Edith Heard, la smart girl che studia le cellule degli organismi nel loro habitat

Edith Heard, la smart girl che studia le cellule degli organismi nel loro habitat
La vita e il lavoro della direttrice generale del Laboratorio europeo di biologia molecolare (Embl) con sede a Heidelberg, in Germania. È l’hub di ricerca biomolecolare più importante d’Europa
6 minuti di lettura

Edith Heard, classe 1965, titolare della cattedra di epigenetica al Collège de France, è dal 2019 direttrice generale del Laboratorio europeo di biologia molecolare (Embl) con sede a Heidelberg, in Germania. Ovvero l'hub di ricerca biomolecolare più importante d'Europa, con 1800 ricercatori al lavoro in sei sedi sparse nel continente (Heidelberg, Roma, Hinxton, Grenoble, Barcellona e Amburgo) per produrre circa 700 ricerche scientifiche di grande qualità ogni anno. Un'eccellenza europea che oggi lancia il suo progetto più ambizioso di sempre: "Dalle molecole agli ecosistemi". Un cambio di paradigma per studiare le interazioni tra gli esseri viventi e il loro ambiente a tutti i livelli possibili di dettaglio. Come? Glielo abbiamo chiesto.

Su Nature, lei ha esortato i biologi molecolari a non rimanere chiusi in laboratorio, ma ad andare "sul campo". Cosa intende?
"Io ho lavorato sui topi cercando di capire come un certo processo avvenga all'inizio dello sviluppo e in che modo la variazione genetica influenzi questo processo. Ma la vita non è solo una questione di variazione genetica, ma anche di variazione ambientale. E la maggior parte dei biologi molecolari ha cercato di controllare in laboratorio la variazione ambientale, in modo da poter poi capire meglio la variazione genetica. Così si fanno esperimenti, per esempio, su batteri in provetta, in un piatto di coltura cellulare o anche usando organoidi. La vita, però, non è così. È molto di più. In un ambiente di laboratorio, non possiamo davvero catturare tutte le variabili. E la vita si è evoluta soprattutto grazie agli adattamenti dovuti ai cambiamenti ambientali. Ecco perché io esorto i biologi molecolari a sforzarsi di pensare in che modo la loro conoscenza e le tecnologie avanzate a loro disposizione possono essere utili per capire meglio la vita nel suo ambiente naturale, là fuori, dove davvero tutto accade".

Può farci un esempio?
"Un microbiologo, per dire, invece di limitarsi a studiare le comunità di batteri al microscopio, potrebbe investigare su come gli stessi batteri si comportano nel suolo. O nell'intestino di un paziente esposto a diverse tossine o ai farmaci che assume. Sia dal punto di vista umano, che da quello della diversità biologica in generale, oggi noi biologi molecolari abbiamo sia gli strumenti che le competenze per cercare di catturare quella variazione ambientale così critica per capire cosa sia la vita. Pensiamo alle malattie umane.

La maggior parte delle patologie che conosciamo sono innescate dall'ambiente: di per conto nostro saremmo predisposti ad ammalarci di tutte, eppure - fortunatamente - non accade. In parte perché c'è una adattabilità dei diversi organismi: statisticamente non sempre ci ammaliamo. E in parte perché se ci ammaliamo o meno ha a che fare con gli ambienti a cui siamo esposti.

Bisogna quindi studiare la vita nel suo ambiente naturale. Con questo non voglio dire che i biologi molecolari debbano dismettere il camice e abbandonare il laboratorio: assolutamente no. Voglio dire che dovrebbero chiedersi: "sto facendo ciò che è rilevante per la vita nel suo ambiente naturale? In che modo la mia expertise può aiutare gli zoologi o gli ecologi? Posso fare degli esperimenti per esplorare ciò che succede realmente in natura, negli oceani, nei suoli, nei pazienti che stanno in ospedale? E come posso creare in laboratorio dei modelli affidabili di queste realtà complesse, così da poter cambiare in modo controllato, in laboratorio, le sollecitazioni ambientali?".

Questo desiderio nasce dai suoi studi di epigenetica, materia che indaga come le sollecitazioni ambientali possano trasmettersi tra le generazioni degli esseri viventi?
"È proprio così. È importante per la biologia molecolare. Pensiamo, per esempio, alle popolazioni di individui geneticamente identici, come le foreste di pioppi tremuli americani: quegli alberi sono tutti cloni, in quanto non soggetti a riproduzione sessuata. Eppure, sappiamo che anche lì c'è variazione: quindi o ci sono variazioni di tipo somatico, o variazioni indotte dall'ambiente. Per esempio, sappiamo che alcune lucertole possono cambiare colore a seconda dell'ambiente in cui vivono, roccioso o sabbioso: alcune di queste trasformazioni sono epigenetiche, sono indotte da un'interazione tra il colore del loro habitat e le loro cellule. E a volte questi cambiamenti epigenetici possono diventare genetici in senso stretto, ossia cambiare il DNA.

Per tutta la mia carriera ho navigato sul confine tra la composizione genetica e la variazione ambientale: è una combinazione di questi due aspetti che crea il fenotipo, ovvero ciò che siamo. Quindi, sì, la mia attenzione verso l'ambiente è frutto dei miei studi epigenetici. Però quando sono arrivata all'Embl ho trovato ispirazione anche dagli scienziati che qui già studiavano l'ambiente, anche se non necessariamente da un punto di vista epigenetico".

Quali studi?
"Uno dei grandi progetti nati nell'Embl è "Tara Oceans". È stato ispirato da un biologo francese, Eric Karsenti, che nel 2008 ha pensato che con gli strumenti molecolari a disposizione - sia il sequenziamento genomico che l'imaging - si potesse esplorare la biodiversità in un modo del tutto innovativo. E così è partito in un tour degli oceani del mondo, un po' come Darwin a bordo del Beagle. E ha esplorato, navigando col veliero Tara, la biodiversità degli oceani, facendo molte importanti scoperte: nuovi tipi di virus, di plancton, di diatomee, nuovi processi biologici che dipendono dal livello di luce, o di temperatura dell'acqua. Tutto questo sapere accumulato è oggi estremamente importante per capire ciò che succede tra cambiamento climatico, inquinamento, acidificazione degli oceani. È stato un progetto guidato dalla curiosità, che è finito per diventare altamente rilevante anche dal punto di vista della società.

E io penso che il Laboratorio europeo di biologia possa e debba fare questo su scala ancora maggiore, non solo con gli oceani ma con tutti gli altri ecosistemi, perché questa è la sua natura: noi esploriamo tutte le scienze della vita a livello molecolare. Quindi, per tornare alla mia esortazione su Nature, io invito gli scienziati delle più diverse discipline a interagire con noi per esplorare la vita nel suo contesto. Per questo il nostro istituto ha chiamato il suo nuovo programma di ricerca 2022-2026 "Dalle molecole agli ecosistemi". Il motto del programma è "La vita nel suo contesto", e intendiamo "contesto" a ogni livello possibile, dall'infinitamente piccolo all'infinitamente grande".

Per un approccio così ambizioso l'interdisciplinarietà è un valore cruciale...
"Nel DNA dell'Embl c'è proprio l'interdisciplinarietà. E con il nuovo programma intendiamo mostrare ai biologi che è davvero facile collegare le aree scientifiche che vogliamo toccare. Quando abbiamo iniziato a parlare con gli ecologi e con i biologi marini, pensavamo che ci avrebbero visto con qualche timore: "Chi siete? Cosa fate qui? Perché volete parlare con noi?". Invece è stato tutto molto più facile: ci hanno accolto calorosamente, perché ciò che facciamo con la biologia molecolare può aiutarli a capire come funzionano le cose. Perché le molecole sono i mattoncini con cui si costruisce la vita, così come in fisica lo sono le particelle elementari.

Se vuoi capire come funziona veramente una cellula o un virus, devi capire cosa fanno le sue molecole: il suo DNA, il suo RNA, le sue proteine. Noi mettiamo a disposizione la nostra esperienza e le nostre tecnologie di studio delle molecole per capire, per esempio, il modo in cui i predatori interagiscono con le prede. O il modo in cui i pesticidi impattano sull'ambiente. O come il riscaldamento dell'oceano agisce sulla vita marina. Possiamo capire tutto questo da un punto di vista molecolare".

Come metterete in pratica questa visione?
"Una delle parti importanti del nuovo programma prevede di aiutare gli ecologi, gli epidemiologi e gli zoologi portandogli sul campo l'equipaggiamento necessario alle analisi molecolari, attraverso laboratori mobili. Così che si possa esplorare la loro materia a livello molecolare "in situ", per poi tornare in laboratorio e chiedersi: "Ok, ora che abbiamo questi dati, che predizioni possiamo fare?".

Per esempio, potremmo scoprire se l'aumento di un grado della temperatura possa indurre dei cambiamenti nelle popolazioni animali o vegetali. O come e quanto possa cambiare il metabolismo degli esseri viventi. Tutto questo si può testare in laboratorio, in ambienti artificiali dove possiamo variare a piacere la temperatura e altri fattori. In generale, ecologi, biologi marini e molecolari hanno la tendenza a isolarsi nei rispettivi campi di indagine e non accade di frequente che questi scienziati si incontrino e collaborino. Ma è proprio questo il problema che con l'Embl intendiamo risolvere. Se vuoi capire una cosa complessa come la vita e la sua evoluzione, allora devi farlo collaborando in modo interdisciplinare. Ce lo ricorda anche la pandemia...".

In che senso? Cosa c'entra la pandemia?
"Innanzitutto, Covid ci ha mostrato che è importante, perché la scienza avanzi, che gli studiosi si parlino. Se non fai network con gli altri, difficilmente avrai risultati. Perché, da un lato, rischi di uscire dal sentiero più proficuo. E, dall'altro, rischi di sprecare risorse per duplicare risultati già ottenuti - a tua insaputa - da altri. Per risolvere velocemente i problemi e per avere stimoli creativi, invece, devi sentire altre voci. E non basta Zoom: devi interagire di persona con gli altri scienziati. La pandemia è stato l'esempio più lampante, perché c'è stata una condivisione di dati veloce ed efficiente tra i virologi che hanno studiato il Sars-CoV 2, gli epidemiologi che hanno costruito i loro modelli, i medici che hanno adattato i trattamenti.

Più in generale, non so di un solo ricercatore che non abbia avuto un "momento Eureka" proprio grazie alle interazioni avute col network di scienziati con cui era in contatto. Questo perché, se vuoi muoverti in un nuovo campo, non puoi procedere da solo, devi intrecciarti con le competenze degli altri per alimentare la tua creatività".

Però oggi gli scienziati sono iper-specializzati. Questo è un ostacolo all'approccio interdisciplinare che lei auspica?
"È normale che nella scienza esistano dei "silos" dei diversi ambiti di competenze, perché gli scienziati si formano nel loro campo, e se cerchi di combinare insieme più campi prematuramente, prima di avere sufficiente esperienza, non avrai buoni risultati. Ma allo stesso tempo bisogna coltivare la giusta attitudine all'interdisciplinarietà, fornendo ai ricercatori mezzi per l'autoformazione anche in discipline differenti da quella che hanno scelto come primaria. Con il nuovo programma Embl, per esempio, offriremo nuovi tipi di formazione per i matematici che vorrebbero applicare la loro competenza alla biologia. Dobbiamo abbattere questi "silos". Le faccio un esempio: il progetto Alpha Fold, ovvero l'uso dell'Intelligenza artificiale per prevedere le strutture delle proteine a partire dalla loro sequenza genica.

È una rivoluzione avvenuta l'anno scorso, quando il team di Google DeepMind ha deciso di usare decenni di dati di biologia strutturale. Normalmente i biologi strutturali non si interessavano di machine learning e Intelligenza artificiale. Eppure, questa rivoluzione è accaduta in modo rapido e naturale. Organizzazioni come la nostra facilitano questo tipo di sinergie così feconde. Perché siamo un polo d'attrazione, sia per Google DeepMind che per i biologi di 27 nazioni, Italia compresa. Possiamo mettere insieme ecologi, medici, scienziati molecolari, aiutarli a fare rete tra loro e con noi, e così fare davvero la differenza".