Ai primi di novembre è giunto in Italia il comunicato stampa della Chan Zuckerberg Initiative per il progetto di ampliare Biohub e fornire un aiuto “agli scienziati per curare o prevenire tutte le malattie”. Mark Zuckerberg prefigura, nella nuova veste di profeta scientifico, che ciò accadrà molto prima della fine di questo secolo: curare e prevenire tutte le malattie si traduce con immortalità terrena, perché anche l’invecchiamento cellulare, in questa ottica, è a tutti gli effetti una malattia. Lo strumento capace di tanto è l’Intelligenza artificiale applicata all’analisi del funzionamento delle cellule.

La Chan Zuckerberg Initiative è un ente di beneficenza che il miliardario fondatore di Facebook ha costituito con la moglie Priscilla Chan. Tale ente, da anni, ha distribuito donazioni a varie attività filantropiche, ma adesso ha deciso di riconvogliare tutte le elargizioni su Biohub.

In virtù dell’impareggiabile risorsa economica, il progetto si avvale di un team scientifico di prima fascia, di tecnologie uniche per studiare, misurare, programmare e ri-programmare la biologia, con una potenza di calcolo che mira alle 10.000GPU e una quantità di dati oltre le capacità gestionali umane. I modelli cellulari virtuali basati sull’IA per comprendere, prevedere e modificare il comportamento delle cellule non sono pensati come strumenti accessori, ma come veri e propri motori di conoscenza biologica.

Gli scienziati utilizzano i suddetti sistemi per formulare nuove teorie, progettare esperimenti mirati e ottenere scoperte trasformative sulla salute umana e sulla malattia. I risultati sperimentali vengono poi reinseriti nei modelli, migliorandone progressivamente la capacità predittiva. Questo ciclo continuo rende possibile affrontare la malattia come un problema sistemico correggibile, e non più solo come un evento clinico da gestire quando è troppo tardi.

Non si tratta di un’estensione delle pratiche esistenti, ma dell’apertura di una nuova fase storica della ricerca biologica, dove Biohub rappresenta una “trasformazione del panorama della ricerca scientifica legata alla salute globale” (EduNews).

L’ultimo decennio di genomica, biologia molecolare e ricerca a singola cellula ha prodotto un’enorme quantità di dati e intuizioni fondamentali. Tuttavia, la scarsità di piattaforme unificate, la frammentazione dei dataset e i limiti tecnologici hanno impedito all’intelligenza artificiale di esprimere appieno il proprio potenziale in biologia. Biohub nasce esattamente per superare questo collo di bottiglia strutturale.

Imaging multiscala e modelli di cellule virtuali

Un elemento centrale dell’iniziativa Biohub è lo sviluppo di tecnologie di imaging capaci di catturare i processi biologici su tutte le scale, dalle singole proteine fino ai tessuti e agli organismi. Attraverso tecniche come la cryo-electron tomography e sistemi avanzati di microscopia, Biohub sta rendendo osservabili fasi precoci di disfunzione cellulare che finora sfuggivano all’analisi.

Queste osservazioni alimentano la costruzione di modelli di cellule virtuali, su cui vengono addestrati i modelli di intelligenza artificiale di nuova generazione. Tali modelli incorporano principi di progettazione biologica derivati direttamente dall’analisi dei sistemi cellulari reali, creando un ponte operativo tra struttura, funzione e sistema.

Infiammazione: misurare il motore comune della malattia

Biohub attribuisce un ruolo centrale allo studio dell’infiammazione, riconosciuta come uno dei principali motori delle malattie croniche e delle cause di morte più diffuse a livello globale. L’obiettivo è sviluppare strumenti in grado di misurare l’infiammazione a livello molecolare all’interno dei tessuti umani in tempo reale.

Questa capacità apre la strada a interventi proattivi e precoci, permettendo di agire quando il processo infiammatorio si accende per la prima volta, e non quando ha già prodotto danni strutturali. È un cambio radicale di prospettiva: dalla medicina reattiva alla prevenzione programmata.

Programmare il sistema immunitario

Parallelamente, Biohub sta sviluppando modelli di intelligenza artificiale e cellule ingegnerizzate che sfruttano il sistema immunitario umano come sensore e come strumento di intervento. L’obiettivo è rilevare i primi segnali di malattie complesse e legate all’età e intervenire in modo mirato, solo quando e dove è necessario.

Questo approccio consente di immaginare risposte biologiche intelligenti, adattive e personalizzate, superando la logica delle terapie generalizzate e tardive.

I motori e i cruscotti dell’ecosistema Biohub

Nel cuore dell’ecosistema Biohub operano due componenti inseparabili: i motori e i cruscotti. I motori sono i modelli di intelligenza artificiale che producono conoscenza biologica; i cruscotti sono le piattaforme che consentono agli scienziati di usare questi modelli in modo affidabile, riproducibile e trasparente.

VariantFormer rappresenta il punto di partenza di questo ecosistema. È un modello di intelligenza artificiale che utilizza direttamente le sequenze di DNA per prevedere come i geni verranno espressi nei diversi tessuti, traducendo anche varianti genetiche rare in modelli funzionali di attività genica. Questo consente di superare la semplice associazione statistica tra variante e malattia, aprendo a ipotesi causali solide.

Quando l’attenzione si sposta sulle proteine, entrano in gioco i modelli ESM Cambrian, addestrati sulle sequenze proteiche su scala evolutiva globale. Questi modelli permettono di distinguere mutazioni biologicamente critiche da variazioni irrilevanti, riducendo drasticamente falsi positivi e interpretazioni ambigue.

ESM3 rappresenta il passaggio dalla comprensione alla progettazione. È un modello generativo multimodale che integra sequenza, struttura e funzione delle proteine, consentendo la progettazione razionale di proteine correttive guidate da vincoli biologici espliciti.

Cytoland chiude il ciclo sperimentale. Si tratta di una famiglia di modelli convoluzionali addestrati su immagini di microscopia senza etichettatura, capaci di segmentare e tracciare cellule in condizioni più vicine alla fisiologia reale, riducendo artefatti e tempi sperimentali.

Database globali e piattaforme unificate

Tutti questi motori operano su una base comune di dati standardizzati e multimodali, integrati in un’unica piattaforma. Database globali come CELLxGENE, il CryoET Data Portal e Organelle Box confluiscono in un ecosistema accessibile e inter-operabile. L’AI Workspace consente agli scienziati di caricare dati su ogni singola cellula ed eseguire inferenze sui modelli Biohub senza la necessità di competenze computazionali avanzate.

Molti strumenti, modelli e dataset sono resi liberamente disponibili alla comunità scientifica globale. Altre tecnologie vengono offerte in licenza per consentirne lo sviluppo sul mercato a beneficio pubblico, mantenendo una chiara distinzione tra produzione di conoscenza e applicazione commerciale.

Zuckerberg, con il solito ottimismo, dice: “Ogni giorno parliamo con biologi che ci dicono che vogliamo fare l’impossibile. Poi parliamo con gli esperti di intelligenza artificiale, e loro ti chiedono: ‘Perché siete cosi’ poco ambiziosi? Davvero pensate che ci vorranno decenni per riuscirci? Che problemi avete?’”.

Sua moglie Priscilla Chan invece dichiara di offrire “nuovi strumenti che aiutino gli scienziati a lavorare più velocemente, a pensare in modo nuovo e a vedere il mondo in modo diverso, per un nuovo approccio alla risoluzione dei problemi e a ciò che crediamo possibile”. Proprio su questo ultima affermazione, che allarga il ventaglio del possibile, Biohub, aldilà degli esiti tecnici che vanno oltre le valutazione dei non-esperti, sollecita la riflessione di filosofi e teologi.

Per approfondimenti: https://biohub.org/