Un dispositivo per ottenere la carta di identità delle proteine: è questo l’ambizioso obiettivo del progetto PRO-ID, a cui parteciperà anche un gruppo di ricercatori coordinati dalla Prof.ssa Federica Villa del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano.
Il dispositivo di nuova invenzione sarà in grado di leggere l’impronta digitale delle proteine, rintracciandone l’identità in poco tempo, attraverso la congiunzione di tecniche spettroscopiche, machine learning e sensori in grado di operare a livello nanometrico. Le applicazioni potranno essere nel campo della diagnostica medica, della genomica e dell’individuazione di contaminanti biologici, come per esempio il virus SARS-CoV-2.
PRO-ID è stato finanziato per i prossimi 3 anni con circa 3 milioni di euro nell’ambito del programma FET di Horizon 2020 dell’Unione Europea che supportava i progetti tecnologici più ambiziosi, oggi diventato EIC Pathfinder. Il consorzio, coordinato dall’Istituto Italiano di Tecnologia, coinvolge 7 partner tra università, istituti di ricerca e aziende. In Italia, oltre al Politecnico di Milano, sono coinvolti anche l’Università degli Studi di Padova e la Micro Photon Devices, una compagnia high-tech impegnata nella produzione di sensori ad alta velocita.
Gli obiettivi del progetto PRO-ID si inseriscono nel quadro delle ricerche che la comunità scientifica internazionale sta svolgendo per ottenere un atlante completo delle proteine umane, il proteoma, ma con lo scopo più specifico di identificare quali proteine sono effettivamente presenti – e non solo codificate a livello di genoma – nel corpo umano. Tale conoscenza, infatti, è indispensabile per potere prevedere l’insorgenza di possibili malattie.
Il consorzio di ricerca prevede di realizzare una piattaforma tecnologica in grado di “vedere” i singoli amminoacidi che compongono le proteine e, in base alla loro sequenza, risalire all’identità della proteina. Per il dispositivo sarà sufficiente registrare la sequenza nella catena di solo pochi amminoacidi, poiché, attraverso l’uso di tecniche di machine learning, la lettura sarà confrontata con il database delle proteine e ne verrà identificata la corrispondenza. Ogni proteina, infatti, è caratterizzata da una precisa combinazione di amminoacidi disposti a catena, a partire da 20 amminoacidi base.
La sensibilità dello strumento sarà garantita dall’uso di tecniche spettroscopiche RAMAN combinate con l’azione di un sensore nanometrico capace di eccitare otticamente i singoli amminoacidi e leggerne la risposta. A tali dimensioni fisiche è necessario usare i plasmoni. Il dispositivo sarà costruito in modo che sia possibile registrare in modo molto veloce e preciso il passaggio di un amminoacido che avviene in un microsecondo. In quel microsecondo l’amminoacido è illuminato dal plasmone e la sua risposta, ovvero il segnale RAMAN, viene registrato. La successione dei diversi segnali di risposta costituisce l’impronta spettroscopica della proteina, da cui è quindi possibile derivare la sua identità.
Il consorzio di ricerca di PRO-ID è composto da IIT-Istituto Italiano di Tecnologia (coordinatore), Université du Luxembourg, KIT- Karlsruher Institut fuer Technologie, CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique, EMBL- European Molecular Biology Laboratory, Politecnico di Milano, Università degli Studi di Padova e Micro Photon Devices.