuova tecnologia per memorizzare uno stralcio di quel discorso su un'area di soli 100 milionesimi di millimetro.
 Il segreto di questa super memoria sta in una piccola superficie di rame, sulla quale gli atomi di cloro si dispongono formando una scacchiera: quando manca un atomo, si forma uno spazio vuoto, che può essere riempito trascinando gli atomi vicini con l'ausilio dell'ago di uno speciale microscopio a effetto tunnel. Proprio come accade con le tesserine numerate del gioco del 15, i buchi possono essere spostati, formando così uno schema preciso che forma bit, lettere, parole e perfino testi interi. Gli spazi vuoti possono essere sistemati anche in modo da formare dei segnali (simili a Qr code) che forniscono informazioni, ad esempio indicando se c'è un guasto dovuto ad un difetto a livello atomico.
 Grazie a questa tecnologia, i ricercatori sono riusciti a sviluppare una memoria di un kilobyte, dove ognuno degli 8.000 bit è rappresentato dalla posizione di un singolo atomo. Una prova di principio importante, dunque, che però è ancora lontana da applicazioni pratiche: l'hard disk, infatti, funziona al momento solo in condizioni di vuoto spinto a 200 gradi sotto zero.

Nuovo materiale capace di trasformare in luce visibile quella vicina all'infrarosso.

Fonte: ANSA Scienze

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Produrre luce potrebbe diventare più economico, grazie al nuovo materiale capace di trasformare in luce visibile quella vicina all'infrarosso. Potrebbe essere un nuovo passo in avanti nelle tecniche di illuminazione, dopo l'arrivo dei Led, descritto sulla rivista Science. E' possibile grazie al nuovo materiale ottenuto da elementi molto comuni ed economici, come stagno e zolfo, e con una struttura simile a quella del diamante.
Ottenuto in Germania, dal gruppo coordinato da Nils Wilhelm Rosemann, dell'università di Marburgo, il composto potrebbe anche aprire la strada a microscopi più precisi e a proiettori di nuova generazione.
Quando un fascio di luce laser nel vicino infrarosso viene diretto sul composto, la struttura di quest'ultimo altera la lunghezza d'onda della luce rendendola visibile all'occhio umano, molto simile a quella prodotta dalle normali lampade alogene.
 Secondo i ricercatori potrebbe essere in arrivo un cambiamento confrontabile all'introduzione dei Led, che hanno segnato il primo sostanziale passo in avanti rispetto alle lampadine a incandescenza introdotte nella seconda metà dell'800.
Mentre queste ultime hanno il difetto di dissipare una grande quantità di energia sotto forma di calore, i Led sono notevolmente più efficienti. Il nuovo materiale ottenuto in Germania potrebbe segnare un nuovo passo in avanti nell'illuminazione, considerando che i materiali utilizzati sono largamente disponibili e molto economici.

DNA umano sintetico, per poter coltivare organi destinati ai trapianti.

Fonte: ANSA Scienze

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Dopo aver letto il grande libro del genoma umano, a distanza di oltre dieci anni e' arrivato il tempo di scriverlo, ottenendo per la prima volta in laboratorio Dna umano sintetico per poter coltivare organi destinati ai trapianti e per ottenere cellule umane 'super sicure', capaci di contrastare gli attacchi di batteri e virus, come di resistere ai tumori. E' quanto intende fare il programma ambizioso presentato sulla rivista Science da un gruppo di 25 fra genetisti, biochimici e biologi molecolari.
 Il progetto si chiama Human Genome Project-write (Hgp-write), ossia il Progetto Genoma Umano che si occupa di scrivere il Dna e l'idea dei suoi promotori e' di avviarlo a fine anno in collaborazione con istituzioni pubbliche. "Abbiamo bisogno delle tecnologie e di un quadro di regole etiche", scrivono su Science i ricercatori, coordinati dall'esperto di Biologia sintetica Jef Boeke, dell'universita' di New York. A lui si deve la prima versione sintetica del genoma del lievito del pane e quella del piu' piccolo dei cromosomi umani, il terzo. Tra gli altri autori della proposta, il genetista di Harvard George Church e il futurologo californiano Andrew Hessel.
 E' il punto di arrivo prevedibile dell'esperienza accumulata nel tempo con la mappa del Dna umano e, piu' recentemente con i primi batteri sintetici, dal codice genetico inesistente in natura e programmato al computer, e con la tecnica del taglia-incolla del Dna, chiamata Crispr. E' un grande patrimonio di conoscenze che adesso permette di proporre un programma di ricerca ambizioso come lo Human Genome Project-write.
 Il primo obiettivo che si propongono i ricercatori e' realizzare una linea di cellule umane 'super sicure', che siano cioe' equipaggiate con i geni 'giusti' per resistere ai virus e per contrastare i tumori, e nelle quali siano 'cancellati' geni poco sicuri perche' potenzialmente legati a mutazioni pericolose. Il Dna di queste supercellule dovrebbe infatti esser molto stabile, in modo da garantire la disponibilita' di linee di cellule da utilizzare a fini terapeutici.
 La reazione del mondo scientifico si e' fatta sentire immediatamente dal sito di un'altra grande rivista scientifica, Nature, e il dibattito e' ormai aperto tra chi vede la possibilita' di un progresso e chi esprime timori e perplessita'. Non si e' stupito, per esempio, l'esperto di biologia sintetica Martin Fussenegger, del Politecnico di Zurigo, per il quale il progetto e' una naturale evoluzione delle cose: "alla fine e' solo questione di fondi". Un altro esperto di biologia sintetica, Drew Endy, dell'universita' californiana di Stanford, ritiene invece che il progetto debba essere abbandonato in attesa di un sostegno pubblico piu' forte. In Italia il genetista Edoardo Boncinelli, dell'universita' Vita e Salute di Milano, non si allarma: "non considero questo progetto una novita' assoluta perche' alcune cose si possono fare anche con le tecnologie attuali, anche se sono costose. In ogni caso non vedo pericoli".

Batteri programmati come i computer: Con uno speciale software, per farne fabbriche di farmaci.

Fonte: ANSA Scienze

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Diventa possibile programmare i batteri proprio come si fa con i computer, ad esempio per trasformarli in fabbriche di farmaci: il primo linguaggio di programmazione per esseri unicellulari e' stato messo a punto negli Stati Uniti, dal gruppo del Mit (Massachussets Institute of technology) coordinato da Christopher Voigt.
Descritto sulla rivista Science, il linguaggio ha il vantaggio di essere molto facile e rapido da usare: ''potrebbe svilupparlo anche uno studente delle scuole superiori'', rileva Voigt. ''Si usa un linguaggio di base, proprio come si fa quando si programma un computer, si costruisce un testo e lo si 'traduce' in una sequenza di Dna da trasferire all'interno del batterio, dove il circuito comincia a funzionare come una cellula''.
Per creare una versione del linguaggio capace di lavorare sulle cellule i ricercatori hanno ideato porte logiche e sensori che possono essere codificati nel Dna di una cellula batterica. I sensori possono rilevare elementi differenti, come ossigeno o glucosio, luce, temperatura e acidità.
Il primo batterio ad essere stato riprogrammato e' stato l'Escherichia coli, una presenza 'familiare' sia nei laboratori di biologia sia nell'organismo umano. Finora sono stati programmati 60 circuiti con diverse funzioni, 45 dei quali hanno funzionato al primo tentativo e uno di essi e' il piu' grande circuito biologico mai realizzato.
 Il prossimo obiettivo e' sperimentare il linguaggio di programmazione su altri microrganismi vicini all'uomo, come i Bacteroides che vivono nell'intestino umano, ad esempio per metterli in grado di favorire la digestione del lattosio; si vuole lavorare anche su batteri che vivono nel lievito o nelle piante, come lo Pseudomonas che vive nelle loro radici: in questo caso l'obiettivo e' modificarli in modo da produrre insetticidi ogni volta che la pianta e' sotto attacco, e lieviti che bloccano il processo di fermentazione quando vengono prodotte sostanze tossiche.