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Buone notizie sul bosone di Higgs: decade come dovrebbe

Identificato il principale decadimento del bosone di Higgs, la nota particella che fornisce la massa alle altre. Higgs decade in due quark bottom. Un risultato che apre le porte a nuovi studi sull’assetto della fisica attuale

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Funziona bene, decade regolarmente. Stiamo parlando del bosone di Higgs, la particella che attraverso un complesso meccanismo conferisce la massa a tutte le altre, scoperta al Large Hadron Collider al Cern nel 2012. Dopo la misura della sua massa, importante proprietà che lo caratterizza, oggi arriva una prova che anche il suo comportamento, ovvero il modo in cui decade, producendo altre particelle, è conforme a quanto aspettato. Questo risultato arriva da una ricerca svolta presso l’Lhc e coordinata dalla Princeton University, che ne dà notizia.

Come tante altre particelle instabili per natura, il bosone di Higgs decade – ovvero si trasforma – dando vita a nuove particelle più leggere: in questo caso si tratta di due quark bottom (in generale i quark sono particelle che costituiscono il protone), scoperti nel 1977 al Fermilab a Chicago da un gruppo guidato da Leon Lederman (lo stesso scienziato che battezzerà il bosone di Higgs come la particella di Dio, l’espressione tanto ripresa dai giornalisti e poco amata dai fisici).

I quark bottom rappresentano uno dei sei diversi tipi di quark, le particelle elementari che rappresentano (insieme ad altre, in tutto ora sono 17) i mattoni del Modello standard, la teoria fisica che descrive tutte le particelle e le interazioni fisiche – ad eccezione di una, quella gravitazionale.

Ciò che accade esattamente all’Lhc, il il potentissimo acceleratore di particelle al Cern di Ginevra, è uno scontro fra protoni accelerati, che dà luogo in certi casi al bosone di Higgs, le cui tracce vengono rilevate dagli strati concentrici dei rivelatori di Lhc: questi strati somigliano a cipolle e le particelle sono come inchiostri di colore diverso, che si diffondono lasciando le loro tracce.

Il bosone ha una vita molto breve, pari a frazioni infinitesimali di un nanosecondo (un milionesimo di millesimo di secondo). Dopo questo tempo infinitesimo, è decaduto in due quark bottom. Qui di seguito la ricostruzione del decadimento del bosone di Higgs.

bosone Higgs

(foto: Image courtesy of the CMS Collaboration. In blu i jet dei quark bottom, prodotti del bosone di Higgs, e in rosso i getti di un’altra particella, il bosone Z, generata insieme all’Higgs)

 

Tuttavia, individuare questo decadimento, anche se meno raro di altri, non è facile. La difficoltà sta nel fatto che non solo il bosone di Higgs, ma anche numerose altre particelle, producono i quark bottom. Per districarsi in questo mare di quark, i ricercatori hanno utilizzato i grandi rivelatori Compact Muon Solenoid (Cms) e A Toroidal Lhc ApparatuS (Atlas), due dei principali esperimenti dell’Lhc, che hanno operato indipendentemente l’uno dall’altro, raggiungendo lo stesso risultato. Inoltre i quark non vengono rilevati come particelle libere, cioè da soli, dato che sono legati ad altri o decadono rapidamente e la loro presenza viene individuata indirettamente tramite la ricostruzione dei valori delle masse delle altre particelle.

Una volta prodotti, i quark bottom generano altre particelle, per cui gli scienziati hanno avuto bisogno di molti dati per ricostruire la loro provenienza. “Si tratta di un caos perché bisogna raccogliere tutti i getti delle particelle [raggruppate fra loro, una particella dà luogo ad un getto ndr], misurare le loro proprietà per calcolare la massa dell’oggetto che decade in questi getti”, spiega Olsen. Ma gli autori ci sono riusciti, grazie appunto alla particolare struttura a cipolla dei rivelatori, che consente di studiare tutti i passaggi delle particelle, seguendole dalla nascita al decadimento. In questo modo, sono stati in grado di rilevare sia la collisione protone-protone che ha dato luogo al bosone di Higgs, sia il decadimento di quest’ultimo in due quark bottom.

Questo decadimento è uno dei più frequenti, dato che secondo le previsioni teoriche avviene nel 60% dei casi, spiegano gli scienziati. “Abbiamo trovato esattamente ciò che ci attendevamo”, commenta James Olsen, che ha guidato lo studio. “E ora possiamo utilizzare questa nuova strada per studiare le proprietà dell’Higgs”“Il decadimento Higgs in quark bottom è importante perché è il più frequente”, aggiunge Christopher Palmer, ricercatore a Princeton, “dato che una misura precisa del tasso di decadimento ci fornisce informazioni sulla natura della particella”.

Studiare il tasso di questo decadimento (cioè quanto spesso avviene) è importante per i fisici perché in base al risultato possono osservare se la percentuale rispetta la previsione teorica ed è in linea con il Modello standard. Insomma, studiare il bosone di Higgs e il suo comportamento è uno strumento utile che può informazioni preziose anche per capire se le attuali teorie fisiche, che descrivono la materia e dunque il mondo come lo conosciamo, sono valide.

Crediti :

Wired

Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

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Horizon Europe: 100 miliardi di euro per la scienza europea

Il nono programma quadro di finanziamento che plasmerà la ricerca europea dei prossimi anni è quasi pronto, ma spetterà al nuovo Parlamento di Strasburgo approvarlo e metterlo in pratica

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La sede del parlamento europeo a Strasburgo (agefotostock / AGF)

I politici non brillano per velocità, ma quest’anno il Parlamento dell’Unione Europea e i leader degli stati membri hanno lavorato a tempo di record per elaborare un accordo che potrebbe assegnare ai ricercatori europei sovvenzioni per più di 100 miliardi di euro su un periodo di sette anni.

Un giorno prima che il Parlamento fosse sciolto, il 17 aprile, sono state approvate le linee generali del prossimo programma quadro europeo per la ricerca, Horizon Europe, che durerà dal 2021 al 2027. I programmi di ricerca pluriennali dell’UE, molto ambiti, sostengono la ricerca universitaria e industriale nei 28 stati membri e in altri paesi che pagano per partecipare, determinano gli obiettivi della ricerca scientifica e danno origine a iniziative importanti: la versione attuale del fondo, Horizon 2020, comprende progetti da un miliardo di euro dedicati al cervello e alle tecnologie quantistiche.

Il successo della trattativa, durata appena quattro mesi, ha dato un po’ di conforto a ricercatori e direttori scientifici preoccupati per i risultati delle elezioni del Parlamento europeo. Le precedenti elezioni si erano tenute nel 2014, prima che il Regno Unito si pronunciasse per l’uscita dall’UE e prima del netto aumento del sostegno ai partiti populisti in Polonia, in Italia e in altri paesi europei.

L’UE dedica alla ricerca più dell’otto per cento del suo bilancio settennale 2014-2020 di mille miliardi di euro, e alcuni funzionari ipotizzano che in futuro i mutamenti politici potrebbero modificare la disponibilità a spendere così tanto per la ricerca scientifica. “L’Europa non è più quella che era nelle scorse elezioni. Grazie a Dio siamo riusciti almeno a ottenere l’accordo parziale così presto”, ha commentato una fonte interna.

Molti fondi potrebbero ancora essere sottratti a Horizon Europe. Il nuovo Parlamento potrebbe ridurne il budget provvisorio, che nella proposta attuale è di circa 107 miliardi di euro e include un fondo per la ricerca nel settore della difesa per un valore di 13 miliardi di euro. Potrebbe anche ridistribuire i fondi all’interno del programma, oppure soffocare le speranze della Commissione europea, l’organo esecutivo dell’UE, di aprire ancora di più il programma Horizon Europe a partner extraeuropei come il Canada o la Corea del Sud, e anche al Regno Unito dopo la Brexit.

L’UE sovvenziona anche altre attività collegate alla ricerca (tra cui la proposta di un programma spaziale da 16 miliardi di euro che sarà supervisionato da una nuova agenzia europea con sede a Praga), che potrebbero anch’esse essere riviste nelle trattative sul budget. Inoltre, quest’anno il Parlamento, assieme ai capi di stato dei paesi membri, nominerà nuovi direttori per i vari servizi della Commissione, inclusa la Direzione generale della ricerca.

Anche se i politici non toccheranno il futuro budget per la ricerca e non modificheranno l’attenzione europea alla scienza, le tensioni geopolitiche potrebbero comunque rinfocolare ancora di più gli estenuanti dibattiti su come l’Unione europea potrebbe sostenere solo il meglio della ricerca e allo stesso tempo affrontare il problema delle disuguaglianze. Gli stati entrati a far parte dell’UE dopo il 2004 ricevono dal programma per la ricerca meno fondi (pro capite) di membri più ricchi come la Germania e la Francia, anche se l’UE aiuta i nuovi arrivati più poveri con altri fondi per le infrastrutture scientifiche.

Quel che è certo è che le discussioni sulle dimensioni e le finalità del prossimo programma quadro per la ricerca plasmeranno il futuro della scienza europea. “Horizon 2020 ha un’ottima fama a livello internazionale. Non esiste niente di paragonabile, e un singolo stato farebbe molta fatica a replicarlo”, afferma Paul Nurse, il genetista vincitore del premio Nobel che dirige il Francis Crick Institute di Londra. “Se il Regno Unito vuole continuare ad avere rilevanza scientifica dopo la Brexit, deve partecipare a Horizon Europe”.

Il motore della collaborazione europea
Perché Horizon Europe è così importante? Sarà la nona edizione della serie di grandi programmi europei di ricerca iniziati nel 1984. Un aspetto unico di questi sistemi di sovvenzioni è che per raggiungere obiettivi politici come quelli di stimolare l’economia e migliorare la salute e il benessere dei cittadini puntano su ampie collaborazioni transfrontaliere.

“Nessun altro sistema di ricerca al mondo funziona così”, commenta Nadia Rosenthal, esperta di genetica dei topi e direttrice scientifica al Jackson Laboratory a Bar Harbor, nel Maine, che ha partecipato ai consorzi di ricerca dell’UE quando lavorava al Laboratorio europeo di biologia molecolare (European Molecular Biology Laboratory) a Roma. Poiché l’Unione Europea decide il bilancio a tranche pluriennali, il programma quadro è abbastanza stabile anche dal punto di vista finanziario.

In media, i programmi di ricerca e gli altri fondi di ricerca europei rappresentano circa il 10-15 per cento della spesa totale annua per la ricerca e lo sviluppo (R&D) dei 28 governi degli stati membri. (L’influenza dei programmi nello stimolare la ricerca è stata maggiore di quanto possano far pensare queste cifre, perché in molti casi l’UE chiede ai partecipanti un investimento pari ai fondi ricevuti.)

I primi programmi destinavano quasi tutte le sovvenzioni alle collaborazioni industriali e transfrontaliere, ma a ogni edizione sono diventati più ampi e con iniziative più variegate. Con il quarto programma quadro, nel 1994, si è aggiunto il programma transnazionale di borse Marie Curie di formazione per la ricerca, oggi chiamate Azioni Marie Sklodowska-Curie; con il settimo programma quadro, nel 2007, è nato il prestigioso European Research Council (ERC), che assegna borse di valore considerevole a singoli scienziati eminenti-

L’ottavo programma quadro – quello ora in corso, cioè Horizon 2020 – ha infine  aggiunto l’Istituto europeo di innovazione e tecnologia (European Institute of Innovation and Technology, EIT), una serie di collaborazioni europee su larga scala per affrontare specifiche sfide a livello globale. Un elemento nuovo di Horizon Europe sarà il Consiglio europeo per l’innovazione (European Innovation Council, EIC), un programma di sovvenzioni progettato per dare sostegno agli imprenditori che lanciano imprese start-up e ai ricercatori che sviluppano idee commerciali innovative.

Impegnarsi tutti insieme
Il cardine fondamentale dei programmi di ricerca dell’UE sono le collaborazioni multinazionali tra università e industria, che costituiscono quasi metà del budget proposto per Horizon Europe e coprono aree come la salute, il clima, l’economia digitale, la sicurezza e l’alimentazione. Ai politici piacciono tantissimo, ma gli scienziati hanno spesso un atteggiamento più ambivalente: come fonte di sovvenzioni le collaborazioni di questo tipo sono le benvenute, ma a volte richiedono di fare i conti con regole burocratiche contorte.

Il processo di candidatura è complicato, secondo il ricercatore in biomedicina Seppo Ylä-Herttuala dell’Università della Finlandia orientale a Kuopio, che dal 1995 ha partecipato a una buona decina di collaborazioni del genere per sviluppare una terapia genica per le malattie cardiovascolari e che oggi commenta: “Ci vuole coraggio ed esperienza”. Ylä-Herttuala – che oggi nel quadro di Horizon 2020, partecipa a un consorzio che sta conducendo una sperimentazione clinica – osserva che, poiché la Finlandia è uno stato piccolo e ai margini geografici dell’Unione Europea, senza il consorzio europeo, ben più vasto e popoloso, non gli sarebbe stato possibile raccogliere il numero di pazienti necessario per la sperimentazione.

Le richieste per i programmi di collaborazione superano di gran lunga la disponibilità. La Commissione riferisce che nella prima metà di Horizon Europe la percentuale di candidature accolte è stata appena del 12,6 per cento e che secondo i responsabili della selezione circa un terzo delle candidature rifiutate avrebbe meritato i finanziamenti. (La percentuale di domande che vanno a buon fine è ora scesa al 12 per cento.) Anche l’ERC è inondato di richieste, con percentuali di accoglimento altrettanto basse. L’aumento delle risorse economiche previste per Horizon Europe è un tentativo di affrontare questo problema.

Horizon 2020 è ancora in corso, ma finora l’UE lo considera un successo; una valutazione intermedia resa nota nel 2017 rilevava che il programma ha avuto un impatto notevole.

Secondo le proiezioni elaborate con modelli macroeconomici, entro il 2030 il programma avrà generato più di 400 miliardi di euro in benefici economici e, sempre secondo la valutazione intermedia, più di quattro progetti su cinque tra quelli finanziati grazie a Horizon 2020 non sarebbero stati portati avanti senza i soldi dell’UE. Però il testo affermava anche che non si spende abbastanza per lo sviluppo sostenibile e la ricerca sul clima, e che il programma non ha raggiunto le aziende giovani in rapida crescita e gli innovatori che lavorano su tecnologie di punta. Il nuovo Consiglio europeo per l’innovazione vuole sopperire a questa mancanza.

Dai progetti flaghsip alle nuove “missioni”
Il nuovo programma porterà anche altri cambiamenti. All’interno di Horizon 2020 la Commissione aveva lanciato tre programmi principali, detti progetti flagship, con cui prometteva un miliardo di euro nel corso di dieci anni a singoli consorzi perché si concentrassero rispettivamente sul cervello, sul grafene e sulle tecnologie quantistiche.

L’idea dei progetti flagship è stata abbandonata, anche se i tre consorzi già attivi continueranno a essere sostenuti, mentre le idee che si stavano sviluppando per gli altri troveranno posto in altri settori di Horizon Europe, osserva Robert-Jan Smits, che ha contribuito a preparare la prima proposta di Horizon Europe in veste di direttore generale per la ricerca della Commissione, una carica che ha lasciato a marzo per diventare presidente del Politecnico di Eindhoven, nei Paesi Bassi.

La grande novità del programma sono le “missioni”, collaborazioni ben finanziate che dovrebbero avere un impatto misurabile in aree rilevanti per una parte significativa della popolazione europea. Invece di puntare su singoli consorzi, come facevano i programmi flagship, le missioni dovrebbero indire gare d’appalto e scegliere una costellazione di offerte vincenti. Per un periodo di prova di tre anni, fino al dieci per cento delle risorse economiche destinate a Horizon Europe sarà dedicato a un numero limitato di missioni. Le cinque aree proposte e inserite nell’accordo di aprile sono: cambiamento climatico, cancro, oceani e acque, città smart, e alimentazione e suolo.

Un sistema ingiusto?
Per gli scienziati di paesi che spendono poco per la ricerca, i programmi centralizzati dell’UE rappresentano una speranza. “Per noi i fondi europei per la ricerca sono a dir poco essenziali”, afferma Igor Papic, ingegnere elettrico dell’Università di Lubiana, in Slovenia, che partecipa a un progetto Horizon Europe il cui obiettivo è l’integrazione delle fonti di energia rinnovabile nella rete elettrica europea. “Se dovessimo affidarci solo alle fonti di finanziamento locali, di fatto non potremmo partecipare a questo tipo di ricerche.”

La maggior parte delle nazioni con budget limitati per la ricerca scientifica sono i paesi ex-comunisti dell’Europa centrale e orientale, che assieme a due piccoli stati come Cipro e Malta sono entrati a far parte dell’UE dopo il 2004. Finora questo gruppo, detto UE-13, ha ottenuto appena il cinque per cento dei fondi di Horizon 2020, anche se contribuisce per il nove per cento al bilancio totale. Tre nazioni dell’UE-13, cioè Cipro, Estonia e Slovenia, hanno ricevuto dal programma più di quanto abbiano versato, ma altri paesi hanno avuto meno successo: per ogni euro che Polonia e Romania hanno versato finora a Horizon 2020, hanno ricevuto solo 33 centesimi.

L’UE ha cercato di favorire l’aumento della partecipazione di scienziati e istituzioni nei paesi più deboli. Ha associato gli istituti di ricerca più importanti con altri nei paesi più poveri, ha dato contributi da usare per offrire a ricercatori di punta posti da direttore della ricerca presso le istituzioni dei nuovi stati membri e ha offerto corsi di formazione, supervisioni e consulenze destinati a migliorare la qualità delle richieste di sovvenzione nella fase di preparazione delle domande. “Il fatto è che di fronte ai paesi più forti ci manca proprio la capacità competere con successo per i fondi e per i migliori talenti”, sostiene David Smith, direttore dell’ente multidisciplinare Institut Ruder Boškovich a Zagabria, che è il più grande ente pubblico di ricerca della Croazia.

Horizon 2020 destina circa un miliardo di euro a questi tentativi di aiutare gli scienziati provenienti dalle regioni europee meno impegnate nella ricerca a essere più concorrenziali nella gara per i finanziamenti, ma Horizon Europe propone di triplicare la somma.

Altri aiuti agli stati dell’UE-13 arrivano sotto forma di fondi strutturali, sussidi per il miglioramento delle infrastrutture destinati alle regioni più povere dell’Unione, condizionati al fatto che gli stati riceventi investano fondi propri pari almeno a una parte di quelli ricevuti. Gli stati che hanno ottenuto questi finanziamenti li hanno finora per lo più destinati a progetti come la costruzione di strade, ma negli ultimi decenni la Commissione ne ha incoraggiato l’uso per sostenere la ricerca e l’innovazione.

Quest’anno, per esempio, la Croazia ha destinato 72 milioni di euro a una grande espansione dell’Institut Ruder Boškovich, in quello che è il maggiore investimento in ricerca mai finanziato nel paese da fondi strutturali. E all’interno di Horizon 2020 la Commissione ha permesso per la prima volta di pagare progetti di ricerca con i soldi dei fondi strutturali, grazie al programma Seal of Excellence, il quale sostiene le proposte che hanno ottenuto un punteggio alto ma non sono riuscite a ottenere sovvenzioni.

Tra il 2014 e il 2020 l’UE ha messo a disposizione 461 miliardi di euro in fondi strutturali e ha imposto agli stati membri l’obiettivo di investirne il 30 per cento in ricerca, ma in realtà i paesi hanno deciso di usarne a quello scopo meno del dieci per cento (44 miliardi di euro). Il fanalino di coda è stata la Romania, che ha indirizzato alla scienza solo il 4,5 per cento dei suoi fondi strutturali. L’ammontare totale dei fondi strutturali per Horizon Europe non è ancora stato negoziato, perché dipenderà dal bilancio generale dell’UE, sul quale gli stati membri e il nuovo Parlamento dovranno pronunciarsi entro la fine dell’anno.

La responsabilità di non sfruttare al meglio le possibilità offerte dall’UE va ascritta in realtà ai governi nazionali dell’UE-13, sostiene Christian Ehler, un politico tedesco che si è dato da fare per far arrivare il pacchetto Horizon Europe al Parlamento europeo, che commenta: “Devono sviluppare una maggiore voglia di scienza. I paesi che oggi hanno solo poche unità di ricerca concorrenziali faranno fatica ad avere successo se non rafforzano in modo netto la loro capacità complessiva di ricerca”.

Per quanto generosi, i fondi strutturali non possono bastare a contrastare del tutto le ingiustizie, afferma Janusz Bujnicki, direttore del reparto di bioinformatica all’International Institute of Molecular and Cell Biology a Varsavia e membro di un importante gruppo di consulenti scientifici della Commissione. “I nostri governi e gli enti scientifici devono anche assicurarsi che i fondi strutturali siano usati in modo sostenibile”, aggiunge. “Limitarsi a erogare fondi di avvio per le infrastrutture scientifiche e a pregare che Dio mandi più soldi per la ricerca in sé non è una buona idea.”

Aprirsi al mondo
Alcuni paesi extraeuropei sono già “membri associati” di Horizon 2020 e questo, in pratica, li mette nelle stesse condizioni degli stati membri quando si tratta di chiedere finanziamenti. Alcuni di questi paesi sono geograficamente vicini, come la Norvegia e la Svizzera, altri sono più lontani, come Israele, ma ci sono anche paesi che hanno chiesto di aderire all’UE, come la Turchia. Per partecipare, ciascuno di questi paesi versa un contributo in base alle dimensioni della sua economia.

La Commissione vorrebbe però aprire di più Horizon Europe e permettere l’associazione di paesi con una solida tradizione scientifica, come il Canada, l’Australia e forse la Corea del Sud. “Le grandi sfide sociali dell’Europa, come il cambiamento climatico, le malattie infettive e la sicurezza alimentare, sono sempre di più sfide globali; dobbiamo collaborare a livello globale”, spiega Smits.

Alcune nazioni esterne ottengono già qualche somma piuttosto modesta dall’UE, perché possono essere coinvolte in collaborazioni multinazionali su iniziativa di singoli ricercatori, ma non possono fare domanda per ottenere fondi dall’ERC e non possono figurare come coordinatori principali dei programmi multinazionali.
La proposta di aprire il programma scientifico dell’UE al mondo potrebbe trovare qualche resistenza, soprattutto in un nuovo Parlamento di tenore populista, sostiene Christian Naczinsky, funzionario del ministero austriaco della ricerca scientifica. Due membri associati, Israele e la Svizzera si sono già aggiudicati, insieme, quasi il 12 per cento dei fondi erogati dall’ERC, con grande rammarico degli stati membri che hanno ottenuto di meno. Lo stato membro che ha tratto maggior beneficio dall’ERC è il Regno Unito, che si è aggiudicato il 20 per cento dei fondi: se lascia l’UE ma continua a partecipare ai programmi di ricerca non farà che aumentare la percentuale di ambite sovvenzioni che andranno a stati non membri.

La Commissione ha proposto un’idea diversa: che i partner esterni all’UE paghino un importo pari alle sovvenzioni che ricevono. Questo sistema con pagamento a consumo vedrebbe i partecipanti di maggior successo contribuire ai fondi dell’ERC invece di attingervi. In teoria, paesi come il Regno Unito potrebbero sovvenzionare la propria ricerca senza l’aiuto dell’ERC, ma nella pratica potrebbero avere difficoltà a replicare gli standard elevati che l’agenzia ha raggiunto grazie alla competizione a livello europeo.

Leadership scientifica
L’Unione Europea non si limita a distribuire fondi per la ricerca, ma approva anche leggi che riguardano l’ambito scientifico, che spesso hanno effetti anche sul resto del mondo. Un ottimo esempio è la legislazione REACH del 2007, che obbliga le aziende a registrare le informazioni di sicurezza per le sostanze chimiche che vogliono commercializzare nell’UE: questo provvedimento ha indotto le aziende di tutto il mondo a conformarsi agli standard europei.

Anche le recenti leggi sulla protezione dei dati hanno avuto un impatto più ampio, perché riguardano tutte le aziende private che vogliono operare in Europa. La spinta dell’UE a favore della open science, che chiede la liberalizzazione dell’accesso agli articoli scientifici e ai loro dati, ha peso limitato a livello economico ma stabilisce un precedente che altre nazioni potrebbero seguire. L’Unione Europea è in prima linea anche nella battaglia contro l’inquinamento da materie plastiche: una delle ultime azioni del Parlamento uscente è stata l’approvazione di una norma che a partire dal 2021 vieta gli oggetti di plastica usa e getta come posate e cannucce.

Nel prossimo decennio le azioni contro i cambiamenti climatici acquisteranno un rilievo sempre maggiore nel programma legislativo europeo e probabilmente costituiranno anche una parte importante del prossimo programma di ricerca. L’Unione Europea punta a ridurre le emissioni di gas serra almeno del 40 per cento (rispetto ai livelli del 1990) entro il 2030. Lo scorso anno la Commissione ha proposto di destinare 320 miliardi di euro, cioè un quarto della spesa prevista per il periodo 2021-2027, al raggiungimento di questo obiettivo; si tratta di una cifra superiore ai 206 miliardi di euro (un quinto) del budget attuale. Si ipotizza che più di un terzo dei fondi previsti per Horizon Europe avrà questa destinazione.

La struttura e la dotazione economica di Horizon Europe non saranno decise prima della fine del prossimo anno, dopo che il Parlamento e i governi degli stati membri avranno concordato il bilancio generale dell’UE. A quel punto la nuova Commissione sarà ben avviata: il mandato degli attuali 28 Commissari, uno per ciascun paese dell’UE, termina il 31 ottobre di quest’anno.

A quel punto potrebbero anche essere chiari i modi e i tempi di uscita del Regno Unito dall’Unione Europea, che poi avrà solo 27 membri. Il budget al momento proposto per Horizon Europe è basato sull’ipotesi che la Brexit abbia luogo, ma aumenterebbe se la Gran Bretagna non uscisse dall’UE.

Forse gli scienziati di nessun altro stato membro apprezzano l’importanza dei fondi europei per la scienza quanto quelli del Regno Unito, che hanno già avuto tre anni per riflettere sulle conseguenze di una loro eventuale perdita. “Il livello di collaborazione sulle grandi sovvenzioni europee finanziate dai programmi quadro dell’UE non ha paragone con alcun altro meccanismo di cui io abbia mai fatto parte”, afferma Bernard Siow, che sviluppa sistemi di imaging per tessuti biomedici al Francis Crick Institute. “Non avere l’opportunità di partecipare ai quei progetti sarebbe una grande perdita per me e per i ricercatori miei colleghi.”


L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Nature” il 22 maggio 2019.

 





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La prima mappa del cancro su scala genomica, con l’aiuto di CRISPR

Grazie alla tecnica di editing, un gruppo di ricerca, di cui fanno parte anche due ricercartori italiani, ha prodotto la prima mappa genomica delle vulnerabilità del cancro, identificando migliaia di geni chiave per la vitalità delle cellule tumorali e centinaia di nuovi possibili bersagli farmacologici

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Il data center del Wellcome Sanger Institute, usato per la realizzazione della prima mappa del cancro su scala genomica. (Cortesia: Data Center, Wellcome Sanger Institute)

disattivarla e comprenderne la funzione. CRISPR è la tecnica maestra per questo tipo di interventi detti knockout, e si conferma un formidabile strumento investigativo anche in campo oncologico.

Se dopo aver coltivato le cellule tumorali per due settimane, la quantità di una certa guida risulta diminuita, vuol dire che le cellule che ce l’avevano in dotazione non sono riuscite a proliferare. Se ne può dedurre che il gene corrispondente è essenziale per la sopravvivenza del tumore e che colpirlo potrebbe essere una strategia anti-cancro vincente.

“In pratica abbiamo dato a ciascun gene la possibilità di dimostrare il suo potenziale come futuro bersaglio terapeutico”, ci ha spiegato Francesco Iorio. Il bioinformatico italiano si è laureato a Salerno, per poi perfezionarsi all’Istituto Telethon di Genetica e Medicina e all’Istituto Europeo di Bioinformatica di Cambridge. Ora è a capo del gruppo che fornisce il supporto computazionale al progetto Cancer Dependency Map al Wellcome Sanger Institute.

“Il problema è che lo sviluppo di nuovi farmaci in ambito oncologico presenta un livello altissimo di attrito. Il 95 per cento dei candidati farmaci fallisce le ultime fasi di sperimentazione clinica, perciò è di fondamentale importanza partire con un target che abbia un’alta probabilità di arrivare fino in fondo”, continua il ricercatore. Questa è proprio la filosofia di Open Targets, il consorzio di istituzioni accademiche e industrie farmaceutiche che ha finanziato gli esperimenti.

Il “knock-out screening” del Sanger ha individuato migliaia di geni chiave per la vitalità delle cellule tumorali, ma molti di questi sono necessari anche per mantenere in vita le cellule sane, dunque non possono essere presi di mira. Con gli algoritmi messi a punto da Iorio, però, è possibile distinguere questi due casi, e anche discriminare le cellule uccise dalla strategia anti-cancro e quelle morte per cause diverse.

“La bioinformatica dapprima è servita a ripulire i dati e poi ad assegnare a ogni gene candidato un punteggio”. Insomma un indice di priorità, che ci dice quanto un determinato bersaglio meriti di essere ulteriormente studiato, sulla base dei segnali di fitness, del livello di espressione e via continuando. Oltre a questo numero, compreso tra zero e cento, viene valutato il livello di trattabilità, ovvero se esistono già farmaci che prendono di mira quel gene, se sono facili da sviluppare o mancano del tutto le informazioni al riguardo.

L’irlandese Behan ha fatto uno screening a tappeto con CRISPR, utilizzando una collezione di ben 100.000 molecole guida, in media 5 per gene, per coprire i tumori su scala davvero genomica. Tagliare una sequenza è il modo più semplice per disattivarla e comprenderne la funzione. CRISPR è la tecnica maestra per questo tipo di interventi detti knockout, e si conferma un formidabile strumento investigativo anche in campo oncologico.

Se dopo aver coltivato le cellule tumorali per due settimane, la quantità di una certa guida risulta diminuita, vuol dire che le cellule che ce l’avevano in dotazione non sono riuscite a proliferare. Se ne può dedurre che il gene corrispondente è essenziale per la sopravvivenza del tumore e che colpirlo potrebbe essere una strategia anti-cancro vincente.

“In pratica abbiamo dato a ciascun gene la possibilità di dimostrare il suo potenziale come futuro bersaglio terapeutico”, ci ha spiegato Francesco Iorio. Il bioinformatico italiano si è laureato a Salerno, per poi perfezionarsi all’Istituto Telethon di Genetica e Medicina e all’Istituto Europeo di Bioinformatica di Cambridge. Ora è a capo del gruppo che fornisce il supporto computazionale al progetto Cancer Dependency Map al Wellcome Sanger Institute.

“Il problema è che lo sviluppo di nuovi farmaci in ambito oncologico presenta un livello altissimo di attrito. Il 95 per cento dei candidati farmaci fallisce le ultime fasi di sperimentazione clinica, perciò è di fondamentale importanza partire con un target che abbia un’alta probabilità di arrivare fino in fondo”, continua il ricercatore. Questa è proprio la filosofia di Open Targets, il consorzio di istituzioni accademiche e industrie farmaceutiche che ha finanziato gli esperimenti.

Il “knock-out screening” del Sanger ha individuato migliaia di geni chiave per la vitalità delle cellule tumorali, ma molti di questi sono necessari anche per mantenere in vita le cellule sane, dunque non possono essere presi di mira. Con gli algoritmi messi a punto da Iorio, però, è possibile distinguere questi due casi, e anche discriminare le cellule uccise dalla strategia anti-cancro e quelle morte per cause diverse.

“La bioinformatica dapprima è servita a ripulire i dati e poi ad assegnare a ogni gene candidato un punteggio”. Insomma un indice di priorità, che ci dice quanto un determinato bersaglio meriti di essere ulteriormente studiato, sulla base dei segnali di fitness, del livello di espressione e via continuando. Oltre a questo numero, compreso tra zero e cento, viene valutato il livello di trattabilità, ovvero se esistono già farmaci che prendono di mira quel gene, se sono facili da sviluppare o mancano del tutto le informazioni al riguardo.

(Cortesia: Data Center, Wellcome Sanger Institute)

Tutto considerato, i ricercatori hanno deciso di concentrarsi, in particolare, su un gene detto WRN, sottoponendolo a una prova di fattibilità. Gabriele Picco, post-doc del gruppo di Mathew Garnett, lo ha validato in vivo in collaborazione con il Candiolo Cancer Institute di Torino, studiando cosa accade quando si inibisce il gene nelle cellule tumorali trapiantate nel topo.

WRN è coinvolto in una malattia rara, la sindrome di Werner, e fa invecchiare precocemente chi ne possiede una variante difettosa. Ma fino a 25-30 anni tutto ciò non impedisce una vita normale, quindi disattivare il gene in chiave anti-tumorale appare tutto sommato una strada ragionevole. “Questo gene risulta essenziale nei tumori che hanno una caratteristica detta instabilità microsatellitare, in particolare quelli che colpiscono colon-retto e ovaie, ma la strada verso il successo clinico è ancora molto lunga”, precisa Iorio.

Bisognerà sviluppare un farmaco che agisce sulla proteina codificata dal gene (un’elicasi), testarlo su modelli preclinici, magari anche su organoidi, poi nei modelli animali in vivo e infine sull’uomo.  E che cosa ne sarà degli altri 600 bersagli individuati? “Ce ne sono molti con un buon punteggio, tra cui 2 o 3 paragonabili a WRN. Ora un gruppo si occuperà di selezionare i target migliori e validarli. C’è una miniera di molecole che aspetta di essere esplorata”, dice Iorio.

Intanto la topografia del cancro verrà perfezionata. “Questa è la prima viewa bassa risoluzione, diventerà sempre più esaustiva e nitida man mano che aggiungeremo nuovi dati. Il nostro screening ha riguardato 300 linee cellulari, coprendo i tipi di cancro a incidenza più elevata, ma non rappresenta tutto lo spettro dell’eterogeneità genomica del cancro umano. Dobbiamo estendere il set di modelli e stiamo lavorando a una banca dati integrata che metta insieme il nostro screening e quello del Broad Institute, arrivando a un migliaio di linee cellulari”.

Ci sono ancora lande del paesaggio tumorale che sono “terra incognita” e aspettano di essere riempite: la mappa delle vulnerabilità del cancro è un work in progress.


(L’originale di questo articolo è stato pubblicato nel blog CRISPerMANIA il 10 aprile 2019.





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Lo sviluppo dell’immunità nei neonati: come l’ordine sorge dal caos

Un gruppo di recenti ricerche si sta concentrando sull’attività del sistema immunitario subito dopo la nascita, quando il neonato si trova ad affrontare per la prima volta numerose minacce esterne. Insieme ad analoghe ricerche sullo sviluppo del sistema immunitario nei bambini e negli adulti, questi studi serviranno a realizzare vaccini migliori

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Fonte immagine © BSIP / AGF

Molti aspetti del sistema immunitario sono rimasti a lungo misteriosi per gli scienziati. La sua attività è incredibilmente complicata e varia molto da individuo a individuo; una comprensione più profonda di come funziona potrebbe portare a vaccini più numerosi e migliori, e persino a una distinzione più chiara tra salute e malattia.

Ora tre studi riferiscono di aver trovato dei nuovi modelli in mezzo all’apparente caos del sistema, modelli che riguardano anche i giorni cruciali immediatamente successivi alla nascita, quando il sistema immunitario si trova ad affrontare per la prima volta molte minacce provenienti dal mondo esterno.

Lo scorso anno, alcuni ricercatori europei hanno pubblicato un’analisi del sistema immunitario di 100 bambini nati prematuri tra una e 12 settimane dopo la nascita. E in uno studio apparso questa settimana su “Nature Communications”, un consorzio globale di ricercatori ha iniziato a stabilire una linea di riferimento per uno sviluppo sano del sistema immunitario esaminando quali geni, proteine e cellule immunitarie sono attivi durante i primi sette giorni di un neonato.

“In tutta la prima settimana di vita avvengono massicci cambiamenti molecolari”, dice Ofer Levy, medico dello staff e direttore del programma Precision Vaccines del Boston Children’s Hospital, che ha contribuito allo studio più recente. “Cambiano oltre 1000 geni, molte proteine, centinaia di metaboliti: stiamo parlando di cambiamenti davvero radicali”.

Entrambi questi studi – e un terzo che guarda al sistema immunitario degli adulti – fanno parte di uno sforzo crescente per capire non solo i pezzi del sistema, ma il modo in cui si adattano fra loro, dice Petter Brodin, immunologo pediatrico e docente al Karolinska Institute di Stoccolma, autore senior dell’articolo dell’anno scorso. “Il sistema immunitario è estremamente complesso; ci sono così tante parti in movimento”, dice Brodin. “Se ci concentriamo solo su, diciamo, un tipo di cellula o di proteina, non saremo in grado di vedere come è cablato il sistema nel suo complesso, o come è regolato e funziona in un dato paziente in un dato momento”.

Brodin aggiunge di essere rimasto sorpreso quando la sua ricerca ha indicato che il sistema immunitario dei bambini risponde alla nascita in modi simili, indipendentemente dal fatto che siano nati a termine o prematuri.

“Quando il bambino esce e affronta l’ambiente per la prima volta succede qualcosa”, dice. “Avvengono molti cambiamenti drastici”. La ricerca di Brodin mostra che i batteri colonizzano rapidamente il tratto digestivo, la pelle e i polmoni dei neonati, e questa secondo lui è la “forza trainante” dei cambiamenti. “Pensiamo che questo sia il fattore scatenante dopo la nascita, che sia la ragione per cui tutti i bambini rispondono in modo simile: sono tutti colonizzati”, dice. Ulteriori ricerche potrebbero aiutare a distinguere la normale variazione individuale e determinare in che modo i neonati con certe caratteristiche affronteranno l’infanzia, osserva.

Nello studio pubblicato questa settimana, Levy e gli altri ricercatori del gruppo internazionale hanno confrontato due campioni di sangue di 30 neonati nati in Gambia, in Africa occidentale, convalidando i loro risultati in altri 30 neonati nati dall’altra parte del mondo, in Papua Nuova Guinea. Sono stati così in grado di ottenere enormi quantità di dati da un solo millilitro di sangue di ciascun bambino, una cosa che solo pochi anni fa non sarebbe stata possibile, dice Levy, che è anche professore alla Harvard Medical School.

Anche se i neonati hanno mostrato molte variazioni nelle misure di attività genetica, immunitaria e metabolica, il team è stato sorpreso di trovare quelle che Levy definisce “firme di base” del cambiamento di attività geniche e immunitarie dei bambini nel corso della prima settimana dopo la nascita.

Lo studio ha cominciato a impostare un parametro di base del comportamento immunitario che sarà utile per capire come i bambini prematuri o malati differiscono da quella norma, dice Levy, la cui squadra sta ora studiando in che modo i vaccini influenzano il processo.

Anche James Wynn, professore associato all’Università della Florida che studia le infezioni del sangue nei neonati, ritiene che lo studio del consorzio aiuti a stabilire un parametro di base di quel tipo, “una sorta di tabella di marcia  di ciò che avviene durante quella prima settimana”. Wynn, che non è stato coinvolto in nessuno dei nuovi studi, dice che è ansioso di vedere i dati relativi ad ancora più bambini, e in particolare a neonati prematuri come quelli che cura e studia. “Penso che questo lavoro sia fondamentale per determinare uno stato di malattia”, dice.

In un terzo studio recente, che ha esaminato il sistema immunitario in età adulta, scienziati dell’Università di Stanford e di Israele hanno seguito per più di nove anni l’attività nel sistema immunitario di 135 adulti di varie età. La ricerca, pubblicata all’inizio di questo mese su “Nature Medicine”, indica che, sebbene il sistema immunitario di ogni adulto sia diverso, i cambiamenti legati all’età seguono una traiettoria comune. È come se tutti guidassero verso la stessa posizione ma a velocità diverse, dice Shai Shen-Orr, coautore senior dello studio e responsabile del laboratorio di immunologia dei sistemi e medicina di precisione al Technion-Israel Institute of Technology.

Shen-Orr dice che lui e i suoi collaboratori hanno usato queste informazioni per sviluppare una misura clinica della salute immunitaria che può dire ai pazienti se il loro sistema immunitario funziona in modo appropriato, allo stesso modo in cui sono usati i livelli di colesterolo e la pressione sanguigna per valutare la salute cardiovascolare.

I dati potrebbero anche aiutare a identificare le persone che non trarranno beneficio dai vaccini antinfluenzali, dice, aggiungendo che potrebbe anche potenzialmente servire come punto di riferimento per i cambiamenti di stile di vita o per i farmaci destinati a rallentare l’invecchiamento immunologico.

Wayne Koff, presidente e amministratore delegato dello Human Vaccines Project (un’organizzazione internazionale senza scopo di lucro che lavora per decodificare il sistema immunitario umano), dice che tutte queste indagini per tracciare un quadro complessivo del sistema sono cruciali per lo sviluppo di vaccini di nuova generazione.

Quelli facili da creare sono già stati ottenuti, dice; studi come questi, che rivelano il funzionamento dettagliato del sistema immunitario, sono essenziali per espandere il portafoglio di malattie che possono essere prevenute o curate. “Negli ultimi sei-otto anni, forse, si è capito che comprendere la complessità di fondo del sistema immunitario umano è davvero al centro della prossima rivoluzione nella sanità pubblica”, dice. “È la prossima frontiera della medicina.”


(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Scientific American” il 13 marzo 2019.





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