“È stata la madre e il padre della bioinformatica”
Nel libro di Glyn Moody “The digital code of life” uscito nel 2004, l’allora direttore del National Center for Biotechnology Information David Lipman raccontava così l’eredità scientifica lasciata da Margaret Oakley Dayhoff. Donna semplice e riservata, di lei ci sono arrivate poche informazioni biografiche da cui emerge una persona dedita al suo lavoro scientifico e alla sua famiglia. Il genero la descriveva come la “miglior suocera che si possa desiderare” e come una persona “sempre pronta a darmi i migliori consigli”. Del suo percorso scientifico, invece, abbiamo molti dettagli: nella sua trentennale carriera, Oakley ha mescolato le sue competenze informatiche con la fisica, la chimica, l’astronomia e la biologia lasciando in eredità intere discipline scientifiche e filoni di ricerca ancora oggi in crescita.
Nata a Filadelfia nel 1925, a 17 anni si diploma con il massimo dei voti ed entra alla New York University in un periodo storico in cui molti uomini sono al fronte e la percentuale di donne nelle aule universitarie si avvicina al 50%. Grazie alla particolare organizzazione dei corsi di laurea statunitensi in quel periodo, a 20 anni ottiene il Master of Arts in matematica con risultati che le permettono di essere già considerata come figura di eccellenza nel suo campo, soprattutto nell’utilizzo dei primi calcolatori. Le sue competenze informatiche suscitano l’interesse del chimico George Kimball, che aveva appena terminato il suo lavoro nel gruppo scientifico istituito a supporto della marina statunitense durante la Seconda guerra mondiale. Non conosciamo le motivazioni personali che spingono Oakley a interessarsi alla chimica, ma sappiamo che Kimball la accoglie come dottoranda alla Columbia University chiedendole di applicare metodi informatici per studiare le caratteristiche dei legami tra atomi di carbonio in alcune molecole aromatiche. Nei tre anni di dottorato, tra il 1945 e il 1948, Oakley mette a punto un metodo di calcolo basato su schede perforate, lo strumento di programmazione più utilizzato all’epoca, e la qualità del suo lavoro le permette di ottenere alcuni importanti riconoscimenti, tra cui l’accesso a uno dei più potenti computer della IBM.
Nell’anno in cui termina il dottorato, si sposa con Edward Dayhoff, suo amico di infanzia e fisico che rappresenta un raro caso di scienziato noto per essere il “marito di…”; basta provare a cercarlo sui principali motori di ricerca e constatare che il suo nome appare accanto a quello della moglie. La coppia rimane a New York fino al 1952; in questi anni Edward completa il suo dottorato di ricerca sotto la guida del futuro premio Nobel Willis Lamb mentre Margaret si sposta al Rockfeller Institute per lavorare nell’elettrochimica. A 27 anni la scienziata ha già grande competenza in matematica, informatica e almeno due branche della chimica. I suoi contributi alla scienza sono già significativi e ci potremmo aspettare una crescita continua nei suoi risultati, ma dobbiamo fermarci alcuni anni perché tra il 1952 e il 1957 Oakley sposta tutte le sue attenzioni sulla famiglia; nasce, infatti la prima figlia Ruth. La sospensione della carriera rende difficile il suo rientro nella ricerca, come dimostra una richiesta di finanziamento respinta perché “è stata per qualche tempo lontana da quest’area di studio in rapido sviluppo”.
L’occasione per uscire dalla spirale negativa arriva nel 1960, quando il fisico e medico Robert Ledley fonda la National Biomedical Research Foundation (NBRF) e propone a Oakley il ruolo di associate director. Da un paio di anni, i due stavano lavorando all’applicazione dell’informatica alle scienze biologiche. Lo stesso Ledley nel 1959 scriveva su Science
[…] forse il più grande utilizzo dei computer sarà in applicazioni biomediche. I problemi che si presentano qui coinvolgono una grande quantità di dati e molti complicati fattori correlati tra loro, i computer sono fatti proprio per questo tipo di problemi.
L’istituzione della NBRF permette loro di concentrare gli sforzi in questa direzione e a fine 1962 pubblicano un articolo di ricerca che presenta “Comprotein: un programma per aiutare la determinazione della struttura primaria delle proteine”. La loro idea si inserisce nel periodo storico in cui si stavano sviluppando le prime tecniche di sequenziamento delle proteine: Frederick Sanger aveva da poco vinto il Nobel per la scoperta della sequenza di amminoacidi che compone l’insulina e vari gruppi di ricerca avevano messo in pratica le sue tecniche per studiare altre proteine. Comprotein è un supporto computazionale a questo lavoro e sancisce l’entrata di Oakley in un ambito di studio che non abbandonerà per il resto della sua carriera: le proteine e la loro evoluzione nella storia della vita sulla Terra diventano il suo interesse primario. Sviluppa una ricerca basata sull’idea che “nascosta in ogni sequenza di amminoacidi, c’è un’incredibile quantità di informazioni sulla storia evolutiva e sulla funzione biochimica della proteina”. Nel 1965 pubblica il suo più importante contributo alla nascita della bioinformatica; l’Atlas of Protein Sequence and Structure è un libro che per la prima volta raccoglie le sequenze di proteine allora conosciute, 65 in tutto, e introduce un nuovo codice per identificare gli amminoacidi. La sua proposta, in cui ogni amminoacido è associato a una lettera dell’alfabeto, è ancora oggi in vigore. Per Oakley, l’Atlas è il punto di partenza da cui impostare i calcoli e sviluppare algoritmi con cui studiare somiglianze e differenze tra proteine, così da ricostruire come si sono evolute nel tempo. I suoi risultati confermano un’ipotesi già avanzata da Linus Pauling nel 1962: due specie viventi accumulano differenze nelle loro proteine con una velocità costante, quindi si potrebbe calcolare la loro distanza evolutiva a partire dalle sequenze di amminoacidi. Negli anni successivi Oakley aggiornerà con costanza l’Atlas e lavorerà alla creazione di un database, consultabile tramite la linea telefonica, che lei, purtroppo, non vedrà mai. Nel 1983, a causa di problemi di cuore già insorti a fine anni 70 durante una vacanza in Europa, muore a soli 57 anni.
Il New York Times le dedica un necrologio in cui è definita “pioniera nell’applicazione dei computer alla medicina”.
Guardando alla sua storia, l’omaggio del Times rende l’idea di cosa sia stata Oakley per la bioinformatica: ne è stata “madre e padre” e aveva già intravisto tutto il potenziale di questa disciplina. Nell’articolo del 1962 lei stessa scriveva
DNA e RNA sono composti di catene di soli 4 tipi differenti di molecole, chiamati nucleotidi. È possibile che l’ordine delle molecole in queste sostanze possano essere determinati con l’aiuto di questo programma.
Chissà se, scrivendo questa sua intuizione, immaginava già che sessant’anni dopo le tecnologie di sequenziamento di DNA e RNA avrebbero contribuito alla pratica clinica e allo sviluppo di una medicina precisa e personalizzata.
