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Chimica

L’intelligenza artificiale per accelerare la produzione di combustibili solari

By ScientifiCult 13 Giugno 2024

L’INTELLIGENZA ARTIFICIALE PUÒ ACCELERARE LA PRODUZIONE DI COMBUSTIBILI SOLARI: LO DIMOSTRA UNO STUDIO DEL POLITECNICO DI TORINO

Torino, 13 giugno 2024

La ricerca, pubblicata sulla rivista Journal of the American Chemical Society, potrebbe aprire le porte ad un nuovo modo di produrre combustibili solari per fronteggiare la crisi climatica

Un team di ricercatori del Politecnico di Torino, coordinato dal professor Eliodoro Chiavazzo – Ordinario di Fisica Tecnica Industriale e direttore dello SMaLL lab al Dipartimento Energia-DENERG – e composto da Luca Bergamasco e Giovanni Trezza – rispettivamente Ricercatore e Dottorando presso il Dipartimento Energia – con la collaborazione dei gruppi di ricerca del professor Erwin Reisner dell’Università di Cambridge (Gran Bretagna) e del professor Leif Hammarström dell’Università di Uppsala (Svezia), ha dimostrato come alcune tecniche di Intelligenza Artificiale possono essere utilizzate per accelerare i tempi di sviluppo dei sistemi di produzione dei combustibili solari.

Il procedimento studiato rappresenta un significativo passo in avanti nella produzione di combustibili solari – fonti energetiche rinnovabili ottenute a partire dalla CO2 sfruttando l’energia solare – fondamentali per ridurre le emissioni di CO2 in atmosfera e contribuire così alla lotta al cambiamento climatico.

Il nuovo studio, appena pubblicato sulla prestigiosa rivista Journal of American Chemical Society, dimostra come sia possibile migliorare l’attuale produzione di combustibili solari avvalendosi dell’Intelligenza Artificiale, e in particolare della tecnica denominata Apprendimento Sequenziale.

A suscitare l’interesse dei ricercatori sono infatti le potenzialità dei combustibili solari, capaci di ridurre l’anidride carbonica in atmosfera e allo stesso tempo di riutilizzarla per produrre risorse utili. Una fonte rinnovabile particolarmente promettente, la cui valorizzazione potrebbe contribuire a fronteggiare l’attuale crisi climatica e costruire un futuro più sostenibile.

Concentrandosi in particolare sulla produzione di monossido di carbonio (CO) – un combustibile utile anche come precursore per la produzione di altri combustibili più comuni, a partire dalla CO2 – il team di ricercatori ha dimostrato come alcune tecniche di Intelligenza Artificiale possono essere utilizzate per “guidare” gli esperimenti, accelerando quindi i tempi di sviluppo e migliorando notevolmente i procedimenti di produzione dei combustibili solari.

Il sistema oggetto dello studio si basa su un processo foto-chimico, nel quale una preparazione costituita da acqua, tensioattivi e opportune molecole funzionalizzanti in contatto con la CO2 viene esposta alla luce solare, attivando la conversione delle molecole di anidride carbonica in combustibile. Data la complessità del sistema, la sua ottimizzazione richiede un elevato numero di esperimenti e analisi in condizioni diverse – per esempio, diverse composizioni e diverse concentrazioni dei costituenti chimici.

“L’apprendimento sequenziale è un approccio in cui un modello apprende continuamente da nuovi dati che gli vengono forniti, e risulta particolarmente utile in contesti in cui i dati non sono disponibili tutti in una volta ma vengono raccolti progressivamente – spiega il professor Eliodoro Chiavazzo – I modelli quindi “imparano” da un primo set di pochi esperimenti, e sono in grado di fornire indicazioni su quali esperimenti conviene svolgere successivamente. Per il sistema in oggetto, i modelli proposti hanno consentito di ottimizzare la produzione di combustibile solare in soli 100 esperimenti rispetto ai 100,000 teoricamente necessari”.

“Per questo lavoro abbiamo usato due dei più recenti modelli di apprendimento sequenziale oggi a disposizione, coordinandoci con i ricercatori dell’università di Cambridge per lo svolgimento degli esperimenti e l’analisi dei risultati – commenta Giovanni Trezza – Lo studio ha permesso di identificare uno dei parametri chiave che regola il sistema foto-chimico considerato, altrimenti molto difficile da individuare”.

“Il sistema considerato per la riduzione della CO2 è di per sé molto innovativo, perché sfrutta l’auto-assemblamento dei tensioattivi e delle molecole funzionalizzanti in aggregati molecolari chiamati “micelle foto-catalitiche” – aggiunge Luca Bergamasco – che possono migliorare di molto la conversione della CO2 in combustibile. Il fatto di aver applicato l’intelligenza artificiale ad un sistema così complesso, ha quindi aggiunto un ulteriore elemento di valore all’approccio, consentendo di dimostrarne a pieno le enormi potenzialità”.

“Ad oggi, le tecniche di apprendimento sequenziale sono ancora relativamente poco sfruttate, soprattutto in ambito chimico; questo lavoro, in particolare, rappresenta il primo tentativo di applicarle ad un sistema foto-catalitico così complesso come quello considerato – concludono gli autori dello studio – La ricerca sull’applicazione di queste tecniche prosegue nell’ambito dei combustibili solari ma non solo, anche per altre applicazioni nel campo della conversione e dell’accumulo di energia”.

L’articolo è disponibile in modalità open access al seguente link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c01305

anidride carbonica — Foto di Gerd Altmann

Testo dall’Ufficio Web e Stampa del Politecnico di Torino.

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Chimica

DAC: scoperti nuovi materiali capaci di catturare l’anidride carbonica

By ScientifiCult 7 Giugno 2024

LOTTA AL CAMBIAMENTO CLIMATICO: SCOPERTI NUOVI MATERIALI CAPACI DI CATTURARE L’ANIDRIDE CARBONICA CON LA TECNOLOGIA DAC

Uno studio internazionale apre nuove prospettive sulla riduzione delle emissioni di CO2 nell’atmosfera, rimuovendo direttamente l’anidride carbonica già presente nell’aria.

Mercoledì 5 giugno è stato pubblicato sulla rivista Nature l’articolo Capturing carbon dioxide from air with charged-sorbents, frutto della collaborazione tra i ricercatori dell’Università di Torino e i ricercatori dell’Università di Cambridge (UK), dell’Università di Hong Kong (Cina) e dell’Università Cornell (US). Lo studio si è focalizzato su una delle nuove tecnologie più promettenti nella lotta contro il cambiamento climatico: la DAC (Direct Air Capture), la cattura diretta dell’anidride carbonica dall’aria. Si tratta di una tecnica innovativa che, anziché concentrarsi solo sulla riduzione delle emissioni alla fonte, mira a rimuovere direttamente l’anidride carbonica già presente nell’aria, indipendentemente dalla sua origine.

Il concetto alla base della DAC è relativamente semplice ma, allo stesso tempo, la sua implementazione tecnologica richiede un notevole investimento in ricerca e sviluppo. La tecnologia si basa su sistemi che aspirano l’aria, la filtrano attraverso sostanze chimiche o materiali specializzati che catturano l’anidride carbonica e rilasciano aria pulita. L’anidride carbonica catturata viene poi concentrata e stoccata in modo sicuro, o riutilizzata in processi industriali. Una tecnica in grado di rivoluzionare l’approccio alla gestione del carbonio nonostante i costi energetici ed economici siano ancora molto elevati.

Lo studio, condotto da Valentina Crocellà e Matteo Signorile, ricercatori del Dipartimento di Chimica UniTO nel gruppo di Chimica Fisica, mira a sviluppare una nuova classe di materiali efficienti e a basso costo, noti come “sorbenti-caricati”.

“Questi nuovi materiali – dichiara Valentina Crocellà – vengono preparati attraverso un processo di carica simile a quello di una batteria, accumulando ioni sulla superficie di carboni attivi a basso costo. Gli ioni inseriti hanno la capacità di catturare rapidamente l’anidride carbonica dall’aria, attraverso la formazione di specie chimiche, note come bi-carbonati. Ed è proprio questo uno dei punti di forza di questo nuovo materiale. Il rilascio dell’anidride carbonica può essere ottenuto a basse temperature (90-100°C) e la natura conduttiva del carbone stesso consente la rigenerazione diretta mediante un fenomeno noto come effetto Joule, utilizzando elettricità ottenuta da fonti rinnovabili”.

Uno degli aspetti cruciali per il successo della cattura diretta dell’anidride carbonica dall’aria è dunque l’ottimizzazione dei materiali utilizzati nei sistemi di cattura. Questi materiali devono essere altamente efficienti nella loro capacità di catturare e rilasciare anidride carbonica, energeticamente sostenibili ed economicamente convenienti. Nel caso specifico, l’utilizzo di tecniche sperimentali di caratterizzazione avanzata ha permesso di comprendere a fondo il meccanismo con cui l’anidride carbonica è catturata dal nuovo materiale, permettendo di porre le basi per lo sviluppo di altri “sorbenti-caricati”, con prestazioni ancora più elevate.

“Per ottenere le informazioni che ci eravamo prefissati – prosegue Matteo Signorile – abbiamo dovuto lavorare portando le strumentazioni presenti in laboratorio al loro limite, adattando la ricerca ai nuovi materiali che stavamo studiando. Una ricerca possibile anche grazie al supporto del progetto CH4.0 del Dipartimento di Chimica (MUR – Dipartimenti di Eccellenza 2023-2027) e del Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM). In un mondo che continua a fare i conti con livelli crescenti di emissioni di anidride carbonica, trovare soluzioni efficaci per ridurre la concentrazione di questo gas serra nell’atmosfera è diventato un imperativo. I nuovi materiali oggetto della pubblicazione su Nature potrebbero rappresentare una frontiera affascinante nella lotta contro il cambiamento climatico, offrendo speranza per un futuro in cui le emissioni di anidride carbonica potrebbero essere non solo ridotte, ma rimosse effettivamente dall’atmosfera”.

Testo dall’Ufficio Stampa Area Relazioni Esterne e con i Media Università degli Studi di Torino

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Genetica

Nuovi indizi nella ricerca di una cura per la sclerosi multipla (SM)

By ScientifiCult 28 Giugno 2023

Pubblicati su Nature nuovi indizi nella ricerca di una cura per la sclerosi multipla (SM)

I ricercatori identificano il primo marcatore genetico per la gravità della SM, aprendo nuovi orizzonti ai trattamenti per la disabilità a lungo termine.

28 giugno 2023. Uno studio multicentrico internazionale, a cui hanno collaborato in Italia l’Università del Piemonte Orientale, l’IRCCS Ospedale San Raffaele di Milano, l’Università degli Studi di Milano, la Fondazione IRCCS Casa Sollievo della Sofferenza e l’ASST Santi Paolo e Carlo di Milano, condotto su oltre 22.000 persone con sclerosi multipla (SM) ha scoperto la prima variante genetica associata a una progressione più rapida della malattia, che nel tempo può privare i pazienti della loro mobilità e indipendenza.

La sclerosi multipla è il risultato dell’azione del sistema immunitario che attacca erroneamente il cervello e il midollo spinale provocando riacutizzazioni dei sintomi, note come ricadute, e degenerazione a lungo termine, nota come progressione, cioè un accumulo di disabilità. Nonostante lo sviluppo di trattamenti efficaci per le ricadute, nessuno può prevenire in modo affidabile l’accumulo di disabilità.

I risultati di questo lavoro, pubblicati su Nature, puntano l’attenzione sull’identificazione di una variante genetica che aumenta la gravità della malattia, fornendo un’informazione fondamentale nella comprensione e quindi nella lotta a questo aspetto della SM.

«Ereditare questa variante genetica da entrambi i genitori accelera di quasi quattro anni il tempo per avere bisogno di un ausilio per la deambulazione», ha affermato Sergio Baranzini, PhD, professore di neurologia presso l’UCSF e co-autore senior dello studio.

Il lavoro è stato il risultato di un’ampia collaborazione internazionale di oltre 70 istituzioni di tutto il mondo, guidate da ricercatori dell’UCSF (USA) e dell’Università di Cambridge (Regno Unito).

«Capire come la variante esercita i suoi effetti sulla gravità della SM aprirà auspicabilmente la strada a una nuova generazione di trattamenti in grado di prevenire la progressione della malattia», ha affermato Stephen Sawcer, professore all’Università di Cambridge ed altro co-autore senior di lo studio.

Una rinnovata attenzione al sistema nervoso

Per affrontare il mistero della gravità della SM, due grandi consorzi di ricerca sulla SM hanno unito le loro forze: l’International Multiple Sclerosis Genetics Consortium (IMSGC) e il MultipleMS Consortium. Ciò ha consentito ai ricercatori della SM di tutto il mondo di mettere in comune le risorse necessarie per iniziare a identificare i fattori genetici che influenzano l’andamento clinico della SM.

In Italia la ricerca è stata coordinata dalla professoressa Sandra D’Alfonso, docente di Genetica medica presso il Dipartimento di Scienze della salute dell’Università del Piemonte Orientale, a Novara (che insieme al dottor Maurizio Leone della Fondazione IRCCS Casa Sollievo della Sofferenza di San Giovanni Rotondo (FG) coordina PROGEMUS, il network italiano di centri SM che ha partecipato allo studio e che comprende la Clinica Neurologica dell’AOU “Maggiore della Carità” di Novara), dal professor Filippo Martinelli Boneschi, docente di Neurologia del Dipartimento di Scienze della salute presso l’Università degli Studi di Milano e responsabile del centro Sclerosi Multipla presso l’ASST Santi Paolo e Carlo di Milano, entrambi all’interno del gruppo strategico dell’IMSGC, e dalla dottoressa Federica Esposito, responsabile del laboratorio di Genetica Umana delle Malattie Neurologiche presso l’IRCCS Ospedale San Raffaele di Milano e membro dell’IMSGC con il professor Massimo Filippi, primario dell’Unità di Neurologia, Neuroriabilitazione e Neurofisiologia e del centro SM dell’IRCCS Ospedale San Raffaele di Milano.

Precedenti studi avevano dimostrato che la suscettibilità o il rischio di SM deriva in gran parte da disfunzioni del sistema immunitario e alcune di queste disfunzioni possono essere trattate, rallentando la malattia. Ma

«questi fattori di rischio non spiegano perché, a dieci anni dalla diagnosi, alcune persone con la SM siano sulla sedia a rotelle mentre altri continuino a correre maratone», ha spiegato Baranzini.

I due consorzi hanno integrato i dati di oltre 12.000 persone con SM per completare uno studio di associazione su tutto il genoma (GWAS), che utilizza la statistica per associare accuratamente le varianti genetiche a tratti particolari. In questo caso, i tratti di interesse erano correlati alla gravità della SM, comprendendo, per esempio, gli anni necessari a ciascuna persona per passare dalla diagnosi a un certo livello di disabilità.

I ricercatori italiani, membri di entrambi i consorzi fin dalla loro istituzione, hanno contribuito attivamente a tutte le fasi dello studio, dal disegno originale alle fasi di analisi e di preparazione dell’articolo. Essi, inoltre, hanno contribuito con un’ampia casistica italiana di persone con SM caratterizzate accuratamente da un punto di vista clinico, che costituiscono circa il 20% dell’intera popolazione in studio. I centri di ricerca italiani hanno fornito allo studio dati di un’ampia componente di una popolazione del sud Europa, altrimenti non rappresentata nell’intera casistica, sottolineando il valore della variabilità genetica negli studi di malattie multifattoriali come la SM.

Dopo aver setacciato oltre sette milioni di varianti genetiche, i ricercatori ne hanno trovata una associata a una progressione più rapida della malattia. La variante si trova tra due geni senza precedente associazione alla SM, chiamati DYSF e ZNF638. Il primo è coinvolto nella riparazione delle cellule danneggiate, il secondo aiuta a controllare le infezioni virali. La vicinanza della variante a questi geni suggerisce che potrebbero essere coinvolti nella progressione della malattia.

«Questi geni sono normalmente attivi nel cervello e nel midollo spinale, e non nel sistema immunitario», ha affermato Adil Harroud, MD, primo autore dello studio. «I nostri risultati suggeriscono che la resilienza e la riparazione nel sistema nervoso determinano il corso della progressione della SM e che dovremmo concentrarci su queste parti della biologia umana per terapie più efficaci.»

I risultati di questo studio costituiscono i primi indizi per affrontare la componente del sistema nervoso della SM.

«Sebbene sembri ovvio che la resilienza del cervello alle lesioni determinerebbe la gravità di una malattia come la SM, questo nuovo studio ci ha indirizzato verso i processi chiave che sono alla base di questa resilienza», ha detto Sawcer.

Una coalizione in continua espansione per affrontare la gravità della SM

Per confermare le loro scoperte, i ricercatori hanno studiato la genetica di quasi 10.000 ulteriori persone affette da SM. Quelli con due copie della variante sviluppano disabilità più velocemente. Sarà necessario ulteriore lavoro per determinare esattamente come questa variante genetica influenzi DYSF, ZNF638 e il sistema nervoso più in generale. I ricercatori stanno anche raccogliendo una serie ancora più ampia di campioni di DNA da persone con SM, aspettandosi di trovare altre varianti che contribuiscono alla disabilità a lungo termine nella SM.

«Questo studio ci dà una nuova opportunità per sviluppare nuovi farmaci che possono aiutare a preservare la salute di tutti coloro che soffrono di SM», ha detto Harroud.

I ricercatori italiani coinvolti nello studio internazionale Sandra D’Alfonso, Filippo Martinelli Boneschi e Federica Esposito sottolineano come

«questo lavoro rappresenta un’importante svolta nell’ambito della medicina di precisione, in quanto potrebbe, per esempio, portare all’uso di terapie più aggressive sin dall’inizio in quei soggetti portatori di varianti genetiche sfavorevoli per la progressione. Inoltre, la conoscenza di questa variante e dei due geni in prossimità della variante potrebbe permettere di sviluppare nuovi farmaci che agiscano sul meccanismo d’azione di questi due geni e rallentino la progressione della malattia.»

Finanziamenti

Questo lavoro è stato sostenuto in parte dai finanziamenti del NIH/NINDS (R01NS099240), del programma di finanziamento della ricerca e dell’innovazione Horizon 2020 dell’Unione Europea e della Multiple Sclerosis Society of Canada. I ricercatori italiani hanno ricevuto finanziamenti che negli anni hanno permesso di poter contribuire a questo studio da parte di FISM (Fondazione Italiana Sclerosi Multipla) e Ministero della Salute (Ricerca finalizzata, RF-2016-02361294).

Altri collaboratori italiani allo Studio

Nadia Barizzone, Dipartimento Scienze della Salute UPO, Novara

Paola Cavalla: Dipartimento di Neuroscienze e salute Mentale AOU Citta della Salute e della Scienza di Torino

Ferdinando Clarelli, Elisabetta Mascia, Silvia Santoro, Melissa Sorosina IRCCS Istituto Scientifico San Raffaele, Milano

Domenico Caputo: IRCCS Fondazione Don Gnocchi ONLUS, Milano

Giancarlo Comi: Università Vita-Salute San Raffaele, Milano

Domizia Vecchio: Clinica Neurologica AOU Maggiore della Carità, Novara, UPO

Locus for severity implicates CNS resilience in progression of multiple sclerosis, Nature (2023), DOI: 10.1038/s41586-023-06250-x

Testo e foto dall’Ufficio Comunicazione e Attività Istituzionali Università del Piemonte Orientale

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Biologia

La memoria episodica dei delfini può aiutarci a capire l’evoluzione dei ricordi

By ScientifiCult 26 Luglio 2022

LA MEMORIA EPISODICA DEI DELFINI, COSÌ SIMILE A QUELLA UMANA, PUÒ AIUTARCI A CAPIRE L’EVOLUZIONE DEI NOSTRI RICORDI

Lo studio dell’Università di Cambridge, in collaborazione con l’Università di Torino e il Parco Zoomarine di Roma, indaga su un nuovo aspetto della psicologia di questi mammiferi, capaci di ricordare informazioni precise datate nel tempo e nello spazio.

Lunedì 25 luglio è stato pubblicato, sulla prestigiosa rivista Current Biology, uno studio di psicologia comparata intitolato Episodic-like memory in common bottlenose dolphins (Tursiops truncatus). Lo studio, condotto da un gruppo di ricercatori dell’Università di Cambridge, in collaborazione con alcuni etologi marini del Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi dell’Università degli Studi di Torino e del Parco Zoomarine di Roma, ha scoperto che i delfini appartenenti alla specie Tursiops truncatus sono capaci, senza nessun bisogno di addestramento specifico, di ricordare informazioni su “dove” e su “chi” ha dato loro un oggetto. Questi risultati suggeriscono che i delfini, in modo simile agli umani, hanno una “memoria episodica” ovvero una memoria che contiene informazioni datate temporalmente e spazialmente.

“Considerate le complesse abilità cognitive, sospettavamo che i delfini fossero capaci di ricordare eventi nel passato ma non eravamo a conoscenza del tipo memoria utilizzata”, spiega James R. Davies, ricercatore presso il Comparative Cognition Lab dell’Università di Cambridge.

Questo studio dimostra che i delfini sono capaci di ricordare informazioni che non sapevano essere cruciali.

“Nelle fasi iniziali della ricerca, abbiamo addestrato 8 delfini a prendere e successivamente riportare una boa in una specifica postazione della loro vasca”, aggiunge il Dott. Elias Garcia-Pelegrin.

“Successivamente abbiamo verificato la loro capacità di richiamare in memoria informazioni accessorie acquisite nella fase di addestramento, circa il «dove» (la posizione della boa) e il «chi» (lo sperimentatore che rilascia la boa in acqua)” continua il Dott. Luigi Baciadonna, ricercatore UniTo e coautore dello studio che ha condotto i test sui delfini. “Nel test di memoria – prosegue Baciadonna – il ricercatore richiede nuovamente al delfino di riportare l’oggetto, ma in questa fase l’oggetto non è più nella posizione dove era stato rilasciato. In questa situazione, l’unica possibilità da parte del delfino per assolvere il compito affidato dal ricercatore è quella di ricordare il precedente episodio e in particolare dove fosse l’oggetto e chi fosse lo sperimentatore che lo aveva lasciato, cioè informazioni accessorie memorizzate in modo automatico”.

La memoria episodica dei delfini può aiutarci a capire l’evoluzione dei ricordi umani

Il Dott. Livio Favaro, coautore e ricercatore in Biologia Marina presso l’Università degli Studi di Torino, spiega che i risultati sono chiari:

“Tutti i delfini hanno superato il test di memoria del «dove», e sette delfini su otto hanno superato il test di memoria del «chi». L’aspetto interessante – continua Favaro – è che le informazioni richiamate in memoria, essenziali per superare le prove, erano secondarie, non essenziali per il recupero dell’oggetto nella prova antecedente il test. Tutto questo suggerisce una memoria episodica in questi mammiferi marini”. La Prof.ssa Nicola S. Clayton, coautrice e responsabile del Comparative Cognition Lab dell’Università di Cambridge, aggiunge che “la complessità socio-ecologica dei delfini ha plausibilmente favorito l’evoluzione di complesse abilità cognitive come quella riportata nello studio”.

La Dott.ssa Cristina Pilenga, responsabile Scientifico di Zoomarine, sottolinea che “per il personale del Parco è stata una grande soddisfazione partecipare a questo studio. I risultati permetteranno anche di migliorare lo stato di benessere di questi animali sotto le cure umane e di rendere più efficaci le azioni di salvaguardia della specie in Natura”.

Tutti gli autori, infine, osservano che le prossime ricerche chiariranno quanto la complessità dei ricordi dei delfini sia paragonabile a quella degli esseri umani, con la prospettiva di definire ulteriori aspetti sull’evoluzione della memoria umana.

La memoria episodica dei delfini può aiutarci a capire l'evoluzione dei ricordi — La memoria episodica dei delfini può aiutarci a capire l’evoluzione dei ricordi umani

Testo e foto dei delfini del Parco Zoomarine di Roma dall’Area Relazioni Esterne e con i Media dell’Università degli Studi di Torino sullo studio che esplora come la memoria episodica dei delfini possa aiutarci a comprendere l’evoluzione dei ricordi umani.

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Scienze ambientali

Biodiversità globale: i numeri per non perderla

By ScientifiCult 8 Giugno 2022

Biodiversità globale: i numeri per non perderla

Una nuova ricerca, che coinvolge il Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, rivela che per arrestare la crisi della biodiversità sono necessarie misure di conservazione nel 44% della superficie terrestre, pari a 64 milioni di km². Più di 1.3 milioni di km² rischiano infatti di essere distrutti da interventi umani entro il 2030. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science

Per fermare la crisi globale della biodiversità sono necessari sforzi ambiziosi, in particolare è fondamentale proteggere le aree ad alto valore conservazionistico e forte rischio di declino.

Un team di ricerca internazionale, che coinvolge Moreno Di Marco del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, ha utilizzato algoritmi geospaziali avanzati per mappare l’area ottimale per la conservazione delle specie e degli ecosistemi terrestri di tutto il mondo. I ricercatori hanno anche quantificato la superficie terrestre a rischio a causa delle attività umane di modifica degli habitat, sfruttando scenari di uso del suolo.

Lo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista Science, è stato coordinato da James R. Allan dell’Università di Amsterdam ed è nato dalla collaborazione della Sapienza con l’Università di Amsterdam, l’Università del Queensland, l’organizzazione The Nature Conservancy (TNC), l’organizzazione United Nations Development Programme (UNDP), l’Università di Cambridge, la BirdLife International, l’Università della Tasmania, la Rights and Resources Initiative (RRI), l’Università del Kent, l’Università di Melbourne e l’Università del Delaware.

Dai risultati di questa ricerca si evince che per arrestare la crisi della biodiversità sarebbe necessario conservare un’area di 64 milioni di km², che corrisponde al 44 % della superficie terrestre. Inoltre, i modelli mostrano che più di 1.3 milioni di km² di questa superficie terrestre – un’area più estesa del Sud Africa – rischiano di essere distrutti entro il 2030 dalle attività antropiche, con conseguenze devastanti per la fauna selvatica.

Considerando che sono 1.8 miliardi le persone che vivono nelle zone identificate, risultano fondamentali le azioni di conservazione che promuovono l’autonomia, l’autodeterminazione e la leadership ambientale di queste popolazioni. A tal fine, gli strumenti utili spaziano, in base al contesto locale, dalla responsabilizzazione delle popolazioni indigene, alle norme che limitano la deforestazione, alle aree protette.

Alla luce del fatto che diversi paesi, sotto la guida delle Nazioni Unite, stanno attualmente negoziando nuovi obiettivi di conservazione della natura, questo lavoro avrà importanti implicazioni politiche. Infatti, il piano d’azione post-2020 della Convenzione sulla Diversità Biologica (CDB) – un trattato internazionale adottato nel 1992 al fine di tutelare la biodiversità – entrerà in vigore nel corso dell’anno. Ciò stabilirà l’agenda della conservazione per il prossimo decennio e le nazioni dovranno riportare i risultati ottenuti rispetto ai nuovi obiettivi del 2030.

“A oggi, questa ricerca rappresenta – spiega Moreno Di Marco, coautore dello studio e coordinatore del gruppo di ricerca “Biodiversity and Global Change” della Sapienza – l’analisi più esaustiva delle esigenze di conservazione della biodiversità a scala globale e dimostra che l’espansione delle aree protette è una misura necessaria ma non sufficiente a invertire il declino della biodiversità. Le aree protette devono, quindi, essere affiancate a politiche di pianificazione sostenibile dell’uso del suolo, al riconoscimento del ruolo guida delle popolazioni indigene, a meccanismi di trasferimento fiscale verso i paesi in via di sviluppo e ricchi di biodiversità, e al controllo delle attività industriali in aree importanti per la biodiversità”.

Sebbene più di un decennio fa le nazioni avessero puntato a conservare almeno il 17% della superficie terrestre attraverso aree protette e altri approcci spaziali, dal 2020 è stato chiaro che ciò non sarebbe bastato ad arrestare il declino della biodiversità e scongiurarne la crisi, anche a causa del mancato raggiungimento di altri obiettivi.

“La nostra analisi mostra – conclude Moreno Di Marco – che il rischio per la biodiversità derivante dalla perdita di habitat in aree importanti per la conservazione può ancora essere ridotto in modo significativo (addirittura di sette volte!), se si attuano oggi politiche sostenibili di uso del territorio. Ma i governi non possono continuare a perseguire una strategia di sviluppo economico di tipo ‘business as usual’”.

Riferimenti:
The minimum land area requiring conservation attention to safeguard biodiversity – James R. Allan, Hugh P. Possingham, Scott C. Atkinson, Anthony Waldron, Moreno Di Marco, Stuart H. M. Butchart, Vanessa M. Adams, W. Daniel Kissling, Thomas Worsdell, Chris Sandbrook, Gwili Gibbon, Kundan Kumar, Piyush Mehta, Martine Maron, Brooke A. Williams, Kendall R. Jones, Brendan A. Wintle, April E. Reside, James E. M. Watson – Science (2022) https://doi.org/10.1126/science.abl9127

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Genetica

Tumori della mammella e della prostata in uomini con mutazione dei geni BRCA: stime di rischio sempre più precise

By ScientifiCult 9 Agosto 2021

Tumori della mammella e della prostata in uomini con mutazione dei geni BRCA: stime di rischio sempre più precise

Un nuovo studio della Sapienza e dell’Università di Cambridge, sostenuto anche da Fondazione AIRC – Fondazione AIRC per la ricerca sul cancro, ha individuato nuovi fattori genetici che modulano il rischio di sviluppare il tumore della mammella e della prostata negli uomini portatori di mutazioni nei geni BRCA. I risultati della ricerca, pubblicati su Journal of the National Cancer Institute, permettono di migliorare la prevenzione e di favorire una diagnosi precoce negli individui ad alto rischio.

tumori mammella prostata maschili — Tumori della mammella e della prostata in uomini con mutazione dei geni BRCA: stime di rischio sempre più precise. Foto di Lukas_Rychvalsky

Le mutazioni nei geni BRCA1 e BRCA2 predispongono lo sviluppo di circa il 15% dei tumori mammari maschili e del 2% dei tumori della prostata. Occorre però precisare che non tutti gli individui che ereditano tali mutazioni hanno uguali probabilità di sviluppare un tumore nel corso della loro vita.

Il gruppo di ricerca internazionale coordinato da Laura Ottini del Dipartimento di Medicina molecolare della Sapienza Università di Roma, ha identificato nuovi polimorfismi genetici, cioè variazioni del DNA frequenti nella popolazione, che possono modificare il rischio di sviluppare il tumore della mammella e della prostata negli uomini portatori di mutazioni in BRCA1 e BRCA2.

I risultati della ricerca, svolta in collaborazione con l’Università di Cambridge e con numerosi gruppi di ricerca del consorzio internazionale CIMBA (Consortium of Investigators of Modifiers of BRCA1/2) e sostenuta anche dall’AIRC – Fondazione AIRC per la ricerca sul cancro, sono stati pubblicati sulla rivista Journal of the National Cancer Institute (JNCI).

Partendo dai dati ottenuti in uno studio di associazione genome-wide (Genome Wide Association Study), volto a determinare le variazioni geniche in 1.801 uomini portatori di mutazioni nei geni BRCA1 e BRCA2, i ricercatori hanno sviluppato nuovi modelli statistici di punteggi di rischio genetico (PRS – Polygenic Risk Score) allo scopo di includere tutti i nuovi fattori (genetici) recentemente scoperti e associati al tumore mammario e prostatico. Nello specifico i PRS sviluppati nello studio sono basati su 313 polimorfismi per il tumore della mammella e su 147 per quello della prostata.

Aumentare il numero di polimorfismi inclusi nel modello PRS sulla base delle più recenti evidenze scientifiche permette di perfezionare ulteriormente la stima del rischio di sviluppare il tumore della mammella e della prostata in un gruppo di uomini che è ad alto rischio per queste patologie e può già beneficiare di screening oncologici dedicati.

“Ad esempio – spiega Laura Ottini – negli uomini portatori di mutazioni in BRCA2 il rischio di sviluppare il tumore della prostata è nel complesso di circa il 60%: il nuovo modello consente di classificare questi uomini in individui a basso PRS, cioè con un rischio di circa il 34%, e in individui ad alto PRS, cioè con un rischio che va oltre l’87%”.

Nella pratica clinica questa stratificazione potrebbe permettere di sorvegliare ciascun individuo in base al proprio rischio personale, riservando controlli maggiori agli individui con PRS più alto. Migliorare l’efficacia degli screening attualmente proposti è di fondamentale importanza per la prevenzione e per la diagnosi precoce: in questo senso le implicazioni dello studio sono notevoli e rispondono alle crescenti richieste di una medicina personalizzata e genere-specifica.

Riferimenti:

Breast and Prostate Cancer Risks for Male BRCA1 and BRCA2 Pathogenic Variant Carriers Using Polygenic Risk Scores – Daniel R Barne, Valentina Silvestri… Laura Ottini – Journal of the National Cancer Institute 2021. DOI: 10.1093/jnci/djab147.

Testo e immagini dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Medicina

Alessandro Bertero, dagli USA a Torino per studiare le malattie al cuore

By ScientifiCult 2 Luglio 2021

È rientrato all’Università di Torino, dove si era laureato, dopo 10 anni di ricerca sulla genomica e l’ingegneria cardiaca a Cambridge e Seattle

ALESSANDRO BERTERO, DAGLI USA A TORINO PER STUDIARE LE MALATTIE AL CUORE

Il ricercatore piemontese è il vincitore del Career Development Award della Fondazione Armenise Harvard, che finanzia fino a un milione di dollari per 5 anni per l’avvio di nuovi laboratori di ricerca in Italia.

Alessandro Bertero. Crediti: Maurizio Marino

Torino, 2 luglio 2021. Alessandro Bertero ha scelto Torino per avviare un laboratorio in cui svolgere le proprie ricerche sul cuore.

“È un po’ come tornare a casa, sono partito da neolaureato e ora che ho la possibilità di essere leader di un team di ricerca sulle malattie cardiache, ho scelto di ritornare a Torino.” – spiega Alessandro Bertero, che per10 anni ha lavorato all’estero, all’Università di Cambridge e di Washington.

Come “dote”, Bertero porta un finanziamento di 1 milione di dollari (200.000 dollari all’anno per 5 anni) della Fondazione Giovanni Armenise Harvard, vinto dopo essersi aggiudicato il competitivo bando Career Development Award del 2020.

Grazie a questo finanziamento, Alessandro Bertero dà ufficialmente il via al suo nuovo Laboratorio Armenise-Harvard di Genomica dello Sviluppo ed Ingegneria Cardiaca al Molecular Biotechnology Center (MBC) dell’Università di Torino. Lo stesso Ateneo dove aveva iniziato la sua formazione scientifica con il biologo cellulare Guido Tarone, laureandosi nel 2009 in biotecnologie e specializzandosi nel 2011 in biotecnologie mediche.

Alessandro Bertero Torino — Alessandro Bertero. Crediti: Maurizio Marino

Dopo aver vinto una borsa di dottorato dalla “British Heart Foundation”, Bertero si è trasferito all’Università di Cambridge nel Regno Unito, dove ha lavorato sulle cellule staminali. Successivamente ha continuato la sua carriera a Seattle grazie a un finanziamento di EMBO, che gli ha permesso di specializzarsi nei meccanismi dello sviluppo cardiaco, con un focus sulla cardiomiopatia dilatativa ereditaria, una grave malattia genetica al cuore ad oggi curabile soltanto attraverso il trapianto d’organo.

“Conosciamo troppo poco le basi molecolari delle malattie cardiache, che restano la più comune causa di morte – spiega Bertero – e l’obiettivo del mio laboratorio sarà proprio quello di capire quali sono i geni coinvolti in queste gravi patologie. E magari, in futuro, la mia ricerca potrebbe portare allo sviluppo di nuovi approcci terapeutici, in particolare di medicina rigenerativa per le cardiopatie congenite, la più comune malformazione potenzialmente letale nei neonati. Chiarire i meccanismi di regolazione genica alla base dello sviluppo embrionale e delle patologie cardiache può infatti fornire le conoscenze necessarie per generare cellule e tessuti da utilizzare per la rimuscolarizzazione del cuore”.

“Siamo orgogliosi di riportare in Italia e presso Università degli Studi di Torino un altro ricercatore eccellente – dichiara la Prof.ssa Fiorella Altruda, Direttrice del Molecular Biotechnology Center dell’Università di Torino – che si aggiunge ad altri, con un riconoscimento prestigioso dalla Fondazione Armenise Harvard. Il Centro di Biotecnologie Molecolari con il dipartimento di Biotecnologie Molecolari e Scienze per la Salute sta investendo su giovani che hanno maturato all’estero ottime competenze che dalla comprensione dei meccanismi cellulari aprono la via a nuovi approcci terapeutici. Il reclutamento di giovani ricercatori molto brillanti permette di aumentare la massa critica indispensabile per competere nella ricerca a livello internazionale.”

33 anni e originario di Bra, comune in provincia di Cuneo, Alessandro Bertero è l’ultimo dei 29 vincitori del grant Career Development Award Armenise Harvard, che promuove la ricerca di base in campo biomedico. Ogni anno la Fondazione premia uno o più promettenti giovani scienziati, italiani e non, che vogliano aprire un proprio laboratorio di ricerca in Italia.

Attualmente sono aperte le candidature per il Career Development Award 2021, con scadenza il prossimo 15 luglio. Tutte le informazioni sul sito della Fondazione Armenise Harvard https://armeniseharvard.org/

Testo dall’Università degli Studi di Torino

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Economia

COVID-19: misure ‘soft’ possono evitare un secondo picco

By ScientifiCult 20 Giugno 2020

Nuovo modello epidemico da economisti di Ca’ Foscari e Cambridge

COVID-19: MISURE ‘SOFT’ POSSONO EVITARE SECONDO PICCO

CONFERMA DA STUDIO CHE CONSIDERA I CASI ‘SOMMERSI’

In Lombardia e a Londra censita solo una minima parte dei casi.

Mascherine, distanze, igiene e isolamento degli infetti possono prevenire una nuova ondata di decessi

VENEZIA – Mascherine e distanziamento fisico possono sostituire il lockdown in modo efficace, scongiurando una seconda ondata dell’epidemia, in Lombardia come a Londra. Due economisti italiani sono giunti a questa conclusione considerando sia i dati ufficiali di contagi, guarigioni e decessi, sia i numeri, più difficili da stimare, dei casi non osservati (almeno il doppio di quelli censiti) e delle morti per Covid-19 non rilevate (il 35% in più del dato ufficiale in Lombardia, il 17% in più a Londra). Lo studio è stato pubblicato nei giorni scorsi su Covid Economics, una pubblicazione speciale del Centre for Economic Policy Research.

“Il modello epidemico che proponiamo è stimato in Lombardia e a Londra, due regioni particolarmente colpite dal virus – spiega Dario Palumbo, “Carlo Giannini” Fellow al Dipartimento di Economia dell’Università Ca’ Foscari di Venezia e coautore dello studio con Salvatore Lattanzio dell’Università di Cambridge – tiene conto anche degli stati non osservati e delle politiche sulla mobilità e prevede l’evoluzione della malattia in base a diverse politiche. Mostriamo come mitigare la probabilità di contagio con misure ‘soft’, riducendola fino al 20/40% rispetto a uno scenario senza misure, abbia effetti positivi paragonabili a quelli di un prolungamento del lockdown”.

Per i ricercatori, è evidente come le statistiche ufficiali abbiano sottostimato casi e decessi. Per questo, hanno elaborato un modello matematico che prevede quattro possibili stati delle persone rispetto all’epidemia (suscettibile, esposto, infetto e deceduto), ma introducendo per infetti, guariti e deceduti due tipologie: osservati e non osservati.

Alla fine del periodo su cui è stato testato il modello (9 aprile in Lombardia e 15 aprile per Londra), stimano che fossero stati contagiati il 5,7% dei lombardi e il 2% dei londinesi. Significa che i ‘non osservati’ sarebbero stati il doppio dei casi riportati dalle statistiche, che i guariti sarebbero stati tra le 20 e le 26 volte in più rispetto a quelli censiti e che il numero di decessi per Covid-19 sia stato sottovalutato del 35% in Lombardia e del 17% a Londra.

Grazie al modello, poi, gli economisti hanno calcolato scenari di progressivo riavvio della mobilità, ipotizzando una ripresa della circolazione delle persone fino al 75% del livello pre-pandemia.

“Senza alcuna misura di contenimento, vediamo inevitabile un secondo picco dell’epidemia e una ripresa dei decessi – afferma Palumbo – tuttavia, agendo sulla probabilità di contagio il secondo picco diventa meno probabile. In particolare, riducendo tale probabilità del 40% in Lombardia e tra il 20 e il 30% a Londra, il bilancio delle vittime torna in linea con quello di un lockdown permanente”.

La rimozione delle restrizioni del lockdown, dimostra la ricerca, non implica una ripresa della curva epidemica in presenza di politiche attive che promuovono la riduzione della probabilità di infezione come distanziamento fisico, mascherine, migliore igiene e isolamento dei casi infetti.

“Non adottare queste misure di mitigazione – conclude Palumbo – significa rischiare un secondo picco anche in scenari in cui il lockdown viene allentato in modo molto graduale, come avvenuto in Italia”.

Il metodo

La novità dello studio sta anche nella metodologia sviluppata dai due economisti, che a un modello epidemiologico di tipo SEIRD (Susceptible-Infected-Exposed-Recovered-Dead) applica una tecnica statistica chiamata Kalman Filtering, che in modo dinamico adatta le stime correggendole per ogni punto nel tempo anche per i casi non osservati. L’alternativa, più comune, è assumere che i casi ‘sommersi’ siano una certa proporzione fissa degli osservati. Aggiustare questo calcolo nel tempo riduce l’incertezza dei risultati.

Lo studio: https://cepr.org/sites/default/files/news/CovidEconomics18.pdf#Paper1

COVID-19 soft mascherine distanziamento sociale — Foto di Mohamed Hassan

Testo dall’Ufficio Comunicazione e Promozione di Ateneo Università Ca’ Foscari Venezia

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