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Due punte di diamante nelle Scienze della Vita europee

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Due punte di diamante nelle Scienze della Vita europee

02 Giu 2005

di Francesco Nesci e Valentina Vigano

Continua il tour virtuale tra i distretti dove si produce la ricerca e l’innovazione a livello europeo. Questa volta la nostra navigazione ci porta in Inghilterra (Cambridge), Danimarca e Svezia meridionale (Medicon Valley), sede di due cluster tra i più importanti d’Europa nel campo delle Life Sciences e delle biotecnologie.

Gli sviluppi di punta dell’Information Technology offrono un contributo importante alla ricerca biomedica e biotecnologia, come dimostrano i due distretti in Inghilterra (Cambridge), Danimarca e Svezia meridionale (Medicon Valley), sede di due cluster tra i più importanti d’Europa nel campo delle Life Sciences e delle biotecnologie, e dove si va sviluppando un campo scientifico convergente: la “bioinformatica”.

Cambridge: una storia nelle Life Sciences
Da secoli Cambridge occupa un posto da centro di eccellenza nella ricerca nelle scienze della vita. Nel XVI secolo John Keys fonda il Caius College, dedicato alla ricerca scientifica e agli studi medici. I veri e propri studi sperimentali, invece, risalgono al XIX secolo, quando viene costituito il Cavendish Laboratory, che diviene un polo di attrazione per ricercatori del calibro di Francis Crick, Hugh Huxely e Jim Watson. Qui hanno luogo le scoperte su cui riposa la biotecnologia del XX secolo, come quella della struttura molecolare del DNA (Watson e Crick, premio Nobel del ’62), che apre la via alla manipolazione del materiale genetico. Anche Sanger, co-fondatore del Cavendish Laboratory, vinse due premi Nobel: uno nel ’58 per la struttura primaria delle proteine, e un altro nel 1980 per aver inventato una tecnica per definire la sequenza nucleotidica negli acidi nucleici.
L’impatto economico delle Life Sciences è enorme, e contribuisce molto alla prosperità e innovazione di questo distretto. Cambridge presenta oggi la concentrazione più alta di imprese biotech in Europa. I numeri parlano da soli: quasi 200 imprese biotech, 30 istituti di ricerca, più di 20 branch di grandi multinazionali farmaceutiche insediate nel territorio, 4 ospedali leader nella ricerca medica e nelle biotecnologie, più di 100 altre organizzazioni che ruotano intorno alla bio-community. Il cluster di Cambridge si caratterizza per l’alto grado di maturità delle imprese biotech qui residenti. Il 20% di esse ha la casa madre all’estero; qui hanno operations tutte le maggiori imprese biotech Usa quali Amgen, Genzyme o Gilead Sciences. In termini di occupazione, a Cambridge sono impiegate circa 10.000 persone in imprese direttamente collegate al biotech e 25.000 nel settore Life Sciences allargato.
Il sistema della ricerca nelle Scienze della Vita è organizzato in circa 350 gruppi di ricerca: la qualità accademica è testimoniata da 13 Premi Nobel in Medicina e Chimica attribuiti a ricercatori di Cambridge.
Il fattore chiave della crescita del cluster Life Sciences di Cambridge è sicuramente la presenza sul territorio di Centri di ricerca di fama mondiale (più di 30 nel 2003). Alcune tra le più importanti strutture accademiche di ricerca sono: Addenbrookes University Hospital, Babraham Biosciences Technologies, Mrc Rosalind Franklin Centre for Genomics Research.

Medicon Valley: un distretto cross-border
Medicon Valley è cluster che comprende l’area di Copenhagen in Danimarca e di Skane in Svezia, ed è la sede del cluster farmaceutico e biotecnologico più grande della Scandinavia (qui ha sede il 60% dell’industria farmaceutica dei paesi scandinavi). Le imprese sono distribuite tra i settori biotech (125 imprese per 3.300 occupati), farmaceutico (70 imprese), medico-tech (130 imprese), organizzazioni di ricerca clinica (15), e investitori/società di servizi (250). La regione annovera inoltre 26 ospedali di cui 11 universitari, 14 università, 41.000 persone occupate nell’industria biotech/farma/medicotech e più di 135.000 studenti. Ospita inoltre quattro parchi scientifici. Dal lato degli attori privati, è molto rilevante la presenza quasi centenaria di aziende farmaceutiche molto attive nella ricerca, quali Novo Nordisk, AstraZeneca, Leo Pharma e Lundbeck.
Studi recenti posizionano la Medicon Valley al terzo posto in Europa per la biomedicina, dopo Londra e Parigi e prima di Amsterdam, Edimburgo, Oxford e Cambridge. Nello specifico campo delle biotecnologie, la Medicon Valley si posiziona al secondo posto in Europa per numero di imprese, preceduta soltanto da Cambridge.
Recentemente, si è andato affermando un processo di concentrazione della ricerca intorno ai quattro punti di forza di questo cluster cross-border (diabete, malattie infiammatorie, neoroscienze e cancro), attraverso la creazione di istituti specializzati quali ad esempio:  il BioCenter di Copenhagen, il Biotech Research & Innovation Center di Copenhagen, il Centro per la Biologia delle Cellule Staminali e Terapia Cellulare di Lund (Svezia), il Centro per il Diabete e Ricerca sulle Cellule Staminali di Lund (Svezia), il Centro SweGene-Proteomics di Lund (Svezia).
Questa zona distrettuale è fortemente integrata. Esiste un consorzio tra 14 università delle regioni Oresund e Zealand (Danimarca) e Skane (Svezia). La collaborazione è favorita dalla prossimità geografica e da cultura e storia comuni. Tutti i partner hanno un accesso facilitato all’altra parte della frontiera e i programmi di ricerca si complementano a vicenda. Il sistema complessivo è governato dai vice-rettori dei 14 organismi partecipanti, ed esiste un forte coordinamento dei vari programmi di ricerca sotto forma di progetti, network, o contratti formali per la formazione o la ricerca.
Un ruolo importante di connessione è anche giocato dai network che integrano sistema della ricerca, industria (sia grande che piccola impresa) ed enti pubblici. Tra i vari network presenti nell’area si distingue la Medicon Valley Academy, specializzata su biotecnologie e scienze della vita. I 227 membri includono imprese, istituti di ricerca e partner pubblici, e sono equamente ripartiti tra organismi svedesi (40%) e danesi (60%).

Lo strano connubio tra It e scienze della vita.
Cambridge e la Medicon Valley sono tra i maggiori centri di eccellenza a livello globale nella bioinformatica, disciplina emergente dalla convergenza tra life sciences e information technology. Essa descrive qualsiasi uso dell’informatica per gestire informazioni biologiche, ed è sinonimo – per gli addetti ai lavori – di “biologia molecolare computazionale”, cioè l’utilizzo del computer per caratterizzare le componenti molecolari degli esseri viventi. Le attività tipiche della bioinformatica hanno a che fare con recupero, analisi e simulazione della composizione (“sequenza”) e della struttura delle biomolecole complesse (acidi nucleici e proteine).
Gli sviluppi della ricerca genetica (in particolare il Progetto Genoma Umano) hanno reso possibile lo sviluppo di enormi banche dati, quali GenBank o quella del Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare (Embl). Ciò sottende un enorme lavoro di organizzazione, indicizzazione e monitoraggio delle informazioni in esse contenute, nonché la creazione di interfacce user friendly per consentirne l’accesso ai ricercatori. Questo è il campo di applicazione della bioinformatica. Molta bioinformatica è supportata dalla tecnologia delle banche dati pubbliche (come GenBank o Protein DataBank), o private, come quelle utilizzate dai gruppi di ricerca coinvolti in progetti di mappatura o imprese biotech. Le piattaforme utilizzate sono soprattutto Unix (preferito dagli sviluppatori) e Mac (in genere utilizzato da utenti o per compiti meno sofisticati).
Una “costola” sempre più importante della bioinformatica “classica” – focalizzata sulla costruzione di banche dati per lo “stoccaggio” di informazioni biologico – è la biologia computazionale che ha invece a che fare con processi di retrieval, analisi e modeling. Essa infatti si occupa di: individuare i “geni” (costituiti da lunghe sequenze di nucleotidi aventi una unica funzione biologica) a partire da sequenze nucleotidiche; elaborare metodi per predire la struttura e/o funzione di proteine e sequenze di Dna; raggruppare le sequenze di aminoacidi in famiglie di sequenze imparentate; sviluppare modelli proteici; allineare proteine simili e generare alberi filogenetici di proteine simili appartenenti a specie diverse, con l’obiettivo di studiare l’evoluzione a livello molecolare e non solo “fenotipico”.

La bioinformatica a Cambridge e nella Medicon Valley
La nascita e lo sviluppo della bioinformatica nei distretti di nostro interesse è il frutto di una “fertilizzazione incrociata” e di una contaminazione tra competenze biomediche e informatiche, anche queste ultime largamente presidiate in entrambi i territori. Alcuni esempi di organizzazioni di caratura mondiale possono dare la misura del livello delle competenze accumulate in questi territori.
A Cambridge ha sede lo European Bioinformatics Institute (Ebi), una organizzazione non-profit che fa parte dell’Embl e produce e gestisce banche dati biologiche, con l’obiettivo di rendere tali informazioni di dominio pubblico e liberamente accessibili alla comunità scientifica. Precursore dell’Ebi è la Biblioteca di Dati sulle Sequenze Nucleotidiche dell’Embl, costituita nel 1980 presso i laboratori di Heidelberg, in Germania, la prima banca dati di sequenze nucleotidiche al mondo. I fondi finanziari che sostengono l’attività dell’Ebi appartengono soprattutto agli stati membri del Embl, la Commissione Europea e il Wellcome Trust; una parte dei finanziamenti viene dai privati (industria farmaceutica e imprese biotech). Oltre ai servizi di produzione e gestione di banche dati biologiche, l’Ebi svolge anche molte attività di ricerca di biologia molecolare computazionale che includono per esempio: studio dell’evoluzione molecolare, confronto tra genomi, predizione genetica, percorsi metabolici, analisi di relazioni sequenza-struttura, l’applicazione della computazione parallela alla biologia molecolare, analisi di sequenze e strutture tri-dimensionali, strumenti di navigazione per il collegamento tra banche dati. L’EBI sviluppa inoltre un “Programma Industria” finalizzato al trasferimento alle imprese biotech, chimiche e farmaceutiche del potenziale offerto dalla bioinformatica. Il programma comprende formazione con workshop su argomenti di frontiera in biologia e computing, lo sviluppo di banche dati e servizi in partnership con le imprese. Tra i maggiori clienti figurano stelle di prima grandezza del firmamento delle grandi imprese del settore.
Le competenze bioinformatiche sviluppate nella Medicon Valley riposano su quelle pre-esistenti in materia IT (la regione coincide con il cluster Oresund IT). La bioinformatica trova nella Medicon Valley anche un cotè imprenditoriale, essendo questo territorio la sede per alcune importanti imprese specializzate in bioinformatica. In campo accademico si annoverano alcuni importanti Centri di Eccellenza in bioinformatica, quali ad esempio: il Centro per l’Analisi Sequenziale Biologica di Copenhagen, costituito nel 1993, ha uno staff di circa 45 persone provenienti da vari specialismi con un rapporto bioon-bio di 2:1 e ha prodotto molti nuovi metodi computazionali, resi accessibili su Internet (cfr. http://www.cbs.dtu.dk/services/ ); il Centro di Bioinformatica (università di Copenhagen),  costituito nel 2003 come appendice dell’Istituto di Biologia Molecolare, si occupa dell’applicazione di metodi probabilistici in bioinformatica e gestisce un Master in Bioinformatica.
Insieme all’Accademia Oresund IT, i network biomedici svedesi e danesi della Medicon Valley hanno dato avvio al Programma PostDoc Bio+IT, che punta a formare esperti in bioinformatica. Inoltre vi sono vari programmi post doc riconducibili a questa disciplina, tra cui: biologia dei sistemi; modelli 3-D di strutture molecolari; nanobiotecnologia.
Tra le imprese di bioinformatica, la Danimarca vanta la prima sussidiaria della Structural Bioinformatics Advanced Technologies, nata dalla collaborazione tra la sede centrale dell’impresa (San Diego, Usa) e l’Università Tecnica Danese (DTU). Si occupa di analisi proteica computerizzata, e sviluppa una serie di tecnologie per identificare candidati adatti ai test clinici sui nuovi farmaci, basati sull’analisi genetica. Dal 1998 la sussidiaria danese si occupa di sviluppare algoritmi per migliorare gli strumenti di predizione.
Cambridge e la Medicon Valley rappresentano un interessante spaccato di un fenomeno che sta prendendo piede nelle discipline scientifiche “di frontiera”: la convergenza tra campi disciplinari originariamente distinti. La “contaminazione” tra Life Sciences e IT appena analizzata è solo un caso, altri sviluppi stanno facendosi presenti in altri contesti ed in altri territori, come ci consentirà di verificare la prossima tappa del nostro tour nei distretti high tech del Vecchio Continente.

(*) Francesco Nesci è Partner di Àssist Consulting, società di management consulting impegnata sui temi del change management, dei sistemi e delle soluzioni per la pianificazione e controllo, della gestione risorse umane e delle customer operations. Si occupa, in particolare, di sistemi nazionali e locali di innovazione; in questo ambito svolge attività di consulenza nel design e nella implementazione di sistemi territoriali di servizi di diffusione tecnologica verso le Pmi. Valentina Viganò è assistente di ricerca di Àssist Consulting; attualmente è impegnata nella realizzazione dell’Osservatorio Europeo sui Distretti High Tech. 

Costruzione del modello di struttura di una proteina a partire da una sequenza di Dna

 


 Chi volesse saperne di più sui temi di questo articolo può attingere a diverse fonti
La bio-community di Cambridge si ritrova in Erbi (www.erbi.co.uk), la associazione di rappresentanza più importante del biocluster. Tra le altre cose, essa redige con cadenza biennale un report sullo stato del biocluster che fornisce una gran messe di dati e analisi (l’edizione più recente è stata pubblicata nell’autunno del 2004 ed è disponibile sul sito).
Per conoscere la Medicon Valley, due importanti punti di accesso su Internet sono www.mediconvalley.com, sito istituzionale del cluster, e www.mva.org, sito della Medicon Valley Academy, il più importante network tra attori del cluster a cui aderiscono imprese, centri universitari e di ricerca e enti pubblici.
Chi volesse saperne di più sulla bioinformatica, può avere accesso in italiano ad alcuni testi pubblicati di recente: A. M. Lesk, Introduzione alla bioinformatica, McGraw-Hill Italia (2004); G. Valle, M. Helmer Citterich, M. Antimonelli, G. Pesole, Introduzione alla bioinformatica, Zanichelli (2003);  A. Tramontano, Bioinformatica, Zanichelli (2002). Per chi volesse iniziare la propria esplorazione da Internet, una interessante risorsa a carattere introduttivo, alimentata dalla University of Texas di Austin, è “BioTech”: essa contiene una interessante sezione di base sulla bioinformatica (http://biotech.icmb.utexas.edu/pages/bioinfo.html).

Francesco Nesci e Valentina Vigano

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