Ci occupiamo di ricerca medico-biologica. Per questo per noi è importante impiegare in questi ambiti collaboratori e collaboratrici che portano con sé queste competenze specialistiche dagli studi, dal dottorato e dalla vita professionale. L'unione di queste conoscenze con l'informatica è unica.
Qui trova alcuni dei temi di cui ci occupiamo.
Biotecnologia
[Bios] - la vita, [techne] - l'arte, [logos] - la dottrina.
Biotecnologia è il termine collettivo di questa scienza. Comprende procedimenti che riguardano la materia vivente, con un ampio spettro di temi, metodi e organismi.
Non solo la biologia stessa, ma anche le conoscenze e le conquiste della fisica, della chimica, dell'ingegneria di processo, della scienza dei materiali e, in misura crescente, dell'informatica contribuiscono agli sviluppi biotecnologici.
Questi riguardano la manipolazione di batteri, di cellule vegetali, di funghi e di tessuti animali, ma anche di virus (come gruppo non vivente). L'insieme di tutti i geni di un organismo (il genoma), l'insieme di tutte le sue proteine (il proteoma) e l'insieme di tutti i suoi trascritti (il trascrittoma), con le loro funzioni e interazioni, sono l'oggetto dell'indagine e il punto di partenza per la creazione e il miglioramento di prodotti destinati a favorire il progresso del benessere umano e la sostenibilità.
Dagli inizi, come la fermentazione di alimenti e generi voluttuari, passando per tappe fondamentali come la produzione di antibiotici o la decifrazione del codice genetico, fino alle tecniche più moderne, come il sequenziamento genico combinato con algoritmi di bioinformatica, lo sviluppo della biotecnologia ha preso direzioni diverse. I tre grandi ambiti principali sono l'agricoltura (biotecnologia verde), l'industria (biotecnologia bianca) e la medicina (biotecnologia rossa).
In agricoltura il tema centrale è la controversa modificazione genetica delle piante coltivate. L'ottimizzazione della resa attraverso la selezione di varietà resistenti e di alta qualità dovrebbe contribuire a risolvere il problema dell'alimentazione mondiale.
L'industria sfrutta l'attività enzimatica dei microrganismi per la produzione di alimenti, tessuti, carta, cosmetici, detergenti e altri prodotti chimici.
Il settore delle biotecnologie è in espansione soprattutto in medicina. La comprensione dei processi biochimici nelle cellule umane e del ruolo del DNA aiuta a sviluppare procedure diagnostiche e terapeutiche per combattere malattie cardiovascolari, diabete, cancro, neurodegenerazioni, infezioni virali e altre malattie.
La cellula
Le cellule sono unità viventi e autonome, dotate di determinate strutture e funzioni per la propria conservazione, per il mantenimento di altre cellule o con altre funzioni.
Alcune cellule agiscono singolarmente, ad esempio come batterio unicellulare, e contengono tutto ciò di cui hanno bisogno per sopravvivere. Altre cellule interagiscono con le cellule vicine in aggregati cellulari, tessuti e organi e formano un intero organismo. Il corpo umano, ad esempio, è composto da diverse migliaia di miliardi di cellule che, altamente specializzate e in una complessa interazione, mantengono le funzioni corporee umane.
Le cellule presentano somiglianze e differenze tra loro. Dispongono di un involucro, la membrana cellulare. Piante e funghi hanno una parete cellulare. All'interno si trovano gli organelli, gli "organi" della cellula, immersi nel liquido cellulare, il citoplasma. Filamenti intermedi e microtubuli sostengono e stabilizzano la cellula come citoscheletro. Gli organelli possono essere, ad esempio, i mitocondri, che provvedono alla fornitura di energia. Le cellule vegetali presentano cloroplasti, nei quali producono energia con l'aiuto della luce. I lisosomi contengono enzimi digestivi. L'apparato di Golgi modifica e trasporta le proteine. Inoltre alcune cellule contengono un nucleo cellulare. In esso si trova il DNA, con cui vengono controllati i processi nella cellula e trasmesse le informazioni alle cellule figlie. Per ottenere molte cellule di un tipo, queste vengono coltivate in laboratorio in un terreno di coltura. In condizioni finemente regolate le cellule di una linea cellulare si moltiplicano nella coltura cellulare.
Il codice genetico
La gigantesca molecola a doppio filamento di acido desossiribonucleico (DNA) contenuta nel nucleo è avvolta in modo compatto a formare i cromosomi. È un polinucleotide composto da molti singoli nucleotidi. I nucleotidi che si fronteggiano nel doppio filamento sono uniti tra loro da legami a idrogeno. Un nucleotide è costituito da un fosfato, dallo zucchero desossiribosio e da una delle quattro basi adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). Un tratto di questi nucleotidi disposti in sequenza forma un gene. La cellula dispone di enzimi che riconoscono quali basi sono presenti in queste sequenze. L'ordine delle basi A, G, C e T all'interno di questo gene stabilisce che cosa deve essere prodotto successivamente. Questi prodotti sono proteine che fungono da elementi costitutivi del corpo o vengono inviate come segnali ad altre cellule.
Non solo la cellula stessa è in grado di accedere alle proprie informazioni genetiche. Da alcuni anni è possibile leggere sequenze nucleotidiche in laboratorio e successivamente analizzarle. Questi processi sono denominati sequenziamento del DNA o analisi del DNA.
Genomica della singola cellula
L'avvento della genomica della singola cellula rappresenta una rivoluzione per la ricerca oncologica e per la ricerca filogenetica. Se finora i geni potevano essere analizzati solo come sezione trasversale di informazioni su aggregati cellulari, l'osservazione del genoma di una singola cellula consente di attribuire in modo univoco un segnale misurato a un determinato tipo di cellula o a un individuo.
Ciò apre possibilità particolari nella ricerca medica. L'identificazione delle caratteristiche genetiche delle cellule tumorali, ad esempio, consente agli scienziati di sviluppare e impiegare in modo mirato farmaci contro uno specifico tipo di cancro. Le cellule identificate come malate possono essere prese di mira come bersaglio concreto, mentre le cellule sane del corpo possono essere risparmiate.
Nell'ambito di questa tecnologia il DNA viene estratto da singole cellule e amplificato, e con metodi bioinformatici si ricostruisce il genoma. In passato l'ottenimento di singole cellule vitali rappresentava il "collo di bottiglia" di questo processo. Di recente, ad esempio, le cosiddette "stampanti di cellule" sono in grado di svolgere questo compito delicato con l'aiuto del software appropriato. Gli algoritmi di riconoscimento delle immagini svolgono qui il ruolo importante di identificare in una soluzione, prima del loro isolamento, singole cellule, cellule con determinate caratteristiche o cellule marcate in laboratorio.
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