I progressi della ricerca italiana

ROMA – focus/ aise – A volte basta aggiungere pochi atomi per cambiare completamente il comportamento di una molecola. È quanto dimostra uno studio pubblicato su Nature Communications, frutto della collaborazione tra l’Istituto Officina dei Materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iom) e partner internazionali.
I ricercatori hanno scoperto perché due piccole modifiche chimiche rendono un ribozima, una particolare molecola di RNA capace di accelerare reazioni chimiche, fino a quindici volte più efficiente: una scoperta che potrà aiutare a progettare ribozimi artificiali più performanti, da utilizzare ad esempio in ambito biotecnologico, oltre che comprendere meglio il comportamento di questo tipo di molecola di RNA nelle prime fasi dell'evoluzione della vita.
I ribozimi sono molecole particolari: a differenza della maggior parte degli RNA, che trasportano o regolano l'informazione genetica, sono anche in grado di accelerare reazioni di modificazione delle basi dell'RNA, svolgendo un ruolo analogo a quello degli enzimi. Tuttavia, progettare un ribozima da zero è estremamente complesso e i ribozimi artificiali ottenuti mostrano spesso un'efficienza limitata. Per questo motivo, molti studi sono dedicati a comprendere come aumentarne l'attività e migliorarne le prestazioni.
Il gruppo di ricerca ha studiato un ribozima chiamato MTR1, la cui efficienza era stata migliorata con l’aggiunta di due piccoli gruppi metile, in punti precisi della sua struttura. Un gruppo metile è una delle più piccole unità chimiche esistenti, costituita da un solo atomo di carbonio legato a tre atomi di idrogeno. Pur essendo formato da appena quattro atomi, quando aggiunti al ribozima MTR1 modificarno profondamente la sua l'attività biologica. Finora, però, non era chiaro perché queste modifiche avessero un effetto così marcato.
“Il nostro lavoro mostra che queste modifiche chimiche -che hanno l’effetto di aumentare drasticamente l’attività del ribozima- non intervengono direttamente nella reazione chimica: rendono invece la struttura dell'RNA più rigida, permettendo agli atomi coinvolti nella catalisi di mantenere la disposizione ottimale. Comprendere questo meccanismo ci offre un principio concreto per progettare ribozimi più efficienti”, spiega Jana Aupic (Cnr-Iom), prima autrice dello studio.
Grazie a simulazioni al computer e alla determinazione della struttura tridimensionale della molecola, il team ha, infatti, scoperto a livello atomistico che i due gruppi metile rendono il ribozima meno flessibile, mantenendo nella posizione corretta gli atomi coinvolti nella reazione. In questo modo la reazione avviene più facilmente e in maniera più efficiente. Proprio aver compreso tale meccanismo potrebbe preparare la strada alla progettazione di nuovi ribozimi artificiali per lo sviluppo di catalizzatori sempre più efficienti, con possibili applicazioni future nelle biotecnologie e nelle tecnologie basate sull'RNA.
“Non solo: queste conoscenze potranno anche aiutarci a comprendere meglio il ruolo che l'RNA potrebbe aver avuto nelle prime fasi dell'evoluzione della vita, in quanto i risultati ottenuti rafforzano anche una delle ipotesi più accreditate sull'origine della vita, la cosiddetta ipotesi del mondo a RNA”, aggiunge Alessandra Magistrato (Cnr-Iom), che ha coordinato il team di ricerca.
Secondo questa teoria, prima dell'evoluzione delle proteine furono proprio molecole di RNA a svolgere il ruolo di catalizzatori delle prime reazioni biologiche. Comprendere come piccole modifiche chimiche ne influenzino l'attività aiuta quindi anche a ricostruire i possibili meccanismi che hanno favorito l'evoluzione delle prime forme di vita sulla Terra.
Lo studio è il risultato di una stretta collaborazione internazionale con il gruppo di ricerca guidato da Claudia Höbartner, dell'Università di Würzburg (Germania), da anni impegnato nella progettazione e nello sviluppo di ribozimi artificiali. Lo studio è stato svolto grazie ad un finanziamento PNRR nell’ambito del Il Centro nazionale per lo Sviluppo di Terapia genica e Farmaci con Tecnologia a RNA.
C’è un momento in cui un grande progetto smette di essere soltanto una sfida ingegneristica e comincia il viaggio verso il proprio destino. Per lo specchio adattivo M4 dell’Extremely Large Telescope (ELT) quel momento è arrivato in una notte di fine agosto, quando un trasporto eccezionale ha lasciato la sede di Microgate a Bolzano, portando con sé uno dei componenti più avanzati mai realizzati per l’astronomia terrestre. Dopo oltre un anno di test elettromeccanici e ambientali, l’unità adattiva M4 ha raggiunto la sede di ADS International, azienda partner di Microgate nel consorzio AdOptica, ad Annone di Brianza, dove affronterà l’ultima fase di validazione ottica prima della spedizione definitiva nel deserto di Atacama, in Cile.
“Ogni grande progetto scientifico è fatto di tappe che segnano un avanzamento tecnologico, ma anche umano e industriale”, spiega Roberto Biasi, CTO e co-founder, insieme al fratello Vinicio, di Microgate. “Il trasferimento dello specchio M4 ad ADS International, ultima tappa italiana prima della destinazione finale in Cile, rappresenta uno di questi momenti: significa che un lavoro iniziato molti anni fa entra nella sua fase conclusiva e si avvicina al momento in cui contribuirà concretamente all'attività del telescopio più grande del mondo. Per Microgate è stato un percorso straordinario di crescita. Ci siamo confrontati con sfide ingegneristiche mai affrontate prima, sviluppando competenze, tecnologie e capacità progettuali che oggi costituiscono un patrimonio dell'azienda. Partecipare a un progetto come l'ELT significa contribuire all'avanzamento della conoscenza scientifica, ma anche dimostrare come l'innovazione italiana possa essere protagonista nelle più grandi infrastrutture di ricerca internazionali”.
L'Extremely Large Telescope promette di rivoluzionare la nostra comprensione dell'Universo: dallo studio delle prime galassie formatesi dopo il Big Bang alla ricerca di esopianeti simili alla Terra, fino all'analisi delle loro atmosfere per individuare possibili tracce di vita. In questo progetto senza precedenti, Microgate svolge un ruolo di primo piano nello sviluppo di M4, il quarto dei cinque specchi che compongono il sistema ottico del telescopio.
IL CUORE TECNOLOGICO DELL’OTTICA ADATTIVA
Con un diametro di 2,5 metri e uno spessore di appena 1,95 millimetri, lo specchio M4 è costituito da sei segmenti a forma di petalo. Microgate, in consorzio con ADS International all'interno del raggruppamento AdOptica, ha progettato e realizzato il sofisticato sistema di controllo elettronico che governa 5.352 attuatori senza contatto, responsabili della deformazione controllata della superficie dello specchio.
La tecnologia sviluppata da Microgate consente allo specchio di modificare la propria forma oltre mille volte al secondo, con una precisione superiore ai 10 milionesimi di millimetro, compensando in tempo reale le turbolenze atmosferiche e le vibrazioni del telescopio. Gli specchi "levitano" grazie a un campo elettromagnetico generato dagli attuatori, eliminando qualsiasi contatto meccanico diretto e garantendo prestazioni senza precedenti nell'osservazione astronomica.
Nel corso dello sviluppo del progetto Microgate si è occupata della progettazione del sistema di controllo, delle simulazioni numeriche, dell'elettronica e della validazione del prototipo dimostrativo. A Bolzano sono stati inoltre eseguiti tutti i test elettromeccanici e ambientali sullo specchio finale, riproducendo le condizioni climatiche del deserto cileno. Il trasferimento ad ADS International, dove verrà eseguita la calibrazione ottica con il fondamentale supporto dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), rappresenta l'ultimo passaggio europeo prima dell'installazione definitiva dell'M4 sull'ELT in Cile.
DALL’ELT AI GRANDI TELESCOPI DEL FUTURO
Le conoscenze maturate da Microgate nello sviluppo dei sistemi di controllo per l’ottica adattiva costituiscono oggi un patrimonio tecnologico applicato a più generazioni di grandi telescopi internazionali. Un passaggio decisivo è stato il Very Large Telescope dell’ESO, a Paranal, in Cile: il suo specchio secondario deformabile, dotato di 1.170 attuatori, è stato completato, sottoposto ai test ottici e installato nel 2016 sull’Unit Telescope 4, dove è pienamente operativo. A conferma della continuità di questo percorso, nel giugno 2026 ESO ha affidato ad AdOptica – il consorzio formato da Microgate e ADS International – la progettazione e la realizzazione di uno specchio secondario deformabile di nuova generazione per l’Unit Telescope 3 del VLT. Il nuovo sistema estenderà a un secondo telescopio le capacità di ottica adattiva già operative su UT4, consolidando il ruolo delle due aziende italiane nello sviluppo delle tecnologie destinate ai maggiori osservatori astronomici internazionali.
L’esperienza acquisita confluisce anche nel progetto del Giant Magellan Telescope, in costruzione a Las Campanas, sempre in Cile: il sistema prevede uno specchio secondario adattivo suddiviso in sette elementi da circa 1,06 metri, controllati complessivamente da 4.725 attuatori. Microgate e ADS International, riunite nel consorzio AdOptica, hanno lavorato alla progettazione e alla verifica dei sofisticati sistemi di controllo necessari a mantenere i sette segmenti allineati con precisione nanometrica. Le stesse competenze sono inoltre impiegate per il nuovo specchio secondario adattivo del Subaru Telescope, sul Maunakea, alle Hawaii: un sistema da 1,23 metri e 984 attuatori, attualmente in fase di integrazione, per il quale Microgate cura elettronica, software, ingegneria del controllo, test dei sottosistemi. I test di elettromeccanici di sistema e la calibrazione ottica verranno effettuati da Microgate in camera climatica, utilizzando l’Optical Test Tower sviluppata da ADS International, confermando una collaborazione industriale che accompagna da oltre trent’anni l’evoluzione dell’ottica adattiva italiana. (focus\aise)