Microsoft, anche l’AI per studiare una coltura del grano più sostenibile

Sono targate Microsoft le soluzioni di intelligenza artificiale e supercalcolo adottate nell’ambito del Progetto Pangenoma, azione di ricerca livello globale del Crea, Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e l’Analisi dell’Economia Agraria, ovvero l’ente italiano di ricerca sull’agroalimentare vigilato dal Ministero dell’agricoltura, e volta a studiare e decodificare il DNA del grano duro per affrontare le sfide del cambiamento climatico e garantire un futuro sostenibile per questa coltura cruciale per l’umanità.

Il grano, che ha origine dal farro selvatico – da cui l’uomo neolitico ha selezionato il farro coltivato prima e il frumento duro e tenero poi, dando origine all’ agricoltura – costituisce circa il 20% delle calorie consumate dagli esseri umani a livello globale, ma il cambiamento climatico ne sta progressivamente minacciando la coltivazione, soprattutto in alcune aree come il bacino del Mediterraneo. La ricerca è al lavoro per sviluppare nuove varietà di grano e di altre colture essenziali come riso e mais, che possano adattarsi a un clima che sta inevitabilmente cambiando.

Per rispondere a questa necessità, il Crea, con il suo Centro di Ricerca Genomica e Bioinformatica, sta coordinando insieme all’Università di Bologna e all’Università di Saskatchewan (Canada), una vasta iniziativa internazionale finalizzata alla conoscenza di tutti i geni di tutte le varietà di grano duro (progetto Pangenoma), e finanziata, per l’Italia, dal Pnrr-progetto Agritech.

La ricerca combina le conoscenze biologiche della pianta grano con le capacità di analisi bioinformatica fornite da Microsoft per analizzare e interpretare le sequenze del DNA, con l’obiettivo di sviluppare nuove varietà più sostenibili e resistenti alle variazioni del clima globale. Il Progetto, pensato e condiviso con l’Università di Bologna, fa leva sul cloud Microsoft Azure per mettere in rete decine di ricercatori di tutto il mondo e farli collaborare in tempo reale all’interpretazione dei big data (decine di terabyte) ottenuti da macchine di sequenziamento che, nei diversi laboratori del pianeta, hanno sequenziato decine di varietà di grano duro e dei suoi antichi antenati. In un contesto dove capire il significato dei dati è molto più difficile che produrli, la possibilità di far lavorare insieme le migliori professionalità al mondo, interagendo in tempo reale, è un fattore determinante per raggiungere in tempi brevi obiettivi fondamentali come garantire la produzione di grano negli anni futuri.

Nell’ambito del progetto Pangenoma, attraverso una collaborazione con Microsoft, il Crea ha sviluppato un sistema di condivisione dei dati basato sul cloud Azure che può ospitare e analizzare una molteplicità di petabytedi dati genetici ricavati dai genomi delle varietà di grano. Questi dati, che sono memorizzati nel data center Italy North di Microsoft in Italia, vengono poi elaborati ed esaminati in sicurezza attraverso procedure standardizzate definite pipeline, anch’esse eseguite nel cloud, ovvero una serie di fasi di elaborazione dei dati, create con codici open-source. Le pipeline genomiche sono progettate per gestire miliardi di piccole sequenze che devono essere ordinate per creare i 14 cromosomi del genoma del grano duro. Le pipeline sono uno strumento fondamentale per aiutare gli scienziati a mettere insieme il puzzle genomico ed estrarre le informazioni che saranno incorporate nelle nuove varietà rese disponibili agli agricoltori nei prossimi anni.

Il cloud Microsoft Azure, inoltre, offre la possibilità per i ricercatori di tutto il mondo di lavorare sugli stessi dati con gli stessi strumenti, accelerando notevolmente l’interazione tra i partner e di fatto la velocità della ricerca stessa. La capacità di supercalcolo nel cloud Azure permette di gestire e confrontare enormi quantità di dati per trovare tratti genetici utili a fronteggiare le sfide climatiche. Infine, una pipeline genomica basata sul cloud Azure aiuta a ordinare velocemente miliardi di sequenze per creare i cromosomi del genoma del grano duro. Al progetto ha contribuito anche il partner Microsoft Seqera, che con la soluzione Nextflow ha facilitato l’orchestrazione dei diversi workflow, semplificando ulteriormente la collaborazione tra team anche geograficamente distanti.

“La condivisione di big-data e la possibilità di connettere ricercatori di tutto il mondo, lavorando in remoto su risorse Cloud ed in condizioni di elevata sicurezza informatica, è un elemento essenziale per affrontare le sfide che abbiamo davanti e garantire un cibo di qualità per tutti. Abbiamo messo a punto una infrastruttura informatica su Cloud che, dopo il battesimo con il frumento duro, sarà utilizzata anche per altri progetti CREA, a cominciare dai progetti sulla xylella dell’olivo e sul malsecco degli agrumi”, commenta Luigi Cattivelli, direttore del Crea Centro di ricerca Genomica e Bioinformatica.

“Supportare il progetto di ricerca internazionale del Crea conferma come l’innovazione possa contribuire ad affrontare le sfide climatiche e sociali. Il cloud Microsoft Azure e la nostra Cloud Region Italy North, infatti, consentono di dare un’accelerazione senza precedenti le attività dei ricercatori, velocizzando il lavoro di analisi e facilitando la collaborazione in tutta sicurezza. Il cloud consente agli scienziati di tutto il mondo di condividere dati e strumenti in tempo reale, migliorando l’efficienza e la velocità della ricerca. Siamo orgogliosi di supportare un’iniziativa che ha il potenziale di garantire la sicurezza alimentare globale e promuovere pratiche agricole più sostenibili, facendo leva sui talenti e sull’innovazione della ricerca italiana”, conclude Vincenzo Esposito, Amministratore Delegato di Microsoft Italia.

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