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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Uova e sperma trasmettono memoria sulla repressione dei geni agli embrioni

Crescenti evidenze suggeriscono come lo stress ambientale possa attuare cambiamenti nell’espressione dei geni trasmessi dai genitori alla loro discendenza, rendendo il tema “epigenetica” molto caldo. Le modifiche epigenetiche non riguardano la sequenza dei geni nel DNA,  ma il modo in cui il DNA viene “impacchettato” e la maniera in cui i geni vengono espressi. Ora, uno studio portato avanti da scienziati dell’ UC Santa Cruz stà dimostrando come la memoria epigenetica possa passare di generazione in generazione e da cellula a cellula durante lo sviluppo.

Lo studio, pubblicato il 19 settembre su Science, è incentrato su una ben documentata modificazione epigenetica: la metilazione di una proteina di DNA chiamata histone H3.

La metilazione di un amminoacido particolare (lisina 27) in questa proteina è conosciuta per l’abilità di poter spegnere o meglio “reprimere” alcuni geni, e questo particolare meccanismo trova un parallelo in tutto il mondo animale multicellulare,  dall’essere umano fino al piccolo Caenorhabditis elegans, il verme utilizzato in questo studio.

Il dibattito

 

“C’è stato un dibattito in corso riguardo la possibilità di ereditarietà del tratto riguardante questa metilazione enzimatica tra cellule e tra generazioni, e noi abbiamo finalmente dimostrato che avviene per davvero” ha affermato Susan Strome, una professoressa di biologia molecolare, cellulare e inerente allo sviluppo all’UC Santa Cruz.

Il laboratorio di Strome ha creato vermi con una mutazione che esclude l’enzima responsabile della metilazione, e quindi fatto accoppiare quei vermi mutati con degli altri normali. Usando etichette fluorescenti, sono stati capaci di tracciare lo sviluppo dei cromosomi contrassegnati (e non) sotto al microscopio, a partire dalle cellule uovo e dallo sperma fino alla divisione cellulare degli embrioni dopo la fecondazione. Embrioni nati da ovuli mutanti fecondati da sperma normale aveva sei cromosomi metilati (derivanti dallo sperma) e sei cromosomi non marchiati (derivanti dall’ovulo).

Mano a mano che l’embrione si sviluppava, le cellule replicavano i loro cromosomi e si dividevano. I ricercatori hanno scoperto che quando un cromosoma marchiato si divide, entrambi i cromosomi figli risultano marcati allo stesso modo. Senza l’enzima richiesto per la metilazione della proteina histone però, il marchio viene progressivamente diluito divisione dopo divisione.

“Il marchio rimane nei cromosomi derivanti da quelli iniziali aventi il medesimo marchio, ma non ce n’è abbastanza per entrambi i cromosomi figli per renderli “carichi al 100%” ha affermato Strome. “Quindi il marchio risulta chiaro nell’embrione iniziale, ma meno nelle cellule figlie dopo la divisione, ancora abbastanza chiaro in un embrione di quattro cellule, ma già dopo 24/48 cellule non riusciamo più a vederlo.”

I ricercatori hanno quindi eseguito l’esperimento inverso, fertilizzando normali cellule con sperma mutato. L’enzima responsabile della metilazione (chiamato PRC2) è normalmente presente negli ovuli ma non nello sperma, non contribuendo molto di più al di là della trasmissione dei suoi cromosomi all’embrione. Quindi l’embrione risultante ha avuto comunque sei cromosomi non marchiati (questa volta dallo sperma) e sei cromosomi marchiati, con la differenza però ora di avere l’enzima.

“Rimarcabilmente, mentre osservavamo i cromosomi attraverso la divisione cellulare, i cromosomi marchiati sono rimasti chiaramente marchiati, perchè l’enzima continuava a riprodurre il marchio, ma i cromosomi non marchiati sono rimasti uguali, divisione dopo divisione” Strome ha affermato. “Questo dimostra che il pattern di cromosmi marchiati (e non) è stato ereditato e viene trasmesso attraverso multiple divisioni cellulari.”

Immagine di embrioni di C. elegans evidenzianti trasmissione ed ereditarietà di marchi epigenetici. L’embrione a sinistra mostra il marchio (in verde) ereditato nei cromosomi dallo sperma ma non nei cromosomi ovociti (in rosa) da una madre mutante senza l’enzima della metilazione PRC2. Il secondo embrione a destra mostra la trasmissione del marchio nei cromosomi derivanti dallo sperma in ognuno dei due nuclei figli. (Foto di Laura J. Gaydos)

 

Importanti implicazioni

 

Strome ha notato come le scoperte in questo studio sulla trasmissione della metilazione della proteina histone nei vermi di C. elegans ha importanti implicazioni in altri organismi, anche se questi usano il marchio repressivo per regolare geni diversi duranti diverse fasi dello sviluppo. Tutti gli animali usano lo stesso enzima per creare lo stesso marchio di metilazione come segnale per la repressione genetica, e i suoi colleghi nel campo della ricerca epigenetica su topi ed esseri umani sono entusiasti delle nuove scoperte.

Strome ha aggiunto: “Il campo della trasmissione epigenetica non è un campo del tutto conosciuto, è molto in movimento.” “Ci sono dozzine di potenziali marchi epigenetici. Negli studi che documentano la trasmissione epigenetica da genitore a figlio, non è chiaro esattamente cosa viene trasmesso, e comprenderlo a livello molecolare è davvero molto complicato. Ora noi abbiamo uno specifico esempio di memoria epigenetica trasmessa ereditariamente, e possiamo vederla nel microscopio. E’ un pezzo del puzzle.”

 

 

Fonte: news.ucsc.edu

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Traduzione a cura di Claudio Gabiati

Gli scienziati dell’Università di Nottingham hanno dato vita a numerosi dibattiti nel 2008, affermando che il loro oggetto di studio, la Planaria o “verme piatto”, potrebbe in realtà essere immortale, essendo in possesso di una capacità illimitata di rigenerare le proprie cellule, e quindi praticamente senza mai invecchiare. In effetti, deve essere fatta un’importante precisazione, la cosa interessante non è che il verme non inveccha mai, ma il fatto che rimanga sempre giovane!

Come potete immaginare una scoperta così interessante non è passata inosservata e non ci è voluto molto perchè fosse posta la domanda essenziale: come potete affermare che essi siano davvero immortali? Una semplice domanda, con una risposta estremamente complicata.

Per rispondere a questa domanda dobbiamo, in primo luogo, definire che cosa rende un animale immortale. Semplicemente, se diciamo che un animale è immortale, aspettarsi che muoia è lontano dall’essere pratico, in termini scientifici.
I ricercatori hanno isolato una serie di parametri genetici che devono presentarsi per poter considerare un animale immortale.
Prima di tutto si deve ritenere che esso abbia la capacità di sostituire le sue vecchie cellule indefinitamente, ed è il compito delle cellule staminali.

Con l’età la maggior parte degli animali tende a perdere gradualmente questa capacità, causando invecchiamento, disordini ed eventualmente la morte. Il verme piatto non solo è in grado di rigenerare le sue vecchie cellule morte, ma può letteralmente costruire un nuovo cervello, l’intestino o la coda quando viene diviso a metà.

In questo caso entrambe le metà danno origine ad un nuovo individuo.
Nel corso degli anni, durante le loro ricerche, gli scienziati della Notthingam University hanno clonato alcune migliaia di individui partendo da un solo verme piatto, tagliandolo a metà, le quali sono state poi divise in due parti e così via.

Il biologo Dottor Aziz Aboobaker della University’s School of Biology, che ha guidato il progetto, spiega:
“ Stavamo studiando due tipi di vermi planari; quelli che si riproducono sessualmente, come noi, e quelli che si riproducono asessualmente, semplicemente dividendosi in due”

“Entrambi sembrano essere in grado di rigenerarsi indefinitamente sviluppando nuovi muscoli, pelle, intestini ed anche cervelli completi, ancora ed ancora.”

“Solitamente quando le cellule staminali si dividono – per curare le ferite o durante la riproduzione o la crescita – esse cominciano a mostrare segni d’invecchiamento. Ciò significa che le cellule staminali non saranno più capaci di dividersi e meno capaci di sostituire cellule specializzate morte nei tessuti dei nostri corpi.
L’invecchiamento della nostra pelle è forse l’esempio più chiaro di quet’effetto.”

“I vermi planari e le loro cellule staminali sono in qualche modo capaci di evitare il processo di invecchiamento e mantenere la divisione cellulare.”

LA CHIAVE SI CELA NEL DNA

Ogni volta che una cellula si divide, la terminazione del suo DNA, chiamata telomero, diventa più corto. Un enzima chiamato telomerasi rigenera i telomeri, comunque nella maggior aprte degli organismi a riproduzione sessuale è attiva soltanto durante lo sviluppo dell’organismo. Una volta raggiunta la maturità, l’ enzima smette di funzionare e i telomeri diventano sempre più corti finchè la replicazione cellulare diventa impossibile, altrimenti il DNA subirebbe gravi danneggiamenti.

Un animale immortale riesce a mantenere la lunghezza del telomeroi ndefinitamente, in questo modo può continuare a riprodursi, e il Dott. Aboobaker con i suoi colleghi sono riusciti a dimostrare che i vermi piatti conservano attivamente le terminazioni dei loro cromosomi nelle cellule staminali adulte, portandoli all’immortalità teorica.
Il dottorando Thomas Tan ha condotto una serie di esperimenti decisivi all’interno del progetto, per spiegare scientificamente l’affascinante, quanto teorica, immortalità.

È stata identificata una versione piana del gene che codifica per l’enzima della telomerasi, e la sua attività era spenta.
Dato che la dimensione del telomero si riduceva, è stato quindi confermato che era il gene era proprio quello.

Armati di questa nuova scoperta e comprensione, gli scienziati hanno monitorato e misurato il gene, osservando che nei vermi a riproduzione sessuale la sua attività aumenta enormemente quando si rigenerano, permettendo alle cellule staminali di conservare i loro telomeri durante la divisione per formare tessuti mancanti.

“È stato fantastico trovarmi tra il laboratorio genetico sui lieviti del Prof. Edward Louis e il centro di Ricerca sui Tumori al Cervello nei Bambini, oltre ai centri di ricerca della University of Notthingam competenti in biologia del telomero.
Aziz e Ed cominciarono a chiedere prove più chiare e penso che siamo riusciti a dare una risposta molto soddisfacente.” afferma il Dott. Tan.

DA VERMI IMMORTALI A UMANI IMMORTALI

Lo stesso non si applicava ai vermi piatti con riproduzione sessuale che, in ogni caso, continuavano a mostrare la stessa, apparentemente indefinita, capacità di riprodursi. I ricercatori spiegano che anche se questi vermi piatti accorciassero eventualmente i loro telomeri, sebbene molto gradualmente, o avessero trovato un modo diverso di conservare indefinitamente la replicazione cellulare, questo non coinvolge l’enzima della telomerasi.

I ricercatori sostengono che il prossimo passo è studiare come tutto ciò può essere applicato ad organismi più complessi, come gli umani.
“ I prossimi obiettivi per noi sono: comprendere questi meccanismi più nel dettaglio e capire di più su come far evolvere animali immortali.” dice Aboobaker.

“I vermi sono un un sistema modello al quale possiamo porre domande come: è possibile per un animale pluricellulare essere immortale ed evitare gli effetti dell’invecchiamento?”

“Se si, come si comportano questi animali a confronto con altri che non possono esserlo? Ovviamente noi speriamo che questo possa avere impatto sugli umani, è per questo che facciamo ricerca. Ma non è nostra intenzione produrre droghe o medicine… lo stanno già facendo altri, sono sicuro.”

Le scoperte sono state pubblicate su PNASUniversity of Nottingham PR.

Un’altro video molto interessante sull’età, e quano possiamo invecchiare.

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Fonte: Zmescience

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Traduzione di Denis Gobbi e Daniel Iversen

Le condizioni di vita famigliare vissute durante l’infanzia sono collegate ad alcuni significanti effetti sul DNA che persistono fino alla mezza età, questo in accordo con una nuova ricerca da parte di scienziati canadesi e inglesi

Il team, situato alla “McGill University” di Montreal, all’ “University of British Columbia” a Vancouver e all’ “UCL Institute of Child Health” a Londra, ha voluto cercare un’associazione tra la metilazione dei geni e i fattori economici e sociali nella tenerà età e hanno trovato alcune chiare differenze tra bambini cresciuti rispettivamente in famiglie ad alto e a basso reddito.
Più del doppio di tali differenze di metilazione sono state associate all’effetto combinato di ricchezza, condizioni abitative, occupazione dei genitori (ovvero educazione precoce) che sono state a loro volta messe in confronto alle loro attuale situazione socio-economica, in età adulta (1252 differenze rispetto a 545).

I risultati, pubblicati online oggi sull “International Journal of Epidemiology” potrebbero portare nuove evidenze sul perchè gli svantaggi conosciuti con l’essere associati a una bassa posizione socio-economica, possono rimanere poi per l’intera durata della vita, a dispetto di un successivo miglioramento delle condizioni.
Lo studio mira ad esplorare il modo in cui le condizioni vissute nel primo periodo della propria vita potrebbero in qualche modo essere “incorporate biologicamente”, e continuare quindi a influenzare la salute, in meglio o in peggio, durante tutta la vita. GLi scienziati hanno deciso di osservare la metilazione del DNA, una modificazione epigenetica che è collegata con i cambiamenti duratura nell’attività dei geni e quindi a potenziali rischi per la salute. (in linea di massima, la metilazione di un gene in un punto significativo del DNA riduce la sua stessa attività)

I ricercatori si sono focalizzati su 40 partecipanti del Regno Unito in uno studio, ancora in corso, che ha documentato molti aspetti della vita di piu di 10000 persone nate nel marzo 1958, dalla loro nascita ad adesso.

I ricercatori hanno studiato del DNA perparato da campioni di sangue presi quando i partecipanti al test avevano 45 anni.
Hanno scelto persone con alle spalle esperienze diverse sia durante la loro infanzia che in età adulta, alcuni con uno standard di vita alto e altri basso, in modo da poter quindi studiare qualsiasi differenza nella metilazione del DNA esistente tra persone con condizioni di vita molto diverse.
Le analisi hanno quindi misurato questa modificazione epigenetica nelle regioni di controllo di piu di 20.000 geni, tra i diversi gruppi socio-economici.
“Questa è la prima volta che siamo stati capaci di creare un collegamento tra le condizioni di vita economiche vissute nell’infanzia e la biochimica del DNA” dice Moshe McGill, professore di farmacologia.

“Se pensiamo al nostro genoma come delle frasi o il vostro DNA come delle lettere, ciò che avete ereditato dal padre e dalla madre, la metilazione può essere vista come un cambio dei segni di punteggiatura che determina come le diverse lettere vengono combinate in frasi e paragrafi che vengono poi letti in modo differente dai diversi organi del corpo, dal cuore, dal cervello e così via.” spiega Szyf.
“Quello che abbiamo imparato è che questi segni di punteggiatura si attingono a segnali che provengono dall’ambiente, e prendono spunto dalle diverse condizioni vissute nell’infanzia.
In sostanza crediamo che agiscano come un meccanismo per adattare il DNA a un mondo in rapida trasformazione”

“Abbiamo trovato un sorprendente numero di variazioni nella metilazione del DNA e,  in piu di 6000 regioni di controllo genetico abbiamo potuto notare chiare differenze tra i 40 partecipanti alla ricerca” dice l’autore, professore emerito Marcus Pembrey, dell’ UCL Istitute fo Child Health.
“All’interno di questa enorme variazione c’era una distinta metilazione associata agli alti standard nelle condizioni di vita, sia durante l’infanzia che da adulti. E, cosa ancora più sorprendente: nel DNA ottenuto dai 45enni, i livelli di metilazione di ben 1252 promotori genetici erano associati alle condizioni della vita durante l’infanzia contro solo 545 associati alle condizioni di vita nell’età adulta.

I profili di metilazione associati con le condizioni di vita famigliare nell’età infantile erano attaccati insieme in lunghe estensioni di DNA, cosa che suggerisce che il primo ambiente socio-economico in cui si vive determina uno schema epigenetico molto ben definito.

Le malattie dell’età adulta collegate con alcuni disagi avuti nei primi anni di vita sono già ben conosciute, come per esempio disfunzioni alle coronarie, diabete di tipo 2 e disordini respiratori.” spiega l’autore, Chris Power, professore di epidemiologia e salute pubblica all’ UCL institute of Child Healt ” Si spera quindi che in futuro la ricerca possa definire quale rete genetica, con differenze di metilazione, sia associata a particolari malattie”

“Questa ricerca rappresenta solo l’inizio anche perchè non ci può ancora dire precisamente qual’è il momento della nostra infanzia in cui sorgono questi schemi epigenetici e quali saranno i loro effetti a lungo termine” dice il professor Power. “Questa conoscenza sarà necessaria prima di poter iniziare a considerare degli interventi inutili, che deve però essere l’obiettivo a lungo termine”.

Lo studio non ha mostrato:

– Malattie specifiche collegate alle aree con differenze di metilazione nel DNA

– se ci sono stati effetti positivi o protettivi

– se questi cambiamenti potrebbero essere trasmessi alla progenie.

Lo studio non è stato progettato per guardare queste aree.


Fonte: McGill University

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Traduzione a cura di Lorenzo Micali

Per la prima volta alcuni scienziati hanno sviluppato un metodo per generare accurati modelli tridimensionali dell’intera catena del DNA di una cellula, conosciuta come genoma.

Il genoma riveste un ruolo centrale nelle funzioni di quasi tutte le cellule umane, e si pensa che le imperfezioni nella sua struttura siano la causa di diverse malattie, incluso il cancro.

Comprendere la struttura del genoma è fondamentale per capire le sue intere funzioni, ha affermato Lin Chen, professore di biologia molecolare presso il Dorsife USC College of Letters, Arts and Science.

“Tutto il materiale biologico funziona in tre dimensioni” ha detto Chen, “dunque, per riuscire a capirlo completamente, è necessario vederlo tridimensionalmente”.

Il genoma all’interno di una cellula può essere paragonato ad un piatto di spaghetti finissimi.
Le diverse cellule sono ognuna come piatti di pasta in cui gli spaghetti sono posti in maniera differente, ma che condividono alcune caratteristiche.

La tecnica aggiunge un pezzo fondamentale del puzzle a vantaggio degli scienziati, i quali cercano di comprendere il genoma – la pietra miliare della vita – nelle cellule normali e in quelle malate. Una delle più probabili applicazioni di questa ricerca sarà quella di identificare le cellule potenzialmente cancerogene in base a difetti strutturali nel genoma all’interno della cellula, ha detto Chen.

“Speriamo che in futuro questi studi consentano agli scienziati di comprendere meglio come il genoma è coinvolto nelle malattie, e anche come la sua funzione può essere regolata in tali circostanze”, ha detto Chen.

A causa delle sue piccole dimensioni e della sua lunghezza mostruosamente elevata, creare un’immagine tridimensionale di un genoma non è semplice come scattare una fotografia. La catena del DNA genomico è così lunga che, se un nucleo avesse le dimensioni di un pallone da calcio, la catena del DNA al suo interno potrebbe sbrogliarsi per misurare quasi 50 km di lunghezza. Normalmente i biologi, per studiare la struttura delle biomolecole, non usano niente che funzioni meglio del genoma umano.

Accartociatosi all’interno del nucleo, il DNA forma centinaia di milioni di contatti con se stesso. Utilizzando una nuova tecnica, i ricercatori dell’ USC hanno tracciato la posizione di ciascuno di questi contatti e hanno utilizzato sofisticati algoritmi informatici per modellare i risultati in 3D.

“Fornisce una prospettiva completamente nuova del genoma”, ha detto Chen. Lo studio è apparso sul sito web di Nature Biotechnology il 25 dicembre, prima della sua pubblicazione nella versione stampata.

Analizzando le differenze e le somiglianze nella struttura del genoma tra le varie cellule, gli scienziati sono in grado di discernere quali sono i principi fondamentali di organizzazione 3D. Inoltre, la struttura permette agli scienziati di vedere dove ogni gene è localizzato rispetto a qualsiasi altro gene, e di come questa sistemazione è importante per le funzioni cellulari.

Il metodo utilizzato dal team dell’USC tiene conto del fatto che ogni cellula è leggermente diversa – il DNA non si accartoccia sempre allo stesso modo.

Facendo un’analisi statistica dei diversi genomi, il team è stato in grado di determinare “posizioni privilegiate” per la catena del DNA, che fornisce un’idea del modo in cui appaiono con maggiore probabilità..

Studio fornito dal USG College

Fonte: physorg

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Traduzione a cura di Daniel Iversen

La nanotecnologia ci puo permettere di costruire i prodotti che ci servono con una precisione che adesso solo la natura sa fare


Mimare la natura è un tema ricorrente in nanotecnologia e in  nanotecnologia molecolare,  ispirarsi alle nanostrutture naturali che si trovano nel nostro stesso corpo offre potenzialità incoraggianti.

“La nanotecnologia molecolare è la capacità prevista di costruire  prodotti con una precisione a livello molecolare paragonabile a quella della natura” afferma Christine Peterson, presidente della Foresight Nanotech Institute in California. “Porterà qualità senza precedenti, efficienza energetica e sostenibilità ambientale”.

Il recente sviluppo di una “nano-macchina” molecolare spinta ad elettroni, dal team con a capo il chimico Ben Fering all’Università di Groningen in Olanda, punta dritto a questo potenziale.

Ulteriori indicazioni sull’effettiva raggiungibilità della nanotecnologia la si ha nella richiesta sempre maggiore di computer sempre piu piccoli .

Molti di questi sforzi tentano di utilizzare un metodo prettamente naturale di stoccaggio e trasferimento dell’informazione, il DNA.
“Il DNA computing è l’obiettivo prefissato per costruire dispositivi di DNA che sono in grado di agire come dei computers, inizialmente facendo calcoli semplici, per poi arrivare a fare tutto ciò che riesce a fare un computer in macroscala” afferma Peterson.

In ottobre, i ricercatori all’Imperial College a Londra, hanno prodotto dei componenti computerizzati di base utilizzando il DNA e un comune batterio, mentre all’Università di New York gli scienziati hanno costruito una nuova struttura artificiale di DNA capace di codificare e trasferire semplici informazioni.
Se gli scienziati riusciranno a rompere le barriere nelle tecniche quali il DNA computing, il passo successivo potrebbe essere costituito da nano-motori controllati per portare specifici trattamenti direttamente alle cellule o magari riparare del DNA danneggiato.
“Possiamo essere sicuri che le nano-macchine costruite dagli esseri umani saranno capaci di riparare il DNA per il fatto che nano-macchine naturali lo stanno gia facendo. Hanno solo bisogno di un po di aiuto” dice Peterson.

Una possibile applicazione futura per la nanotecnologia in scala molecolare consiste nella costruzione di nano-fabbriche.
“La nano-factory è una proposta di un sistema manifatturiero compatto capace di produrre diverse linee di prodotti in larga scala, che siano atomicamente precisi” spiega Rovert Freitas Jr, ricercatore all’Institute for Molecolar Manufacturing, in California.
“I prodotti della nanotecnologia saranno atomicamente precisi, con ogni atomo esattamente nel posto giusto, offrendo cosi il massimo nel controllo della qualità. Potrebbe creare prodotti dal materiale piu resistente conosciuto, soprattutto diamante, zaffiro, e ceramiche ultra resistenti. Nel settore manifatturiero è difficile fare di meglio.”

La prima struttura bidimensionale assemblata atomo dopo atomo è stata fatta di silicone nel 2003. Tuttavia, Freitas afferma che le nano-fabbriche sono ancora lontane. “Ci aspettiamo che questo richiederà 20 anni di sforzi di ricerca e sviluppo, nell’ordine di 1 miliardo di dollari di finanziamento per il conseguimento del progetto”

Benefici e rischi

“Le persone sono sempre preoccupate dei rischi, ma messi su una biliancia i benefici della nanotecnologia sembrano superare notevolmente i rischi” dice Freitas.
“Gli sviluppatori responsabili sono sempre alla ricerca di portare il massimo benficio col minimo rischio. Non è solo un buon’affare, è la cosa giusta da fare”.

Vincenzo Balzani, professore di chimica all’Università di Bologna, ha affermato “Gli scienziati hanno una grande responsabilità. Dovrebbero rifiutare di usare la loro scienza per costruire applicazioni volte  a fare del male.”
Egli afferma che è il contesto politico, piuttosto che la nanotecnologia stessa, a determinare i pericoli delle scoperte di domani.

Fonte: physorg

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