martedì 14 novembre 2017

Zippato il Dna, come si fa con i file pesanti: Apre nuove strade alla biologia sintetica.

Fonte: ANSA Scienze
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Come i documenti o le immagini pesanti, troppo grandi da spedire per e-mail, anche il Dna può essere 'zippato' in un formato più comodo per l'invio e, una volte giunto a destinazione, riportato alle dimensioni originali. Il metodo, descritto sulla rivista Nature Nanotechnology, è stato messo a punto in Svizzera, nel Dipartimento di scienze dei biosistemi del Politecnico di Zurigo. E' un nuovo strumento di lavoro al servizio della biologia sintetica, il nuovo filone di ricerca inaugurato dall'americano Craig Venter e che nel 2016 ha portato a ottenere una cellula con il Dna minimo per la vita. Le prime applicazioni della possibilità di comprimere il Dna potrebbero riguardare lo sviluppo di nuovi farmaci e la ricerca sui tumori.

Ispirandosi al metodo di compressione dei file digitali, il gruppo di ricerca coordinato da Kobi Benenson e Nicolas Lapique ha sviluppato una tecnica che permette di comprimere il materiale genetico per trasportarlo nelle cellule e, una volta all'interno, riportarlo nelle condizioni originarie. Si risolverebbe in questo modo il grande problema che oggi impedisce a biotecnologi e biologi sintetici di caricare nelle cellule grandi porzioni di Dna.

La soluzione scelta in questo caso è stata quella di eliminare le ripetizioni nella sequenza di Dna, trasmettendo l'elemento solo una volta. La compressione del Dna da trasportare nella cellula avviene inoltre in modo 'cifrato', secondo specifiche regole.

In questo modo si possono trasferire nelle cellule grandi quantità di informazioni e perfino, dicono i ricercatori, "un arsenale di componenti biologiche, come proteine e RNA, che lavorano in modo coordinato ad uno scopo preciso". Ad esempio, questi elementi possono segnalare se la cellula è sana o tumorale oppure permettere di ottenere sostanze complesse, come i principi attivi dei farmaci.

giovedì 2 novembre 2017

Prima azione a distanza tra particelle ‘bifronti’. Esperimento italiano osserva fenomeno mai visto.

Fonte: ANSA Scienze
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Per la prima volta due particelle di luce che si comportano nello stesso tempo sia come onde sia come particelle hanno esercitato un'azione a distanza l'una sull'altra: il fenomeno, bizzarro come tutte le leggi che regnano nel mondo dell'infinitamente piccolo studiate dalla fisica quantistica, è stato osservato per la prima volta grazie all'esperimento italiano pubblicato sulla rivista Nature Communications e condotto nelle università Sapienza di Roma e di Palermo.

Le possibili applicazioni riguardano le comunicazioni del futuro, incredibilmente più veloci di quelle attuali, e la loro sicurezza per mezzo della crittografia quantistica, ha detto Fabio Sciarrino, del Quantum Information Lab del dipartimento di Fisica della Sapienza, che ha coordinato la ricerca a livello sperimentale. La parte teorica è stata curata da Rosario Lo Franco, del dipartimento di Energia, ingegneria dell'informazione e modelli matematici dell'università di Palermo. Hanno partecipato anche ricercatori di Cina e Vietnam.

Il primo passo è stato dimostrare che una particella di luce (fotone) può comportarsi sia come un'onda sia come una particella e a questo scopo i ricercatori hanno utilizzato fotoni che oscillavano in una direzione specifica (polarizzati). Sono stati quindi prodotti due fotoni con questa stessa caratteristica e, osservandoli, i ricercatori si sono accorti che il comportamento dell'uno determinava quello dell'altro, indipendentemente dalla distanza: è il fenomeno che Einstein aveva chiamato 'azione spettrale a distanza' e che oggi i fisici quantistici chiamano 'entanglement', una sorta di groviglio nel quale una particella riesce a condizionare il comportamento di una particella simile anche se sono lontane.

"Abbiamo dimostrato che un entanglement a due fotoni nella loro duplice natura onda-particella è possibile", ha detto Lo Franco. Questo fenomeno, ha aggiunto, può essere chiamato "azione di dualità onda-particella a distanza" e il prossimo passo sarà riprodurlo per un numero crescente di particelle e in modo completamente automatizzato.(ANSA).

lunedì 7 agosto 2017

CERN: Ottenuta la prima 'impronta digitale' in HD di una particella di antimateria.

Fonte: ANSA Scienze

Ottenuta la prima 'impronta digitale' in HD di una particella di antimateria: ci sono riusciti i ricercatori del Cern di Ginevra nell'ambito dell'esperimento Alpha, arricchendo così l'identikit di questa misteriosa anti-particella 'catturata' per la prima volta nel 2010 e descritta nel 2016. I nuovi dati, pubblicati su Nature, rappresentano un importante passo avanti per capire le differenze tra materia e antimateria che potrebbero spiegare perché l'una ha preso il sopravvento sull'altra dopo il Big Bang, aprendo così la porta ad una nuova fisica oltre l'attuale Modello Standard.

L'impronta digitale dell'antidrogeno è stata ottenuta irradiando l'anti-particella con microonde simili a quelle usate per comunicare con i satelliti. Una volta colpito, l'anti-atomo rivela la sua identità emettendo o assorbendo energia a frequenze molto specifiche che danno uno spettro simile ad "un'impronta digitale, unica per ogni elemento", spiega il coordinatore dello studio, Michael Hayden.

In realtà, materia e antimateria potrebbero rappresentare un'eccezione: essendo speculari, le due dovrebbero avere linee dello spettro praticamente sovrapponibili. Per verificarlo, i ricercatori del Cern avevano già tentato di fare lo spettro dell'antidrogeno nel 2012, ma l'impronta ottenuta è risultata troppo grezza per essere confrontata con quella dell'idrogeno.

I fisici hanno quindi ritentato l'esperimento per migliorare il risultato. "Una delle sfide che abbiamo dovuto affrontare - sottolinea la ricercatrice Justine Munich - è il fatto che materia e antimateria si annichiliscono quando entrano in contatto, quindi abbiamo dovuto tenerle separate. Non è possibile mettere gli anti-atomi in un contenitore ordinario: devono essere intrappolati o trattenuti in una speciale bottiglia magnetica".

Al termine dell'esperimento, i ricercatori hanno potuto osservare le linee dello spettro dell'antidrogeno in modo molto più completo e dettagliato, scoprendo che ricalca quasi perfettamente quello dell'idrogeno. Ora serviranno analisi più approfondite per verificare eventuali discrepanze ad un livello di risoluzione ancora maggiore.

"Studiando le proprietà degli anti-atomi speriamo di comprendere meglio l'universo", commenta Hayden. "L'antimateria può essere prodotta in laboratorio, ma non sembra esistere in natura se non in piccole quantità. Perché? Ancora non lo sappiamo, ma forse l'antidrogeno potrà fornirci qualche indizio".

mercoledì 28 giugno 2017

Immortalare un pensiero diventa finalmente possibile! Basta "taggare" i neuroni in attività.

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Immortalare un pensiero diventa finalmente possibile: questo grazie ad una nuova tecnica di laboratorio che consente di 'taggare' i neuroni in attività, fornendo delle istantanee ultra-precise scattate in pochi minuti, invece che nell'arco di ore o giorni come con le tecniche tradizionali. Questo risultato, che imprimerà una forte accelerazione alla ricerca nel campo delle neuroscienze, è pubblicato su Nature Biotechnology dai ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (Mit) in collaborazione con la Stanford University.

Il nuovo sistema di 'etichettatura' dei neuroni, chiamato 'Flare', si basa su un interruttore genetico che si 'accende' quando la cellula nervosa si attiva generando un flusso di ioni calcio al suo interno: il tutto funziona se il neurone viene contemporaneamente illuminato da un raggio di luce blu. In questo caso l'interruttore genetico si accende e va ad attivare un altro gene che produce una proteina fluorescente, oppure altre molecole in grado di evidenziare il neurone. "Un pensiero o una funzione cognitiva in genere durano 30 secondi o un minuto: questo è il range che vorremmo catturare", spiega la ricercatrice Kay Tye del Mit.

In questo studio, i ricercatori hanno dimostrato che la tecnica riesce ad accendere una proteina rossa fluorescente per evidenziare i neuroni della corteccia motoria che si attivano nei topi che corrono sul tapis roulant. Lo stesso approccio potrebbe essere usato per etichettare le cellule nervose con nuove proteine chiamate Dreadds, che permettono il controllo dei neuroni tramite farmaci, oppure usando proteine sensibili alla luce, in modo da rendere i neuroni 'telecomandabili' con un raggio luminoso attraverso la tecnica dell'optogenetica.

La tecnica 'Flare' potrebbe diventare utile anche per studiare e curare malattie: nel caso dell'Alzheimer, ad esempio, potrebbe permettere di individuare i neuroni malati in modo da non intaccare quelli sani.

mercoledì 14 giugno 2017

Il cervello è super-complesso, ha fino a 11 dimensioni! La sua organizzazione scoperta con l'aiuto della matematica .

Fonte: ANSA Scienze
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Il cervello è molto più complesso del previsto, al punto che ogni volta che impara qualcosa di nuovo le sue cellule si riorganizzano e si collegano le une alle altre a partire da strutture semplicissime a due dimensioni come i piani, o a tre dimensioni come i cubi, fino a strutture molto più complicate, a cinque, sei e perfino 11 dimensioni. Pubblicata sulla rivista Frontiers in Computational Neuroscience, la scoperta si deve al progetto Blue Brain, nato nel 2005 per iniziativa del Politecnico di Losanna e della Ibm e con l'obiettivo simulare il funzionamento del cervello.

Le strutture nelle quali il cervello di organizza "sono come castelli di sabbia multidimensionali, che continuamente si materializzano per disintegrarsi subito dopo", ha osservato il coordinatore della ricerca, Henry Markram, direttore del progetto Blue Brain e ricercatore del Politecnico di Losanna.

I ricercatori sono riusciti a individuare questo lato finora nascosto e un po' fantascientifico dell'organizzazione del cervello applicando in modo nuovo la matematica allo studio delle neuroscienze. In particolare l'organizzazione dei neuroni è stata studiata utilizzando la topologia algebrica, ossia la branca della matematica che applica l'algebra per studiare le proprietà e la struttura delle forme nello spazio.

E' la prima volta che uno strumento del genere viene utilizzato dalle neuroscienze e applicarlo allo studio dei circuiti cerebrali ha permesso di scoprire che questi possono essere articolati secondo figure geometriche in più dimensioni.

I computer imparano a programmarsi da soli! Si apre un nuovo campo di ricerca.

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Computer che si programmano da soli: sembra fantascienza, ma potrebbe diventare realtà nel giro di pochi anni, grazie al concetto di apprendimento automatico e agli enormi database di software già esistenti. Lo affermano ricercatori del Politecnico di Zurigo, tra i primi a riuscire ad insegnare a una macchina a scrivere il proprio programma. Lo studio, pubblicato sulla rivista dell'ateneo, sta facendo da apripista per un nuovo campo di ricerca in rapida espansione, il cui obiettivo è automatizzare il più possibile il processo di programmazione.

Il modo in cui i computer programmatori apprendono è simile al modo in cui lavora, ad esempio, il programma di traduzione di Google. I database pubblici danno accesso a milioni di software per computer che contengono miliardi di stringhe di programmazione. Questa incredibile quantità di dati non può essere sfruttata da un essere umano, ma da un computer sì: le macchine, infatti, possono riconoscere schemi e capire quali codici vengono usati in un determinato contesto, imparando anche il loro significato e le regole alla base. "Secondo noi, la programmazione non deve reinventare la ruota ogni volta, ma imparare dagli esempi già esistenti", spiega il gruppo di ricerca guidato da Martin Vechev.

In futuro, i programmi potranno lavorare "a fianco" degli sviluppatori, come fanno le funzioni di completamento delle frasi che si usano per scrivere messaggi sugli smartphone. Per esempio, lo sviluppatore scrive il primo centinaio di linee di codice, che il computer confronta con i codici già presenti nel database. Poi, in base ai risultati, il computer dà suggerimenti su come continuare il programma, lasciando al l'essere umano la possibilità di accettarli o meno. Questo sistema permette alla macchina di continuare il suo processo di apprendimento, imparando a capire quali sono gli obiettivi del programmatore e migliorando i suoi suggerimenti.

domenica 11 giugno 2017

Anche i feti sanno riconoscere i volti: Proiettati con la luce nel grembo materno, attirano la loro attenzione!

Fonte: ANSA Scienze
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Anche i feti hanno la capacità di riconoscere i volti e ne sono così attratti da girare perfino la testa per non perderli di vista: a documentarlo, per la prima volta, sono le incredibili immagini ottenute con l'ecografia 4D in Gran Bretagna dai ricercatori dell'Università di Lancaster, che per studiare le capacità percettive dei nascituri hanno proiettato figure di luce nel grembo materno come in un cinema.

L'esperimento, pubblicato su Current Biology, è il primo a dimostrare la possibilità di studiare la percezione visiva e le capacità cognitive dei bambini ancora prima della nascita. I ricercatori lo hanno condotto su 39 feti alla 34esima settimana di gestazione, proiettando nel loro campo visivo dei fasci di luce raffiguranti volti umani al dritto e al rovescio. Le reazioni, filmate attraverso ultrasuoni in 4D ad altissima definizione, hanno lasciato tutti a bocca aperta.

"C'era la possibilità che i feti potessero trovare interessanti tutte le forme proiettate, a causa della novità dello stimolo", spiega il coordinatore dello studio, Vincent Reid. "Se fosse stato così, non avremmo dovuto vedere differenze nella reazione agli stimoli proiettati al dritto o al rovescio". In realtà, i feti si sono voltati molto più spesso quando venivano proiettate le facce al dritto, mostrando così una reazione "molto simile a quella dei neonati", sottolinea Reid.

La scoperta dimostra che l'attrazione che proviamo per i volti è qualcosa di innato, che non si apprende dopo la nascita con l'esperienza. Inoltre indica che la luce può penetrare nel grembo materno e i feti possono avere percezioni visive, anche se i ricercatori sconsigliano vivamente le future madri di fare esperimenti casalinghi puntando luci sul pancione. Gli studi scientifici invece continueranno, con l'obiettivo di verificare se i feti presentino anche la capacità di discriminare numeri e quantità come i neonati.