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I nostri smartphone al servizio della ricerca


Sentirsi utili non è mai stato così semplice. Basta ricordarsi di avviare un’app prima di andare a dormire, mentre lo smartphone è in carica. Al vostro risveglio sarete attraversati da un notevole senso di compiacimento perché, senza fare il minimo sforzo, la schermata del vostro cellulare vi informerà che avete contribuito a completare 45 calcoli per l’Imperial College di Londra, supportando la fase II della sua ricerca “di combinazioni sinergiche di farmaci e molecole alimentari” contro la covid-19, o la fase II della Ricerca sul Cancro della Fondazione AIRC all’interno del Progetto Genoma in 3D.

L’app che attualmente rende possibile tutto questo è DreamLab di Fondazione Vodafone: come tutti i progetti di calcolo distribuito combina l’intelligenza artificiale e la potenza di elaborazione dei dispositivi di calcolo inattivi (sì il vostro smartphone è un dispositivo di calcolo) per creare una sorta di super computer collettivo in grado di eseguire una quantità di operazioni attualmente eseguibili solo dai più potenti calcolatori esistenti. Chi vuole, quindi, può mettere a disposizione il proprio pc (e nel caso di DreamLab anche il proprio smartphone) per portare a termine un determinato compito per cui è richiesta una grande potenza computazionale.

DreamLab consente a centinaia di migliaia di persone di sostenere concretamente il lavoro dei ricercatori mettendo a disposizione la potenza di calcolo dei propri smartphone.

Il più famoso progetto di calcolo distribuito in passato è stato sicuramente Seti@home, per la ricerca di segnali radio extraterrestri, sospeso quasi un anno fa “per l’impossibilità, da parte dei ricercatori, di gestire la fase di analisi dei dati generati dal calcolo distribuito”. Ed è proprio dai ricercatori dello Space Sciences Laboratory della University of California Berkeley da cui era nato Seti@home che ha preso vita la più famosa piattaforma per il calcolo distribuito esistente: BOINC, ovvero Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (trovate qui tutti i progetti attualmente in corso a cui potete “prestare” le risorse del vostro pc ).

Nel campo della medicina computazionale, i progetti più partecipati sono sicuramente Rosetta@home  e Folding@home dell’Università di Stanford sulla struttura tridimensionale e il ripiegamento delle proteine. Con la chiamata alle armi successiva alla pandemia da Covid-19 Folding@home ad aprile dello scorso anno annunciava dal suo account Twitter di aver superato la potenza computazionale di 2,4 exaFLOPS potenziali. I Flops (FLoating point Operations Per Second) sono il numero di operazioni in virgola mobile (sistema che permette di rappresentare in maniera compatta numeri molto grandi, o molto piccoli, positivi o negativi) eseguite in un secondo dal processore di un computer. Un petaFLOP equivale a un milione di miliardi di operazioni. Un exaFLOP equivale a un miliardo di miliardi di operazioni. Quello che è considerato il supercomputer più potente del mondo, Fugaku (qui se volete la top 500) esegue 415,5 petaFLOPS flops al secondo, ovvero 415,5 milioni di miliardi di operazioni al secondo.

Pronti a effettuare “solo” 134 milioni di calcoli?

“La collaborazione tra Fondazione Vodafone e Fondazione AIRC, attraverso la app Dreamlab, sta supportando il progetto di ricerca “Genoma in 3D”, condotto con il sostegno di AIRC presso IFOM, l’Istituto FIRC di Oncologia Molecolare” ci spiega Francesco Ferrari, ricercatore AIRC responsabile del laboratorio di genomica computazionale di IFOM. “Grazie alla partecipazione di 115.000 dreamers, è stato possibile effettuare 70 milioni di calcoli e terminare all’inizio di ottobre la Fase 1 del progetto. Da qualche settimana è iniziata la Fase 2, per cui saranno necessari 134 milioni di calcoli. Questa aumentata potenza di calcolo viene utilizzata per analizzare e caratterizzare in modo accurato la struttura tridimensionale del DNA delle cellule tumorali e, in particolare, delle sue regioni “non codificanti”, con l’obiettivo di comprendere meglio il loro funzionamento e come loro eventuali mutazioni influiscono sull’insorgenza e la progressione del cancro.”

La medicina computazionale è alla base anche della ricerca dell’Imperial College di Londra sempre supportata da DreamLab sul Covid-19. I coronavirus, come tutti i virus parassiti, hanno bisogno dei loro ospiti per sopravvivere e replicarsi. Gli serviamo vivi perché gli servono i nostri processi cellulari, che vengono sfruttati attraverso complesse interazioni tra le proteine del virus e quelle dell’ospite, chiamate interattoma. I farmaci antivirali esistenti sono in grado di bloccare solo una via di questo complesso interattoma, lasciando al virus la possibilità di mutare, aggirare il blocco e replicarsi ancora. Il farmaco ideale dovrebbe essere quindi capace di bloccare più parti della complessa rete interattiva. Da qui l’utilità di mappare il modo in cui combinazioni di molecole interagiscono con l’interattoma Sars-Cov2/uomo. Ma farlo in laboratorio sarebbe impossibile, e proprio per questo entra in gioco l’intelligenza artificiale e la capacità computazionale dei computer (e dei nostri smartphone). Tra farmaci esistenti e molecole antivirali contenute negli alimenti, DreamLab permette di analizzare miliardi di combinazioni e interazioni genetiche, riducendo sostanzialmente il tempo necessario per scoprire terapie multi-farmaco e diete di supporto che possano aiutare i pazienti covid-19.

Si può parlare di Citizen Science?

Nel 2014 il dizionario Oxford English inserì tra la liste delle nuove parole quella di citizen science dandogli questa definizione: «la raccolta e l’analisi di dati relativi al mondo naturale da parte di un pubblico, che prende parte a un progetto di collaborazione con scienziati professionisti».

Si può parlar di Citizen Science anche nel caso di DreamLab e del Progetto Genoma in 3D, ma quanto è diffusa la conoscenza del calcolo distribuito nella popolazione generale in Italia? “Non abbiamo a disposizione dati generali risultanti da un’indagine sistematica”, ci risponde Francesco Ferrari. “Tuttavia nella nostra esperienza abbiamo riscontrato interesse verso questo tema sia in categorie con una formazione specifica scolastica o lavorativa (ad esempio ingegneri, informatici e studenti di queste discipline o insegnanti di scuole medie e superiori), sia in persone appassionate di tecnologia, che spesso hanno seguito le prime esperienze di calcolo distribuito e citizen science che hanno avuto una certa popolarità alla fine degli anni 90, inizio 2000.  La citizen science è parte integrante dell’identità di AIRC sin dalla sua fondazione, nel 1965, quando un gruppo di scienziati e cittadini decise di dare vita in Italia alla prima non-profit per il finanziamento della ricerca oncologica, con l’obiettivo di creare una rete di supporto per l’avanzamento delle conoscenze e delle cure per tutti i tipi di tumore. Grazie alla fiducia di 4,5 milioni di sostenitori, all’impegno di 20.000 volontari e al lavoro di oltre 5000 ricercatori, oggi AIRC è il principale sostenitore della ricerca indipendente sul cancro nel nostro Paese, a cui ha destinato oltre 1 miliardo e cinquecento milioni di euro in 55 anni di attività. DreamLab rappresenta un’evoluzione digitale e tecnologica di questo approccio, perché consente a centinaia di migliaia di persone di sostenere concretamente il lavoro dei ricercatori mettendo a disposizione la potenza di calcolo dei propri smartphone. Insieme a Fondazione Vodafone prevediamo di proseguire questa collaborazione anche in futuro.”