QUAL È IL FUTURO DELLA CHIMICA?

 

John W. Moore

Editor, Journal of Chemical Education; Director, Institute for Chemical Education; University of Wisconsin-Madison, Madison, WI 53706-1396, U.S.A

wmoore@chem.wisc.edu

 

La chimica è un settore maturo.  Si conosce moltissimo della chimica e un giovane che considera una carriera scientifica potrebbe chiedersi che tipo di futuro la chimica protrebbe avere.  Ci saranno eccitanti nuovi sviluppi?  O la maggior parte delle conoscenze chimiche sono già note?  La chimica e i chimici hanno ancora un lavoro interessante, intellettualmente stimolante da fare?  O diventare un chimico sarà equivalente a fare un lavoro ingrato?

 

Il recente rapporto sul completamento dell’ordinamento iniziale del genoma umano rappresenta un trionfo della chimica, della genetica e di altre discipline correlate.  Lunedì 26 Giugno 2000, il Presidente degli Stati Uniti Bill Clinton e il primo ministro britannico Tony Blair (attraverso un collegamento video) hanno celebrato i risultati di molti scienziati il cui lavoro ha condotto a questa pietra miliare nel nostro progresso nella comprensione della genetica da una prospettiva molecolare.  Presenti alla cerimonia c’erano J. Craig Venter, presidente e principale responsabile scientifico della società Celera Genomics, Francis S. Collins, Direttore del National Human Genome Research Institute (promosso dal U.S. National Institutes of Health), e James D. Watson, premio Nobel e co-scopritore della struttura del DNA.

 

Più di 1000 scienziati da cinque paesi (Cina, Francia, Giappone, U.K. e gli U.S.A.) hanno partecipato a creare un programma del genoma che rappresenta l’85% del codice genetico.  Rimangono delle lacune da riempire, ma il lavoro principale è stato completato.  Quando i due progetti, uno sostenuto dal governo e l'altro privato, pubblicheranno insieme i loro risultati, gli accoppiamenti base della sequenza del DNA che compongono il genoma umano compariranno nella letteratura scientifica e sul Internet.

 

La celebrazione del successo della mappatura del genoma umano è di fatto vista come una fine, e ci induce a considere se ci sia qualche altra cosa ancora da fare.  I chimici hanno preso parte a molti successi simili durante il ventesimo secolo e ci si potrebbe chiedere se il pieno rigoglio della chimica sia passato e il futuro appartienga ad altre scienze.  Il filone principale della ricerca chimica e della scoperta è fuori gioco?  I giovani dovrebbero evitare la chimica e scegliere altre carriere?  Penso di no.

 

Alla conclusione del diciannovesimo secolo, molti fisici pensavano (e alcuni di loro con soddisfazione) che avevano scoperto tutte le leggi fondamentali della natura e tutto ciò che rimaneva erano operazioni di finitura e il collegamento di dettagli non ancora definiti.  Ancor prima della fine del secolo la scoperta della radioattività fu di cattivo augurio per tali opinioni e nel 1900 la teoria dei quanti di Planck ha iniziato una rivoluzione al modo di pensare al mondo degli atomi e delle particelle subatomiche che perfino oggi fornisce dei problemi stimolanti.

 

I chimici, i genetisti e gli altri che lavorano al progetto del genoma umano non hanno supposto di essere alla fine del loro lavoro – piuttosto il contrario.  Una volta che le sequenze del DNA sono state decifrate, diventa produttivo chiedersi della struttura e della funzione di ciascuna delle proteine codificate del DNA.  Il passo seguente, allora, è clonare le sequenze del DNA, generare le proteine e incominciare l'operazione molto impegnativa della cristallizzazione delle proteine e la determinazione delle loro strutture.  Ciò coinvolge decine di migliaia di strutture di proteine ogni anno.  Determinare così tante strutture usando i metodi correnti è impossibile, così il successo del progetto del genoma umano sta stimolando gli sforzi per mettere a punto nuovi metodi.

 

Una tale innovazione coinvolge sistemi robotizzati che rapidamente e con precisione variano le concentrazioni del reagente, il pH e la temperatura in ciascuno delle centinaia di campioni, aumentando quindi la probabilità che un cristallo si svilupperà in almeno un campione (Chemical and Engineering News, July 3, 2000, p. 27).  In più, i raggi X estremamente intensi e molto focalizzati permettono di strutturare le informazioni dai cristalli molto piccoli come quelli lunghi 50 mm.  Per realizzare il risparmio nella quantità di proteina che tali piccoli cristalli permettono, un sistema robotizzato deve potere maneggiare volumi dell'ordine di 100 nL e un parametro importante è il controllo della dimensione delle goccioline della soluzione, in una gamma di viscosità differenti.  Si prevede che i robot possano far funzionare 138.000 condizioni di cristallizzazione al giorno e un robot è già riuscito a cristallizzare 16 proteine differenti.

 

Ciò dischiude grandi opportunità non soltanto per quanti sono interessati all'automazione ed alla chimica combinatoria, ma anche per coloro che studieranno e analizzeranno i rapporti fra la struttura della proteina e la funzione basate sulla ricchezza delle informazioni strutturali che presto diverranno disponibili.  Lo sviluppo della conoscenza che l’insieme dei dati della struttura della proteina e la sua funzione rappresenta è veramente stupefacente.  Gli studi sulle strutture e sulle funzioni della proteina stanno diventando la base per il progetto di molte medicine e l'alleviamento conseguente di molta sofferenza e dolore umano; e molto di più rimane da fare in futuro.

 

Ci sono molti altri sviluppi in cui la chimica è importante e saranno necessari nuovi innovatori chimici.  Per esempio, l'analisi chimica e la sintesi dei prodotti chimici possono essere possibili su microchips e numerose aziende stanno progettando tecnologie di laboratorio microscopiche, su un circuito integrato. (Si veda http://www.calipertech.com/tech/index.htm e http://www.hp.com/pressrel/sep99/15sep99b.htm).  I circuiti su scala atomica, milioni di volte più piccoli dei microprocessori dell’odierno computer, possono gestire le mansioni di calcolo di domani.  Il loro formato molto piccolo minimizzerebbe il consumo di energia, renderebbe massima la velocità e consentirebbe ai nanoprocessori di essere installati in una gamma molto più vasta di oggetti di uso quotidiano.  (Si veda http://www.almaden.ibm.com/almaden/media/image_mirage.html e http://www.hpl.hp.com/news/techforecast.html).  I nanotubi del carbonio, sviluppati in seguito alla scoperta del buckminsterfullerene, una forma allotropica del carbonio, promettono la loro incorporazione in dispositivi elettronici su scala Lillipuziana. (Si veda http://www.nytimes.com/library/cyber/week/021798molecule.html).  Nel campo delle nanotecnologie, ci sono molte altre scoperte che aspettano soltanto che un giovane scienziato le faccia.  Un rapporto esteso a tutto il mondo su questa area è disponibile sul Internet in http://www.whitehouse.gov/WH/EOP/OSTP/NSTC/html/iwgn/IWGN.Worldwide.Study/toc.html.

 

La potenzialità per nuove scoperte in chimica per giovani scienziati non è mai stata più grande.  Per maggiori particolari sullo stato attuale della ricerca chimica e che cosa ci aspetta per il futuro, suggerisco di consultare la serie di articoli “Viewpoints” del Journal of Chemical Education.  Essi sono stati pubblicati nei numeri di febbraio, marzo, aprile, giugno, settembre e ottobre del 1998 e nei numeri di febbraio, marzo e ottobre del 1999.  Ciascun articolo Viewpoints è stato scritto da un esperto, o da un gruppo di esperti in un settor particolare.  Questi autori forniscono una descrizione degli sviluppi nel campo considerato durante i 50 anni passati e una proiezione di dove il campo andrà nei prossimi 25 anni.  Oltre a Viewpoints, il Journal of Chemical Education pubblica una vasta gamma di altri articoli che delineano ciò che la chimica moderna sta realizzando, dove sta andando e che opportunità offre per i giovani scienziati che entrano nel campo.

 

C’è la moltissima verità in un'osservazione attribuita a George Bernard Shaw, "La scienza sbaglia sempre.  Mai risolve un problema senza crearne altri dieci."  Che è la bellezza di una carriera scientifica.  Per chiunque abbia creatività, intelligenza e persistenza, la scienza non mancherà mai di fornire nuove e emozionanti sfide – e moltissimo divertimento!

 

 

Pubblicato originariamente in:

Chemical Education International Vol. 1 No. 1, 2000

online at < http://www.iupac.org/publications/cei/vol1/0101x0008.html >

 

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