Maurice Bejart, nelle sue indimenticabili coreografie, forse non avrebbe saputo fare di meglio. Le danzatrici si alternano flessuose sul palco, per poi avvicinarsi e legarsi tra loro fino a formare un ardito disegno chimico. La struttura che si forma non è casuale, ma ripercorre quella degli atomi che si congiungono magicamente fino a costruire una molecola. Questa molecola, si spera, diventerà poi un farmaco. Poi le stesse ballerine diventano cellule malate, i cui movimenti diventano via via sempre più inconsulti grazie all’azione di quel farmaco che avevano costruito.

Se la ricerca di nuove opzioni terapeutiche contro i tumori è un’arte dell’intelletto, coadiuvata dalle tecnologie, spiegare quanto avviene può avere il ritmo della musica. Ne è convinto Marco De Vivo, coordinatore del gruppo di ricerca in Meccanica Molecolare e Scoperta Farmaci presso l’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova. E ci crede tanto da aver “portato in scena” (sia pure per gioco e senza ambizioni di spettacolo) una piéce unica, che trasforma la complessità dell’invisibile che produce salute in un ballo senza l’armonia della musica, ma scandito dalle parole del ricercatore.

“Questo modello è nato negli Usa per trasmettere concetti estremamente complessi alla popolazione ed è sicuramente un valido strumento informativo – spiega lo stesso De Vivo. Attraverso la lettura che accompagna la danza si percorre la via che porta ad un farmaco nuovo, mentre le ballerine si muovono “mimando” i passaggi che noi cerchiamo di creare al computer e puntiamo a vedere prima in laboratorio, poi nell’essere umano”.

De Vivo, come gli altri scienziati che si occupano di tecniche computazionali per sviluppare nuove potenziali molecole farmacologiche, in realtà ha molto del coreografo. Così come chi si occupa di spettacolo deve immaginare movimenti e posizioni di chi danza sul palco, così il ricercatore dopo aver disegnato una molecola deve occuparsi di testarne virtualmente le attività, grazie all’impiego di software estremamente avanzati. Così, come in una danza invisibile, si creano legami che si disgiungono costantemente per realizzarsi di nuovo coinvolgendo complesse realtà cellulari e reazioni di altissimo valore per il benessere.

Per comprendere l’elevato valore di questi studi basti pensare all’ultima ricerca coordinata dallo stesso De Vivo, apparsa su Accounts of Chemical Research. Lo studio chiarisce l’attività di specifici enzimi che utilizzano ioni metallici per decodificare l’informazione contenuta nel Dna e nell’Rna, descrivendo in particolare come alcuni di questi enzimi, importanti per la ricerca farmaceutica, utilizzano il moto di ioni metallici per svolgere la loro funzione. Dalla ricerca di base ora si attende di passare alle applicazioni pratiche, in particolare nel settore dell’oncologia e delle malattie infettive.

Ma ciò che più colpisce è il meccanismo attraverso cui si è giunti a questo risultato. A far “danzare” atomi e molecole, infatti, sono stati supercomputer dotati di software che consentono di simulare quanto avviene su scala infinitamente più piccola. “Alcuni enzimi che partecipano a processi di lettura e decodificazione del Dna e Rna contengono ioni metallici quali magnesio, zinco e manganese, indispensabili all’idrolisi (taglio) o legame (unione) di filamenti di Dna o Rna – spiega De Vivo -. L’utilizzo di super-computer ha permesso di simulare la dinamica dei centinaia di migliaia di atomi che compongono il sistema. Grazie a questi strumenti si sono realizzati modelli virtuali di specifici enzimi di interesse farmaceutico (come le topoisomerasi, target per la cura del cancro e per infezioni batteriche, o le ribonucleasi, importanti target per la cura di malattie virali come l’infezione da virus Hiv), descrivendo, a livello atomico, il meccanismo con cui gli ioni metallici aiutano l’azione dell’enzima per processare il Dna o Rna”.

Le simulazioni al computer hanno mostrato come gli ioni, coordinati con la proteina, facilitano la reazione di taglio o unione di Dna/Rna, dando luogo a moti concertati che accelerano la reazione enzimatica.

L’obiettivo di queste ricerche, sia chiaro, è giungere alla realizzazione di nuovi farmaci che possano in qualche modo essere sviluppati riducendo tempi e costi necessari per renderli disponibili. Oggi occorrono almeno dieci anni per giungere a un nuovo farmaco, con un costo medio stimato di quasi due miliardi di dollari, di cui uno speso nell’individuazione di un composto chimico promettente, realizzato per sintesi chimica e testato preliminarmente in vitro, l’altro per la realizzazione degli studi clinici che permettono di comprendere tutti gli effetti (benefici, e non) sull’uomo, prima dell’immissione sul mercato del farmaco.

“In questo contesto, l’utilizzo di metodi computazionali per l’individuazione di nuovi composti chimici può rappresentare una promettente strada per ridurre i costi della ricerca farmaceutica, mantenendo elevato il livello di innovazione e aumentando l’efficienza del processo di scoperta e sviluppo di nuovi farmaci – conclude De Vivo”. Grazie ai software di simulazione atomistica e molecolare, realizzati ad hoc, i ricercatori sono in grado di prevedere l’attività di piccole molecole mentre interagiscono con il target biologico e identificare la più promettente tra queste, che viene poi testata in vitro per verificarne l’effetto. L’utilizzo del computer permette quindi di simulare la formazione del complesso molecola-target biologico, che è caratterizzata da eventi che accadono su scale di dimensione molto piccola (nanometri e micrometri) e in tempi molto variabili, dal microsecondo all’ora. Come in un balletto, ogni passo diventa un fattore chiave lungo la strada dell’innovazione!