Biomusica_Sususmo Ohno

Ultimamente, anche con l'aiuto delle tecnologie informatiche, scienza e musica hanno ritrovato una strada da percorrere insieme. La stretta collaborazione tra scienziati e artisti ha prodotto i primi nuovi frutti in comune. La musica, in particolare, sembra aver riacquisito il ruolo di punto di incontro ravvicinato tra scienza e arte. Se i filosofi antichi immaginavano il suono di stelle e pianeti, gli artisti-scienziati ci fanno ascoltare armonie che provengono da mondi piccolissimi, a volte nascosti dentro di noi. Sostanze organiche come il DNA, le proteine e gli ormoni sono composte da elementi che somigliano straordinariamente, da un punto di vista strutturale, ai ritmi musicali.

L'idea che il DNA e la musica possono essere collegati proviene dal lavoro del Dott. Susumu Ohno, un genetista che ha operato all'istituto di ricerca Beckman della città di Hope in Duarte, California. I geni di ogni organismo si compongono di frammenti del DNA, che a loro volta sono costituite da quattro tipi di nucleotidi che contengono le basi adenina, guanina, citosina, e timina, combinate in sequenze che sono uniche per ogni specie.
 

figura 1: sequenza di nucleotidi

In un intervallo immaginario, il Dott. Ohno assegnò le note musicali a queste sostanze - do alla citosina, re e mi all’ adenina, fa e sol alla guanina, la e si alla timina. Dopo avere assegnato le note musicali ad ogni base, il Dott. Ohno scelse una chiave ed un tempo particolare, così come la durata di ogni nota. Il risultato è stata una melodia che è stata composta da sua moglie Midori, una musicista. Una volta trascritti, gli spartiti sono stati eseguiti da musicisti professionali con strumenti come il pianoforte o l'organo, il violino e la viola. Il Dott. Ohno ha composto le partiture di oltre quindici canzoni del DNA di una varietà di organismi viventi. Egli scoprì che più evoluto è un organismo, più complicata è la musica. Il DNA della singola cellula di un protozoo, ad esempio, è traducibile in una ripetizione di quattro semplici note. Ma la musica trascritta dal DNA umano, ad esempio del recettore dell’insulina , è molto più complessa. Ascoltatori esperti di musica hanno scambiato queste composizioni basate sul DNA per la musica di Bach, Brahms, Chopin ed altri grandi compositori . Queste melodie sono maestose ed infondono ispirazione. Molte persone sentendole per la prima volta sono mosse alle lacrime; non possono credere che i loro corpi, che pensavano essere mere raccolte di prodotti chimici siano musicali e contengano tali armonie elevatrici ed ispiratrici ...

Le ricerche di Susumu Ohno

figura 2: Susumu Ohno

Susumu Ohno è uno scienziato di fama internazionale, rinomato per il suo lavoro su genetica ed evoluzione. Il Dott. Ohno si è accreditato nella comunità scientifica per il lavoro su embrioni e genetica e la determinazione del sesso, e per lo sviluppo di una teoria rivoluzionaria dell'evoluzione attraverso la duplicazione dei geni. Il Dott. Ohno ha dedicato quasi 50 anni della sua rinomata carriera alla ricerca genetica presso il centro per il Cancro della città di Hope a Los Angeles; era una delle più influenti figure nel campo della genetica. I suoi contributi hanno grandemente influenzato gli scienziati in diversi campi della ricerca odierna ed hanno condotto a numerose anticipazioni innovative. La carriera di Ohno è cominciata come ricercatore associato nel reparto di patologia sperimentale presso la città di Hope, Los Angeles, nel 1952. Come giovane ricercatore , il suo lavoro è culminato nella scoperta della forma inattiva di uno dei due cromosomi X nelle femmine. Questa scoperta ha condotto ad un nuovo tipo di ricerca genetica nei mammiferi. Nel corso delle sue prime indagini, il Dott. Ohno scoprì anche che nuovi geni spesso si evolvono dopo che c'è stata una duplicazione nella sequenza genetica di un gene esistente. Questo lavoro, rivoluzionario per il suo tempo, ha grandemente influenzato la ricerca futura degli investigatori nel settore della genetica e dell’ evoluzione. Nel 1966 , il Dott. Ohno divenne presidente della divisione di biologia della città di Hope, un incarico che tenne fino a 1981. Durante questo periodo, la ricerca del Dott. Ohno si è concentrata sui geni e proteine che regolano la determinazione del sesso. Come presidente della divisione di biologia, il Dott. Ohno ha anche reclutato e sponsorizzato un notevole gruppo di biologi molecolari includendo Arthur Riggs, PhD e Keiichi Itakura, PhD, che in cooperazione con Genentech, hanno creato il gene per ottenere l'insulina umana e l'ormone di crescita umano, grazie ai batteri. Nel 1981 , il Dott. Ohno ha ottenuto la cattedra per la ricerca genetica dalla città di Hope. Questo onore, concesso a vita, gli diede l'opportunità di perseguire i suoi obiettivi scientifici con indipendenza. Durante questo periodo, il Dott. Ohno decideva di indagare il collegamento tra composizione musicale e sequenze del codice genetico, poichè spartiti musicali e codici genetici sono basati sulla ripetizione. Egli ha testato questa correlazione traducendo varie sequenze genetiche in musica. Durante la sua carriera, il Dott. Ohno pubblicava più di 350 articoli in importanti riviste scientifiche negli Stati Uniti ed a livello internazionale. Era un membro dell'accademia nazionale delle scienze degli Stati Uniti e dell'accademia americana di arti e scienze. Egli era anche membro a vita della società scandinava di immunologia e della società giapponese di genetica. Nel 1992 , il Dott. Ohno è stato eletto nella prestigiosa reale accademia danese di scienze e lettere, un onore spesso concesso a destinatari del premio Nobel. E’ morto il 13 gennaio 2000 all’età di 71 anni. La ricerca di Ohno ha rivelato un mondo insospettabile. Nelle profondità invisibili delle cellule viventi esistono figure meravigliose, eleganti cristalli, perfette spirali, mirabili geometrie. Il materiale ereditario, il famoso DNA (Acido DesossiriboNucleico) è un nastro a doppia spirale avvolto in una regolare e lunghissima elica di misure costanti e perfette. Le officine della sintesi proteica, i ribosomi, formano ordinati cristalli che si aggregano in tetrameri. I virus sono dei meravigliosi poliedri fedeli alle regole dei solidi platonici. L’armonia della natura inizia dalle sue più segrete e minute strutture, inizia nell’invisibile e si rivela nell’eleganza e nella grazia delle forme visibili. La più straordinaria escursione nella inosservabile armonia della natura e’ stata compiuta da Ohno che è riuscito a produrre melodie musicali dalla struttura del DNA (1).

figura 3: rappresentazione della catena del DNA

Il principio da cui Ohno è partito è che la vita è caratterizzata da una moltitudine di ricorrenze e da ripetizioni di moduli. Nel bruco come nel fiore contornato di petali, nelle vertebre di un animale superiore, nelle fibre muscolari, nei tessuti vegetali, tutto è ripetitivo. Il principio della Ricorrenza Ripetitiva governa tutto. Anche nella cultura umana la ripetizione fonda la bellezza. Ohno sostiene che mentre gli ordinari mortali si contentano di imitare gli altri, i geni creativi sono condannati a plagiare se stessi. Essi inventano raramente più di un modus operandi nella loro vita, e persino la civiltà si è in gran parte fondata sul plagio di un piccolo numero di creazioni. “La grande quantità di chiese gotiche può essere vista come un plagio paneuropeo della abbazia di St. Denis o della cattedrale di Sens” (2). Anche la vita si è formata attraverso la ricorrenza di pochi moduli originari. Questa è un'idea che Ohno sostiene dal 1970, quando pubblicò Evolution by Gene Duplication (Evoluzione per duplicazione di geni). (3) In natura il messaggio genetico genera catene di amminoacidi (proteine) attraverso un codice. Lo stesso messaggio, processato con un codice musicale, genera catene di note che si sistemano nel pentagramma a produrre suoni. Che genere di suoni? Che sorta di musica? Susumu Ohno, con la collaborazione di Marty Jabara, musicista a Los Angeles, o della moglie Midori, ha preparato varie partiture, alcune pubblicate, alcune destinate agli amici. È’ una musica tonale, garbata, caratterizzata dalla ricorrenza di un tema musicale dominante e dalle sue variazioni. Qui ricorda Bach, là Chopin. Il ritorno del motivo esprime quella ricorrenza ripetitiva che il DNA con i geni serba nel suo messaggio. La chiave musicale consente di rendere la ripetizione di un modulo chimico in un motivo musicale ritornante, in un ritornello. L'operazione di Ohno e del suo amico musicista è stata piuttosto semplice. Egli ha convertito ognuno delle quattro basi: adenina ( A ), timina (T), citosina ( C) e guanina ( G ) in due possibili note in chiave di violino: A in do-re, G in mi-fa, T in sol-la, C in si-do concedendosi l'arbitrio di scegliere tra le due per esigenze musicali. L 'accompagnamento, in chiave di basso, è anche affidato al gusto musicale; e così il tempo. Tuttavia il vincolo imposto dal codice genetico rimane forte, e regola la struttura fondamentale del brano. Ascoltando la Musica del DNA si percepisce un segno d’ordine, una disposizione armonica che il DNA contiene e la musica trasmette. Tutta la vita è simmetrica, armoniosa, modulata, ma si rimane incantati ad ascoltare la melodia espressa da una struttura chimica sottilissima e invisibile, racchiusa nel cuore più segreto della cellula. Il codice musicale adottato da Ohno è semi-vincolante, poiché i nucleotidi sono meno delle note (4 contro 7). Tuttavia da una partitura musicale si ritorna ad una ed una sola sequenza nucleotidica. Data la chiave di trasformazione e una serie di note, la sequenza nuclotidica del DNA è generata univocamente. Allora ci si può chiedere: esistono sequenze genetiche corrispondenti a musica già composta? Ohno ha iniziato la ricerca partendo dal Notturno op. 55 n°1 di Chopin che per alcune sue caratteristiche strutturali si prestava bene. La perlustrazione tra i geni conosciuti è stata lunga, e infine Ohno si è imbattuto, quasi incredulo, in una sequenza genica che rassomigliava straordinariamente alla versione chimica del Notturno. Era un frammento del gene per la Polimerasi II (una proteina) del topolino. Nel Notturno op. 55 n°. 1 di Chopin si incontra un soggetto ricorrente di nove note: do-fa-mi-re- do-si-do-re-do che si presenta invariato o con varianti. Il nonamero si traduce nella seguente sequenza di basi: CAACCTCCC Questo è un modulo ricorrente nel DNA del gene in esame. Si presenta ripetutamente nella versione esatta o con leggere modificazioni. Se il gene è trasformato in sequenza musicale, nell’ascoltarla, al piano, si prova un’intensa commozione, come se la natura rivelasse una melodia chopiniana che da milioni e milioni di anni teneva serbata nel suo cifrario chimico; come se quella melodia, discesa dal mondo degli archetipi, avesse ispirato Chopin il secolo scorso. Come spiegare questa periodicità del DNA? Ecco ricomparire l'Ohno genetista con la sua idea dell'Evoluzione per Duplicazione del DNA. Le prime catene di DNA, in un ipotetico "brodo primordiale" pre-biotico, sarebbero state piccole sequenze di 7-10 basi. Queste si sarebbero poi allineate, ripetendosi in serie, in modo da formare strutture modulari. Le susseguenti vicende dell'evoluzione chimica avrebbero poi introdotto variazioni in queste catene monotone, senza tuttavia abolire la fondamentale ripetitività del modulo iniziale. Se la natura ha costruito il suo messaggio genetico (il DNA), mettendo in fila tante stutture eguali e poi lasciandole variare, essa ha prodotto composizioni chimiche simili alla sonata di Chopin. Miliardi e miliardi d'anni dopo, un genetista giapponese ha disposto queste sequenze sul pentagramma e ha rivelato musicalmente le armonie primordiali della vita. In alcune striscioline della magica molecola, abbiamo scoperto interne armonie, decorsi melodici, strutture ricorrenti. Se il cieco accidente avesse costruito le strutture viventi, senza una logica generativa e senza armonia, l'esperimento di Ohno non sarebbe riuscito a nessuno. 

Le ricerche sulla musica del DNA Questa linea di ricerca è stata poi ripresa e sviluppata da altri ricercatori ed artisti. In Internet possiamo trovare materiali di artisti come John Dunn. Questo artista, che è anche programmatore, è riuscito ad ottenere da ormoni e Dna umani dei ritmi che vale la pena ascoltare. Inoltre, grazie alla collaborazione del botanico K.W. Bridges e di M.A. Clark, docente di biologia presso l'università Wesleian (Texas) ha sviluppato un programma, il BIO 2 Midi, in grado di tradurre la struttura degli aminoacidi in sequenze musicali. (4) Analoghe sinfonie musicali, ottenute ricopiando le sequenze delle quattro unità chimiche che formano la molecola del Dna, sono state realizzate da David Deamer, biofisico dell'Università di Davis e Susan Alexander, compositrice e docente di musica alla California State University: essi hanno sviluppato delle sinfonie che assomigliano proprio alle Quattro Stagioni di Vivaldi o alla Nona Sinfonia di Beethoven. (5) Le molecole di DNA che determinano le caratteristiche genetiche di ciascun individuo variano da persona a persona e le sinfonie sono perciò infinite, dato che la sequenza delle quattro componenti chimiche è sempre diversa. Alcuni individui hanno un Dna musicale noioso, lento e ripetitivo, sostiene Deamer, mentre altri possono suggerire musiche simili al jazz, altri al blues, le possibilità sono davvero infinite. Negli U.S.A. è già iniziata la corsa alla conversione dei propri geni in musica, basta andare in un laboratorio medico, farsi determinare la struttura del proprio Dna e affidare i risultati a un compositore. Ma il DNA non è l'unica sostanza biochimica ad essere stata convertita in armonie musicali. Mary Anne Clark, con l'aiuto di John Dunn e del suo programma, ha realizzato la musica delle proteine. Dal suo sito è possibile scaricare interessanti esempi. (6)

figura 4: Mary Ann Clark, biologa della Wesleyan University, Texas.

La Clark descrive in modo suggestivo la sua ricerca.” Io amo entrare nell'edificio della musica, che nella mia università è accanto all'edificio della scienza. Attraversando le porte delle stanze di pratica musicale, posso sentire i frammenti di 1000 anni di musica scritta, suonata o cantata dall'attuale generazione di studenti di musica, qualcuno con finezza, qualcuno con esitazione, qualcuno con improvvisazione selvaggia. Penso che se in qualche modo potessi entrare in una cellula viva, sentirei qualche cosa di simile– i ribosomi e la sintesi delle proteine, suonano le loro sequenze di amminoacidi, nota su nota, secondo uno spartito genetico che è riprodotto qualche volta con fedeltà assoluta, qualche volta con alcune sostituzioni fuori programma, e qualche volta con assordanti ed inventivi abbellimenti. Ogni generazione di cellule in ogni organismo vivente suona lo spartito genetico della sua specie. Comunque, mentre la storia della musica come noi la conosciamo ha 1000 anni, la storia della musica genetica ha almeno 3.8 miliardi di anni di preparazione. Circa 10 anni fa, andai ad un seminario di facoltà a sentire un discorso di un collega sulla composizione. Mentre lui discuteva su come selezionare, cambiare ed organizzare i motivi musicali, io ero presa dal parallelismo tra la struttura musicale, la struttura delle proteine ed i geni che li codificano. Anche le proteine sembrano essere composte di frasi organizzate in temi. Da anni ero catturata da questa immagine, e provavo saltuariamente ad interessare dei musicisti per convertire una sequenza proteica in una sequenza musicale. Mi convincevo che questo era possibile, che le sequenze di amminoacidi, pur nella loro complessità, avrebbero rivelato un equilibrio, necessario per generare combinazioni musicali esteticamente interessanti e biologicamente informative. Ci sono venti amminoacidi nelle proteine, sufficienti per tre ottave di una scala diatonica. Essi non si combinano a caso, proprio come le note in un brano musicale. Entrambe, le proteine e la musica sono significative. Ad esempio, la proteina dell'emoglobina assolve alla funzione di trasporto dell'ossigeno. Alcune caratteristiche della nota musicale dell' emoglobina si possono vedere esaminando proteine di specie diverse, che suonano questa nota come variazioni di un solo motivo. Ad esempio, il tuatara, un rettile esotico, sembra avere poco in comune con gli umani, ma la somiglianza tra la sequenza di aminoacidi della betaglobina di una creatura umana e quella del tuatara indicano che entrambe le proteine sono le variazioni di un motivo che esisteva prima della divergenza delle linee evolutive dei mammiferi dai rettili 200 milioni di anni fa.

 PDAVM  GNPKV  KAHGK  KVLGA  FSDGL  AHLDN  LKGTF  ATLSE  LHCDK  LHVDP   STAIC  GNPRV  KAHGK  KVFTS  FGEAV  KNLDN  IKATY  AKLSE  LHCEK  LHVDP  

ENFRL  LGNVL  VCVLA  HHFGK  EFTPP  VQAAY  QKVVA  GVANA  LAHKY  H 

Altre variazioni della betaglobina si possono trovare nelle specie vertebrate di tutto il mondo, come ad esempio nei pipistrelli australiani, nei tapiri brasiliani, nelle rane dagli artigli del Kenia, nel pesce dragone antartico e nei pinguini Imperatore. Sebbene le sequenze di betaglobina non siano identiche in queste specie, sono tuttavia simili , e se convertite in musica potrebbero essere riconoscibili come variazioni di un motivo comune. Mentre sembra ovvio che le proteine abbiano una struttura intrinsecamente musicale, io non ho sentito una traduzione musicale di una proteina fino al 1996. Nell'intento di prepararmi per un corso ad honorem sulle somiglianze strutturali tra proteine e musica, ho fatto una ricerca in Internet, cercando altri ricercatori che potessero avere interesse per questi parallelismi. Ce n’erano alcuni e nel sito della musica algoritmica di John Dunn, trovai sia la musica basata sul DNA e la sequenza delle proteine, che il software che esegue la traduzione musicale. Acquistai uno dei programmi di software, da usare con la classe, e scoprii che le proteine erano più musicali di ciò che avevo immaginato”. (7) Un'altra collaborazione tra arte e scienza ci permette di ascoltare alcune armonie delle radici biochimiche della vita. L'artista Peter Gena , con la collaborazione del medico genetista Charles Strom, ha presentato la traduzione musicale del DNA in occasione del Sesto Simposio di Arti Elettroniche (Montreal, Canada, 1995). Per convertire il DNA in sequenze musicali hanno usato delle sequenze del DNA primario disponibili in CD ROM, relative al progetto sul genoma umano che ha determinato un'esplosione di dati disponibili. Ciò include i genomi completi dei virus, i genomi parziali dei batteri, e le sequenze complete di centinaia di proteine umane.

Figura 6: Peter Gena (in primo piano) e Charles Stromm

Si è creata una musica generata dal computer che prende i suoi parametri musicali direttamente da quelli fisiologici presenti nel DNA. Un tratto di DNA consiste in una sequenza di nucleotidi che codifica una successione specifica di amminoacidi. Le proprietà fisiche degli amminoacidi (costante di dissociazione, peso molecolare, e la classe chimica ), combinate con le proprietà individuali delle basi, forniscono il punto di partenza dell' ereditarietà, dell’ evoluzione e delle composizioni musicali di Peter Gena. Egli ha generato composizioni musicali da diverse sequenze umane, virali, e batteriche. Grazie a queste composizioni musicali, che sembrano invitare al sogno e alla contemplazione, è stato possibile aggiungere qualche osservazione che forse potrebbe risultare feconda anche da un punto di vista scientifico.(8) Il concertista Lorin Hollander ha descritto la ricca visione di immagini che ha sperimentato nel corso della sua vita mentre suonava i capolavori dei grandi compositori. Queste immagini, egli afferma, prendono spesso la forma di disegni geometrici estremamente complessi.

figura 7: Lorin Hollander

Lorin Hollander ha una carriera professionale che dura da 50 anni ed è iniziata con un debutto al Carnegie Hall all'età di undici anni. Egli era un bambino prodigio, ha composto musicagià all'età di tre anni e ha eseguito Bach a cinque. Ha lavorato con le principali orchestre sinfoniche del mondo, realizzando quasi 2000 interventi: in orchestre, in recitals, in conferenze/relazioni, in complessi da camera come pianista, come direttore sinfonico e corale. Per più di 30 anni egli ha condotto classi in comunità aperte e residence universitari, guidando orchestre di giovani, consigliando gli studenti, tenendo seminari per persone particolarmente dotate e per consiglieri nelle arti e nelle scienze. Hollander tiene anche conferenze e conduce ricerche relative alla coscienza e creatività umane, alla psicologia transpersonale, alle trasformazioni nel campo dell’istruzione ed educazione , alla crescita spirituale e personale e alla salute intesa globalmente. Egli ha studiato le disfunzioni criminali e suicide dei nostri bambini e come si può evitare la violenza, (Columbine High). Egli lavora anche con leader aziendali sul processo di trasformazione nel posto di lavoro ed esplora in profondità una comprensione multi-culturale della natura dell’ essere umano. Hollander si stupì quando scoprì che le forme, che aveva visualizzato fin dall' infanzia, erano praticamente identiche a molti dei meravigliosi disegni regolari delle moschee islamiche cosparse in tutto il Medio Oriente e India. Le forme pentagonali ed esagonali, che sono ripetute in questi disegni, mostrano una stretta somiglianza al modo in cui il DNA è rappresentato nella notazione chimica bidimensionale. Nel corpo i nucleotidi che costituiscono il DNA non sono, naturalmente, figure bidimensionali; questo è solo un modo con cui vengono rappresentati sulla carta, nonchè il modo in cui si rivelano all'immaginazione, sia di Hollander, sia dei biologi molecolari, o dei grandi artisti che hanno abbellito le moschee dell'Islam. Svelare la musica latente nel DNA suggerisce un’innovativa visuale riguardo all'evoluzione. Il processo evolutivo, piuttosto che un modo di trasmettere geni da una generazione all’altra, può essere considerato come l’interpretazione musicale di ogni generazione nonchè "creazione di musica" per le successive. Le mutazioni sarebbero i modi di armeggiare con la melodia per di creare del nuovo e le note più complesse. Quindi "la sopravvivenza degli individui più adatti " può volere dire " essere accordati", "suonare con l'orchestra, " o " mantenere l'armonia." Il mondo naturale è una sinfonia gigantesca, composta da innumerevoli strumenti. (9) Ma il mondo materiale è molto di più del solo DNA delle creature viventi; è anche i corpi non viventi come rocce, stelle e le galassie . Si può pensare qualsiasi cosa come musicale. La musica dei nostri geni può riflettere la musica dell'universo. Dopo tutto, la materia costituente i nostri corpi si è originata nelle galassie remote, ed i componenti atomici del nostro DNA sono stati elaborati attraverso le vite di diverse stelle. È’ l'enorme pre-universo, dunque, la fonte delle melodie primordiali che eventualmente sono precipitate nel nostro protoplasma? E' forse il cosmo una immensa banca di motivi da cui la musica del nostro DNA è stata prelevata?

Applicazioni nel campo della diagnosi medica Un altro importante settore di ricerca è quello relativo alle analisi biomediche basate sul suono. In tal senso appare interessante lo studio condotto da Ana Londral, Inês Oliveira e Mafalda Pereira dell’Istituto Superiore Tecnico del Portogallo, seguite dalla Prof. Ana Fred della cattedra di Ingegneria Biomedica, relativo alla generazione di suoni in MIDI con una scheda musicale per computer, partendo dai segnali EEG di un elettroencefalografo ai fini di una più facile e corretta diagnosi in pazienti affetti da turbe e disturbi del sonno. (10) Altra indagine interessante è quella realizzata da alcuni ricercatori dell'Università di Cambridge che potrebbe trovare applicazione nella diagnosi di molte malattie, dall'Aids all'epatite. I ricercatori hanno sfruttato la vibrazione di alcuni cristalli di quarzo, ricoperti con un anticorpo al quale si attaccano le particelle virali. Questi complessi sono immessi in un campo elettrico, per far "suonare" i virus. Infatti, aumentando il voltaggio, i cristalli cominciano a vibrare sempre più velocemente fino a quando i virus si staccano con uno scoppio caratterizzante ogni singolo virus. Tale scoppio è registrato dal cristallo il quale si comporta come un microfono. "E' come uno sparo", ha dichiarato Matthew Cooper che ha coordinato lo studio, "anche se l'emissione è simile a quella di un'onda radio FM e quindi è al di fuori del campo di ascolto umano". Dalla scoperta i ricercatori sperano di ottenere uno strumento d'indagine più efficace nella diagnosi dei virus "anche perché", ha spiegato il microbiologo Donald Jungkind della Thomas Jefferson University, "le tecniche usate fino ad oggi hanno mostrato i loro limiti". Questa squadra di scienziati di Cambridge ha inventato un metodo che può rinnovare radicalmente il modo con cui finora si sono scoperti i virus. La procedura, che è descritta nel numero di settembre 2001 della rivista Nature Biotechnology, è stata sviluppata nell'università di Cambridge, Dipartimento di chimica, da un’equipe che include Victor Ostanin, David Klenerman, Matthew Cooper, Tony Minson, Alexander Slepstov, Fedor Dultsev, Lianne Cabuche e Chris Abell. Dice il Dott Matthew Cooper "Il metodo è poco costoso, versatile ed i risultati si ottengono molto più rapidamente che con le tecniche convenzionali. Abbiamo ottenuto buoni risultati in laboratorio, ma le tecniche dovranno essere ulteriormente perfezionate prima di poterle applicare negli ospedali. Per esempio, nei nostri test, noi usavamo un virus semplice di herpes, che è un modello utile per diagnosticare virus più minacciosi come quello dell'HIV e dell'epatite B”. Il processo intero si completa in meno di due ore: si spera così di poter ridurre i periodi di ansiosa attesa per i pazienti che devono essere diagnosticati. E' stata costituita una compagnia, chiamata Akubio, per commercializzare la tecnologia, usando i fondi ottenuti dall'università di Cambridge e dalla compagnia di capitale Abingworth Management, specializzata in scienze naturali. L'obiettivo è di approntare uno strumento più piccolo ed estendere lo spettro di applicazione a batteri, proteine e DNA.(11)

figura 8: il virus umano dell’herpes

I ricercatori sperano con esso di diagnosticare l’HIV, l’epatite ed l’influenza. Il loro metodo può offrire una tecnica rapida e sensibile per scoprire le infezioni virali. La scoperta rapida di virus può essere un fattore critico se si sta diagnosticando la meningite o esaminando un'infezione da HIV: più rapidamente si può ottenere una risposta meglio è ed il team di ricercatori spera che la tecnica possa essere la base per un detector di virus. Nonostante la metodica sia così sensibile da identificare una singola particella virale in una piccola goccia , essa può anche scoprire milioni di particelle in un'infezione dilagante. Comunque, gli esami clinici, contenendo una miscela di proteine ed altre molecole, possono essere più complicati, afferma cautamente Cooper. “C'è bisogno di metodi di scoperta virali migliori”, dice il microbiologo Donald Jungkind dell'università Thomas Jefferson di Philadelphia, “le tecniche tradizionali hanno i loro limiti. Gli anticorpi per scoprire le proteine virali hanno una sensibilità bassa. L'alternativa, la catena amplificata della polimerasi (PCR) per scoprire il DNA virale, è estremamente sensibile ma laboriosa e costosa”. (12). “Per questo il detector virale può essere posto in campo”, aggiunge l'immunologo Paul Parren dell'istituto di ricerca "Scripps" di la Jolla, California, “ed essere convertito in una macchina più pratica. Inoltre il ceppo virale si potrebbe identificare usando diversi anticorpi, così da poter realizzare il vaccino giusto”.

figura 9: il nuovo detector di virus

Ma usare i detectors presenta alcuni problemi, come è emerso dalla recente epidemia virale di afta epizootica nell'UK. Con l'epidemia non ancora sconfitta completamente, la scoperta rapida di virus negli animali risulta interessante. Attualmente, pelle o esemplari di sangue dagli animali sospetti sono inviati al laboratorio, dove si impiegano fino a 5 giorni per arrivare ad un verdetto. Con la necessità di rapide diagnosi, un test veloce, accurato e sensibile sarebbe utile. Con le macchine di PCR bisogna attendere per circa 5 giorni una convalida ufficiale, mentre una macchina futura che usasse l'analisi del suono, pur dovendo essere decontaminata prima di essere inviata da una fattoria ad un'altra, potrebbe fornire una diagnosi più rapida. : Una paura che sta creando una certa "riluttanza" ad abbracciare tale semplice e rapida tecnologia è che gli animali, identificati come infetti usando il test liberamente disponibile, siano poi seppelliti con discrezione senza adeguate norme igieniche.

Le ricerche di Carlo Ventura

figura 10: Carlo Ventura

Carlo Ventura è nato a Trani (Bari) nel 1958. Laureato in Medicina e Chirurgia presso l'Università di Bologna, ha conseguito sia il titolo di Specialista in Cardiologia che di Dottore di Ricerca in Biochimica presso la medesima Università. Ha trascorso ripetuti periodi di ricerca negli Stati Uniti presso il Laboratory of Cardiovascular Science del “National Institutes of Health (N.I.H.)” di Baltimora. Attualmente è Professore Ordinario di Biologia Molecolare presso la Facoltà di Medicina e Chirurgia dell'Università di Bologna. Dirige il “Laboratorio di Biologia Molecolare e Bioingegneria delle Cellule Staminali,” dell'Istituto Nazionale di Biostrutture e Biosistemi (INBB), in Bologna; è Direttore della “Unità di Cardiologia Sperimentale” del Dipartimento Cardiovascolare dell'Università di Bologna presso l'Ospedale S. Orsola-Malpighi di Bologna. Dirige la Divisione di Bologna dell'INBB, comprendente le Sezioni di Firenze, Pisa e Siena dell'INBB. E' stato Direttore Scientifico del Bioscience Institute, Cell Factory istituita a Falciano nella Repubblica di San Marino e accreditata per la conservazione e la coltivazione in "Good Manufacturing Practice (GMP)” di cellule staminali umane adulte dal 2007 al 2012. Nel 2011, nel contesto dell'INBB, ha fondato VID, the Visual Institute of Developmental Sciences, Laboratorio di Scienza ed Arte dedicato a perseguire e promuovere l'evoluzione di una “Terza Cultura”, facilitando le infinite potenzialità di collaborazioni tra l'Arte, i Media e le Scienze. E' attualmente Direttore Scientifico di GENICO/EuroBioBank, Stem Cell Bank Istituita ad Ascona, Svizzera. E' autore di oltre cento di pubblicazioni in estenso sulle più importanti riviste internazionali di biologia cellulare e molecolare. Carlo Ventura ha scoperto i recettori delle endorfine nelle cellule miocardiche, assieme ad alcune vie di trasduzione del segnale ad essi accoppiate che sono risultate agire come regolatori fondamentali della omeostasi citoplasmatica del Ca2+ e del pH e della contrattilità miocardica. Ha scoperto i recettori nucleari delle endorfine e segnali intranucleari associati con l'orientamento cardiaco in cellule staminali embrionali murine e umane adulte di diversa origine. Dopo questa scoperta è stato introdotto il termine “intracrino” per identificare un meccanismo o una molecola in grado di controllare l'omeostasi cellulare agendo a livello del nucleo o di un compartimento intracellulare. Queste scoperte hanno aperto la strada a nuovi approcci di ingegneria tissutale e rigenerazione miocardica. Ha sintetizzato e sviluppato nuovi agenti, esteri misti di acido ialuronico, butirrico e retinoico (HBR), dotati di “logica differenziativa e paracrina” in grado di generare una resa elevata di cardio-/vasculo-genesi in vitro a partire da cellule staminali embrionali murine o mesenchimali umane, assieme ad una efficiente riparazione cardiovascolare in vivo in modelli animali di piccola (ratto) e grossa taglia (maiale) sottoposti ad infarto miocardico e trapianto intracardiaco di cellule staminali mesenchimali umane precondizionate ex vivo con HBR. Ha scoperto che le energie fisiche (campi magnetici pulsati a frequenza estremamente bassa), radiofrequenze (radioelectric conveyed fields) e le energie vibrazionali (nanomeccaniche) sono capaci di orchestrare l'orientamento e il differenziamento terminale delle cellule staminali, aumentando la pluripotenzialità cellulare (13).

Le richerche del Professor Ventura dimostrano scientificamente la capacità delle nostre cellule di produrre vibrazioni e di esprimere “firme vibrazionali” del loro stato di salute e della loro potenzialità differenziativa. In che modo il suono, l’energia sonora, può influenzare e governare quest’ultimo processo cellulare? “Il suono, sia come vibrazione meccanica che si propaga nel mezzo, sia come modalità quantistica di vibrazione, il fonone (onda e particella che descrive un quanto di vibrazione in un "reticolo cristallino"), può essere visto come un "attuatore" capace di cambiare lo stato dinamico, energetico e strutturale, degli atomi e delle molecole con cui interagisce. Quindi se il bersaglio è una cellula (o su scala più vasta un tessuto), i "punti" (atomi, molecole, ioni) della cellula stessa "toccati" dal suono possono entrare in risonanza con determinate frequenze incidenti. Tale risonanza implica che la struttura molecolare possa subire modificazioni architetturali e quindi funzionali. Pensiamo quindi ai fattori di trascrizione, proteine essenziali per regolare l'espressione (funzione) dei nostri geni, al Dna, agli istoni e ad altre proteine nucleari essenziali nel gestire l'architettura del Dna stesso (epigenetica). Tutte queste "entità" possono essere modificate dall'interazione con quello cha chiamiamo suono, ovviamente anche con frequenze vibrazionali non udibili dall'orecchio ma portatrici comunque di vibrazione percepibile a livello atomico e molecolare”. In futuro, potrà mai la musica aiutare i medici a curarci e a mantenerci in salute? “È’ più che verosimile che in un prossimo futuro si possano individuare suoni, patterns vibrazionali capaci di ripristinare interazioni molecolari coerenti, ossia interazioni in grado di "riprogrammare" l'equilibrio armonico delle interazioni atomiche e molecolari che sono allabase dell'omeostasi e dello stato di salute cellulare”.

                                     NOTE

(1):   Susumu Ohno & Marty Jabara. Repeats of Base Oligomers (N=3n ± 1 or 2) as Immortal Coding Sequences of the Primeval World: Construction of Coding Sequences is based upon the principle of Musical Composition, Chemnica Scripta 1986 26B; 43\49

(2):  Susumu Ohno e Midori Ohno. The All pervasive Principle of Repetitions Recurrence governs Not only Coding Sequence Construction but also Human Endeavor in musical  composition.“Immuno-Genetics” 1986, 24: 71-78

(3):   Susumu Ohno, Evolution by Gene Duplication. Berlin-New York, Springer-Verlag, 1970

(4):   http://www.algoart.com/dnamusic/

(5):   http://www.healingmusic.org/SusanA/

(6):   http://web.txwes.edu/biology/macclark/

                                      (7):   John Dunn and Mary Anne Clark, Life Music: The Sonification Proteins, Leonardo on line, 1977

                                               http://mitpress2.mit.edu/Leonardo/astn/homestead.html

 (8):   Peter Gena and Charles Strom, Musical Synthesis of DNA sequences,

          Proceedings of the Sixth Symposium on Electronic Arts: Emergent

          Senses, Montreal, Canada, 1995

(9):    http://www.lorinhollander.com/

(10):    red.lx.it.pt/~afred/EB99/midi/biomusic.html

(11):  Matthew A. Cooper, Fedor N. Dultsev, Tony Minson, Victor P.

          Ostanin, Chris Abell, and  David Klenerman, Direct and sensitive

          detection of a human virus by rupture event scanning, Nature

         Biotechnology, 19,833-837, Settembre 2001

                                     (12):  http://jeffline.tju.edu/CWIS/DEPT/Pathology/jungkind.html

                                     (13) Ventura C, Maioli M, Asara Y, Santoni D, Mesirca P, Remondini D, Bersani F. (2005), Turning  on stem cell cardiogenesis with extremely low frequency magnetic fields. FASEB J Jan;19(1):155-7.

                                    Maioli M, Rinaldi S, Santaniello S, Castagna A, Pigliaru G, Gualini S, Fontani V, and Ventura C., Radio frequency energy loop primes cardiac, neuronal, and skeletal muscle differentiation in mouse embryonic 

                                    stem cells: a new tool for improving tissue regeneration. Cell Transplantation 2012;21(6):1225-33.