Un’app web intuitiva per semplificare radiografie complesse
Sebbene la determinazione della forma e della dinamica delle proteine sia fondamentale per comprendere la vita a livello molecolare, le tecniche necessarie a tal fine sono state sino ad ora solitamente complesse, nonché accessibili solo agli specialisti. La diffusione biologica dei raggi X a piccolo angolo (BioSAXS, biological small-angle X-ray scattering) è un metodo versatile che consente agli scienziati di studiare il modo in cui le biomolecole cambiano struttura e interagiscono dirigendo i raggi X su campioni in vari stati, dai liquidi ai gel. Tuttavia, l’utilizzo delle sofisticate apparecchiature necessarie per lo svolgimento di questi esperimenti richiede spesso approfondite competenze tecniche. Per superare questa barriera, il progetto finanziato dall’UE ARISE(si apre in una nuova finestra), un programma di borse di studio volto a formare i futuri leader nel campo delle infrastrutture di ricerca , ha rivestito un ruolo fondamentale nello sviluppo della soluzione BSxCuBE-Web (BioSAXS Customized Beamline Environment, ovvero ambiente personalizzato per la linea di fascio di BioSAXS). Questa nuova interfaccia web open-source è ora operativa presso la linea di fascio BM29, gestita congiuntamente dal Laboratorio europeo di biologia molecolare (EMBL, European Molecular Biology Laboratory) in Germania, che ha coordinato ARISE, e dal Laboratorio europeo delle radiazioni al sincrotrone (ESRF, European Synchrotron Radiation Facility) in Francia, organizzazione partner del progetto. Essa permette di semplificare e automatizzare il processo sperimentale, rendendo la biologia strutturale di alto livello accessibile a una comunità più ampia.
Conciliare la complessità dell’hardware con la semplicità d’uso
Lo sviluppo di BSxCuBE-Web è stato guidato dalla necessità di sfruttare le capacità del sincrotrone di quarta generazione potenziato dell’ESRF senza sopraffare gli utenti con complessità tecniche associate. Il sistema sostituisce il software preesistente con un’architettura moderna a livelli che separa il controllo dell’hardware dall’interfaccia utente, consentendo in tal modo agli scienziati di progettare esperimenti, mettere in coda i campioni per lo screening automatizzato ad alta produttività e monitorare la raccolta dei dati in tempo reale tramite un browser web standard, indipendentemente dalle loro competenze in materia di programmazione. L’interfaccia rispecchia visivamente la disposizione fisica degli scambiatori di campioni robotizzati, facendo sì che gli utenti possano impostare in modo intuitivo i lotti di campioni. Un aspetto fondamentale è che il sistema include solidi meccanismi di gestione degli errori: se si perde un raggio o un campione non supera il test, la coda si mette automaticamente in pausa o salta il problema, assicurando che gli esperimenti non presidiati possano svolgersi in sicurezza per lunghi periodi. Jean Baptiste Florial, l’ingegnere software full-stack che ha guidato il progetto, mette in evidenza la difficoltà associata alla realizzazione del compito in un articolo dell’EMBL(si apre in una nuova finestra): «La sfida principale è stata quella di collegare l’hardware complesso delle linee di fascio a un’interfaccia web semplice e affidabile, il che comporta la necessità di garantire una completa sincronizzazione in tempo reale, mantenendo al contempo la stabilità del sistema. Abbiamo inoltre dovuto affrontare questioni relative alle prestazioni e alla scalabilità, soprattutto perché gestiamo grandi flussi di dati direttamente nel browser.»
Abilitare la prossima generazione di leader della ricerca
Il programma di borse di studio di ARISE si è rivelato essenziale per testare e perfezionare il software, fornendo un ambiente di prova reale in cui i borsisti potessero mettere in pratica le loro competenze interdisciplinari. Anton Popov e Dihia Moussaoui, due borsisti di ARISE attivi presso l’EMBL di Grenoble, hanno collaborato strettamente con il team di ingegneri; mentre il lavoro del primo sui dispositivi e strumenti microfluidici consente agli utenti di condurre diversi tipi di esperimenti di miscelazione e studi risolti nel tempo, lo sviluppo da parte del secondo del «footprinting» a raggi X abbinato alla spettrometria di massa dispone del potenziale di integrare la BioSAXS e altri metodi della biologia strutturale. Commentando il modo in cui la collaborazione tra i borsisti di ARISE (Career Accelerator for Research Infrastructure Scientists) e gli ingegneri ha plasmato il progetto, Florial afferma, concludendo: «È sempre positivo collaborare con gli scienziati per comprendere davvero di cosa hanno bisogno. Volevamo creare un framework applicativo generico che fosse utile sia per gli scienziati che per altri sincrotroni che conducono esperimenti di BioSAXS; il feedback che abbiamo ricevuto è che BSxCuBE-Web è intuitivo, motivo per cui ritengo che abbiamo raggiunto il nostro obiettivo!» Per maggiori informazioni, consultare: pagina web del progetto ARISE(si apre in una nuova finestra)
