La mente del fabbricante di utensili

Il modo migliore per scoprire con quanta intensità il bioingegnere di Princeton Clifford P. Brangwynne si avvicina alla vita è vederlo giocare a hockey al Baker Rink. Prima della pandemia di COVID-19, giocava a mezzogiorno in piedi. Ha giocato fin da bambino, soprattutto in difesa. A Baker, potrebbe respingere il collaboratore e amico Mikko Haataja, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale a Princeton e un formidabile attaccante. "Quando pratichi sport intensi, questa è l'unica cosa che hai consapevolmente in mente", dice Brangwynne. Con i pattini ai piedi entra in zona. E quando Cliff Brangwynne entra in zona, nessuno può fermarlo.

Brangwynne, il professore di ingegneria chimica e biologica June K. Wu '92, un ricercatore presso l'Howard Hughes Medical Institute e un beneficiario della "borsa geniale" di MacArthur, di solito è anche lui nella zona scientificamente. Nel 2009, quando era ricercatore post-dottorato, ha pubblicato una scoperta importante, qualcosa di fondamentale su come sono organizzate le cellule. Nei diagrammi dei libri di testo, le celle appaiono ordinate. Piccoli sottocompartimenti chiamati organelli, ciascuno circondato da una membrana, svolgono compiti come immagazzinare informazioni genetiche o produrre energia. Ma Brangwynne trovò un organello che non era legato da una membrana. Invece, funzionava come una lampada lavica o come un condimento per l'insalata a base di olio e aceto. Quando guardò al microscopio, vide delle macchie liquide fondersi e rompersi all'interno di una cellula.

Eppure Brangwynne vedeva le sfide incombenti. Una cosa è poter vedere le goccioline nelle cellule. Un'altra è conoscere le regole che governano la loro formazione, o conoscere tutti gli scopi a cui servono. Per rispondere a queste domande, dovrebbe andare oltre l’osservazione passiva. Dovrebbe imparare a controllare le goccioline, perché controllare qualcosa dimostra che lo capisci. "Cliff ha un ottimo fiuto per i problemi entusiasmanti", afferma Haataja. Ed è stato in risposta a questo problema, dice Haataja, che “il lato bioingegnere di Cliff ha preso il sopravvento”.

La bioingegneria è una parola grossa che copre una vasta area della scienza. I bioingegneri, dice Brangwynne, usano idee provenienti da campi quantitativi per studiare la biologia. Mobilitano i componenti della biologia, come le proteine, e li maneggiano come un operaio edile farebbe un trapano. Costruiscono un kit di strumenti per rispondere a domande fondamentali sulla biologia o per risolvere un problema fastidioso per la società. È un approccio che ha già portato lontano i Princetoniani.

Spinta dal desiderio di ridurre l'inquinamento, Frances Arnold nel '79 riconobbe il costo ambientale della produzione di comfort moderni come farmaci e carburanti. Ha deciso di convincere le proteine ​​a produrle senza tutti gli sprechi. Quando lanciò il suo laboratorio presso il California Institute of Technology negli anni '80, gli scienziati sostenevano che la capacità intellettuale e quella dei computer avrebbero rivelato istruzioni precise per far sì che le proteine ​​eseguissero i loro ordini. Ma le proteine ​​contengono centinaia o migliaia di aminoacidi. Con 20 aminoacidi tra cui scegliere, si ottiene un numero scoraggiante di combinazioni possibili. Ad Arnold non piacevano queste probabilità, quindi ha provato a sfruttare il modo in cui la biologia modifica le proteine ​​- l'evoluzione - per creare uno strumento di personalizzazione delle proteine ​​che qualsiasi scienziato potesse utilizzare. Oggi, i produttori di farmaci e detersivi per bucato utilizzano la sua tecnica, nota come evoluzione diretta. Ha portato a casa una parte del Premio Nobel per la Chimica 2018.

Nel 1961, quando Osamu Shimomura era ricercatore presso il Dipartimento di Biologia di Princeton, isolò una proteina verdastra e luminosa da una medusa. Ma non si è fermato qui. Guardò sotto il proverbiale cappuccio per vedere cosa faceva brillare la proteina. Altre proteine ​​luminose conosciute all'epoca richiedevano additivi chimici per illuminarsi, ma la proteina di Shimomura necessitava solo di una fonte di luce blu. Gli scienziati hanno colto l'opportunità di utilizzare la proteina verde come strumento. Tra le innumerevoli applicazioni, lo hanno utilizzato per monitorare il modo in cui le cellule tumorali si diffondono e per rilevare l’arsenico nei pozzi d’acqua. Shimomura ha vinto parte del Premio Nobel per la Chimica 2008. Più tardi, nel 2014, parte del Nobel per la chimica è andato a un ricercatore che ha utilizzato la proteina per aumentare la risoluzione dei microscopi ottici, che hanno permesso agli scienziati di vedere i minuscoli sottocompartimenti di una cellula – comprese le goccioline – con maggiore nitidezza.