Scienza: sviluppato vasto atlante dell’espressione genica, lo studio

Una equipe di di ricercatori ha presentato un enorme atlante digitale che mappa l'espressione genica in quasi 500.000 cellule di 24 tessuti e organi

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Domani su Science verrà pubblicato un articolo su una ricerca portata a termine dal Tabula Sapiens Consortium, un team di oltre 160 esperti guidati da scienziati del Chan Zuckerberg Biohub (CZ Biohub), negli Usa. L’equipe ha presentato un enorme atlante digitale che mappa l’espressione genica in quasi 500.000 cellule di 24 tessuti e organi, inclusi polmoni, pelle, cuore e sangue. L’atlante cellulare di Tabula Sapiens è il più ampio del suo genere e include più tessuti degli stessi donatori umani. Inoltre è il primo che include immagini istologiche dei tessuti e incorpora dettagli delle comunità microbiche che vivono accanto alle cellule umane che compongono i vari compartimenti dell’intestino.

La qualità e l’ampiezza di questi dati non hanno eguali“, ha affermato l’autore senior Stephen Quake, Lee Otterson Professor of Bioengineering e professore di fisica applicata alla Stanford University, degli Usa, aggiungendo: “Questo atlante consentirà agli scienziati di porre e rispondere a domande sulla salute umana e sulle malattie in modi non possibili fino ad ora“.

Il documento è uno dei quattro principali studi collaborativi pubblicati su “Science” questa settimana, che hanno tutti presentato atlanti cellulari cross-tissue apertamente disponibili nell’ambito del consorzio internazionale Human Cell Atlas (HCA). HCA è supportato da un’ampia gamma di finanziatori globali, tra cui la Chan Zuckerberg Initiative (CZI). Altri finanziamenti per la Tabula Sapiens sono stati giunti grazie al programma di biologia unicellulare della CZI. “Questa raccolta di lavori è’ davvero stimolante“, ha affermato Jonah Cool, responsabile del programma scientifico per la biologia unicellulare presso la CZI aggiungendo che “supera le aspettative che ci eravamo prefissati quando la CZI ha iniziato a finanziare la ricerca sulla biologia unicellulare. Le informazioni biologiche fornite sono pietre miliari“. Il progetto Tabula Sapiens ha riunito i contributi di un’ampia gamma di esperti, inclusi chirurghi e specialisti dei tessuti per ciascun organo incluso nello studio.

Questo sforzo dimostra davvero quanto potenziale possiamo sbloccare quando abbracciamo l’idea della ricerca di gruppo“, ha precisato Angela Oliveira Pisco, membro del consorzio Tabula Sapiens, direttore associato di Data Science per il team Quantitative Cell Science del CZ Biohub, che ha aggiunto: “Abbiamo coordinato più di 160 persone, e questo di per sé é un’impresa meravigliosa per la Scienza“. Grazie a una stretta collaborazione con Donor Network West, un’organizzazione senza scopo di lucro per l’approvvigionamento di organi nel nord della California, Tabula Sapiens offre una delle più ampie panoramiche disponibili sulle cellule sane in tutto il corpo.

Lo studio mappa gli elementi costitutivi dei biocampioni acquistati in un progetto piuttosto unico e dimostra il notevole valore dei tessuti e degli organi non trapiantati per la ricerca preclinica“, ha affermato Ahmad Salehi, direttore della ricerca di Donor Network West. E’ stata sufficiente una sola sessione, affinché decine di chirurghi, scienziati e coordinatori del recupero potessero lavorare tutta la notte per raccogliere le cellule di 17 tessuti e organi da un singolo donatore umano, entro un’ora dal ritiro del supporto vitale e dal prelievo degli organi per il trapianto. Questo approccio rapido ha offerto l’opportunità di studiare le differenze nei tipi cellulari senza il degrado della qualità dei dati che può verificarsi quando si utilizza il tessuto congelato. Inoltre, l’utilizzo di campioni di un singolo donatore semplifica l’analisi dei dati, eliminando la necessità di controllare le differenze genetiche, legate all’età e all’ambiente tra gli individui. “Se leggiamo abbastanza frammenti di Rna, è come avere un telescopio ad alta risoluzione in grado di vedere in 25.000 dimensioni“, ha affermato Bob Jones, ingegnere ricercatore senior presso il Dipartimento di Bioingegneria di Stanford e membro del Tabula Sapiens Consortium. Tabula Sapiens include un’analisi dei prodotti dello splicing alternativo, un processo cellulare attraverso il quale possono essere derivate differenti trascrizioni di Rna da un singolo gene, portando a numerose varianti proteiche.

Poiché più trascrizioni di Rna possono provenire da ciascuno dei nostri 25.000 geni, diventa molto difficile caratterizzare funzionalmente ogni singolo gene e cosa può codificare nel ‘laboratorio umido’“, ha affermato Julia Salzman, membro del Consorzio Tabula Sapiens, professore associato di Scienza dei dati biomedici e di biochimica a Stanford.

Secondo l’articolo di Science, inoltre, il microbioma intestinale è “a macchia di leopardo” e non uniforme: i dati di Tabula Sapiens mostrano che popolazioni microbiche distinte esistono a pochi centimetri di distanza l’una dall’altra nel tratto digestivo. Tabula Sapiens è accessibile tramite un portale dati gratuito e di facile utilizzo, che offre collegamenti a tutti i componenti dell’atlante multimodale. Uno strumento ad accesso aperto e facile da usare chiamato cellxgene (“cell-by-gene”), sviluppato dal gruppo Science Technology di CZI e integrato nel portale Tabula Sapiens, permetterà iinoltre agli scienziati senza formazione computazionale di impiegare Tabula Sapiens nel loro lavoro. Lo strumento sta già aiutando gli scienziati ad affrontare una serie di domande, come capire quali tipi cellulari sono più inclini a mutazioni genetiche deleterie. “Il nostro strumento cellxgene sta aiutando gli scienziati, come quelli del Tabula Sapiens Consortium, a rispondere a domande fondamentali sulla biologia umana in pochi secondi, non anni“, ha affermato Phil Smoot, capo della Scienza e della tecnologia e vicepresidente dell’ingegneria presso CZI.

Insieme alla mappatura completa del Dna, poter disporre di un atlante dell’Rna, non solo per tessuto specifico, ma per singole cellule, ci consentirà di ottenere ulteriori informazioni su quanto è contenuto nella straordinaria enciclopedia delle molecole della vita“, ha spiegato all’AGI Giuseppe Novelli, genetista dell’università Tor Vergata di Roma, commentando l’annuncio sulla rivista Science della realizzazione prima mappa dell’Rna. “Meno del 10 per cento del Dna umano è trascritto in Rna e, a sua volta, solo una porzione di esso (circa il 5 per cento) – spiega Novelli – viene tradotto in proteine. L’Rna ha una vita breve nelle cellule, da circa 20 minuti a diverse ore negli eucarioti a circa 2 minuti nei batteri, ma svolge diverse funzioni cellulari di grande rilevanza fisiologica, pertanto conoscere tutti i tipi di Rna di una cellula e il loro modo di degradarsi o alterarsi e’ fondamentale per capire numerose malattie. Ad esempio, una particolare classe di Rna (i miRna) svolgono un ruolo attivo in numerosi processi cellulari, come il differenziamento, lo sviluppo, il metabolismo, la proliferazione, l’apoptosi e l’infiammazione. Scoperti inizialmente nelle piante, i miRna agiscono come interruttori che spengono i geni, interrompendo la formazione delle proteine o degradando un Rna (ad es., virale). Un atlante di tutti gli Rna delle cellule è un grande passo avanti“, conclude il genetista.