I ricercatori stanno studiando sempre più la biologia spaziale delle proteine a livello subcellulare. Crediti: Sigrid Gombert/Science Photo Library/Getty Images
La tecnologia multiomica 5D sta aiutando a rispondere a domande fondamentali nella biologia spaziale a una velocità senza precedenti. C’è molto che gli scienziati ignorano sulle migliaia di proteine presenti nel corpo umano, e le sequenze proteiche non ne raccontano l’intera storia. “Sono interessata a quante informazioni biologiche siano codificate spazialmente“, afferma Emma Lundberg, Pro.ssa associata di bioingegneria e patologia alla Stanford University.
L’espressione e la localizzazione delle proteine tra le cellule possono variare notevolmente, anche all’interno dello stesso tipo cellulare. Qualche anno fa, il gruppo di Lundberg ha scoperto che circa un terzo di questa variazione poteva essere spiegato dal processo del ciclo cellulare, ma che esistono anche molti enzimi metabolici collegati alle differenze nella localizzazione delle proteine tra le cellule.
“Vogliamo capire come cambiano gli stati metabolici nelle cellule”, afferma Lundberg. Ma studiare la biologia spaziale subcellulare di tutte le proteine coinvolte nel metabolismo è un compito arduo. Ciò di cui aveva bisogno era un metodo per semplificare questo processo nelle singole cellule.
Multi-omica nelle singole cellule
Nel suo precedente lavoro per trovare collegamenti tra ciclo cellulare e localizzazione proteica, il gruppo di Lundberg ha combinato dati provenienti da diverse fonti. “Abbiamo mappato le proteine, abbiamo mappato l’RNA e poi li abbiamo integrati per ottenere letture a livello di singola cellula“.
Raccogliere informazioni da flussi di lavoro separati in questo modo è dispendioso in termini di tempo e spesso costoso. “Molte persone hanno restrizioni finanziarie“, afferma Molly He, CEO e co-fondatrice di Element Biosciences. “Questa è stata una delle motivazioni alla base del sistema multi-omico 5D di Element: AVITI24 aggiunge la proteomica alla sua piattaforma di sequenziamento esistente, portando la tecnologia “ben oltre le capacità di sequenziamento convenzionali“, afferma He. L’approccio a cinque dimensioni della tecnologia consente la co-rilevazione di RNA, morfologia e proteine, nonché la loro risposta dinamica con risoluzione spaziale.
Immagine di cellule HeLa analizzate utilizzando il pannello Teton MAPK Cell Cycle di Element su AVITI24. Crediti: Element Biosciences
Ci vogliono circa 45 minuti per fissare e trattare le cellule su una cella a flusso AVITI24, dopodiché la macchina analizza i campioni entro un giorno. Non richiedendo la preparazione delle librerie, questa è una velocità fulminea rispetto alla combinazione di più flussi di lavoro separati, che possono richiedere settimane. Un sistema semplificato può essere particolarmente utile per lo screening o lo sviluppo di farmaci, consentendo una ricerca preclinica più accurata. Ma facilita anche l’apprendimento di scienziati come Lundberg sulla biologia subcellulare.
“Ottenere letture multimodali da ogni singola cellula semplifica notevolmente l’analisi”, afferma Lundberg, che ha iniziato a utilizzare il sistema per studiare le proteine metaboliche. E poiché il sistema fornisce anche letture morfologiche, Lundberg è stata in grado di correlare i dati proteomici con la morfologia cellulare. “La forma e la morfologia delle cellule forniscono molte informazioni sullo stato della cellula“, afferma Lundberg. “Queste informazioni sono sottoutilizzate in molti set di dati di proteomica spaziale”.
C’è ancora molto da scoprire nella biologia spaziale: i ricercatori stanno individuando nuove connessioni tra l’espressione e la posizione delle proteine, la forma delle cellule e altri dati multi-omici.
Per ora, Lundberg si sta concentrando sugli enzimi metabolici e sulla loro variabilità tra le cellule. “Tra un anno”, afferma Lundberg, “Spero che avremo fatto progressi nel prevedere le basi molecolari dei fenotipi visivi, e viceversa”.
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Element, nel frattempo, aggiornerà AVITI24 con nuovi pannelli e compatibilità con diversi tipi di campione nel corso del 2025. La piattaforma segna un’espansione dalle radici dell’azienda nel sequenziamento di nuova generazione alla multi-omica spaziale a singola cellula con una preparazione minima del campione, il che potrebbe ridurre i costi per i ricercatori che in precedenza si affidavano a più dispositivi. “L’obiettivo finale della multi-omica è generare informazioni di qualità al minimo costo”, afferma He, “in modo da non sprecare risorse né tempo”.
Fonte:Nature