20 giugno 2008
Aggiornamenti e focus
Dopo il genoma, il proteoma
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La recente notizia della completa identificazione della proteina fondamentale per la fisiologia cerebrale, la monoamminaossidasi o MAO in sigla, a opera di ricercatori dell'Università di Pavia ha portato all'attenzione del pubblico quella che sarà la nuova frontiera delle ricerche in biologia molecolare: la proteomica.
Il progetto genoma si è concluso con successo e in anticipo sui tempi previsti. Ma ora che è stata costruita la mappa dei circa 30.000 geni che compongono il DNA umano, come se ne può comprendere appieno il significato? Si sa che i geni, tramite l'acido ribonucleico, servono per codificare le proteine. Ecco dunque che in questi ultimi anni si è fatto strada un concetto nuovo: quello di proteoma, ossia l'insieme delle proteine corrispondenti a un genoma; e una nuova disciplina ha mosso i primi passi: la proteomica appunto, che si affianca alla ricerca genomica nel tentativo di scoprire il funzionamento della cellula e della vita.
Si può definire come proteomica l'analisi sistematica di tutte le sequenze proteiche e delle modalità con cui le proteine interagiscono tra loro e nei tessuti. Si tratta di isolare, separare, identificare e determinare la funzione di tutte le proteine di un organismo. Dato che nell'uomo se ne stimano mezzo milione, l'impresa non si presenta tra le più facili.
Quella delle proteine non è una conoscenza teorica: le proteine servono per trasmettere messaggi, costruire i tessuti biologici e ripararli, consentire lo svolgimento di praticamente tutte le funzioni essenziali per la vita della cellula. Quando questo processo si inceppa in qualche punto, si hanno manifestazioni patologiche e per capire come trattarle al meglio è fondamentale identificare le proteine associate al funzionamento anomalo che genera lo stato di malattia.
La proteomica si sta sviluppando secondo tre linee principali: la prima si occupa della micro-caratterizzazione delle proteine, della loro identificazione su larga scala e delle loro modificazioni; la seconda confronta i livelli proteici in situazioni e tessuti diversi e promette ricadute terapeutiche contro un ampio spettro di patologie; la terza area di ricerca, infine, studia le interazioni delle proteine tra di loro e con i tessuti circostanti.
E' molto difficile prevedere il funzionamento di una proteina solo sulla base della struttura, anche se confrontata con altre strutture proteiche analoghe. Per poter effettuare una corretta analisi funzionale, sembra dunque fondamentale comprendere come le proteine si strutturano in complessi proteici e si correlano alla struttura della cellula nel suo complesso. Molti studiosi considerano quest'ultimo come il filone di ricerca più promettente di tutta la proteomica.
Tecnologie
La grande varietà delle proteine e la complessità che caratterizza i sistemi biologici richiedono il ricorso a tecnologie estremamente sofisticate, come forse in biologia non era mai accaduto prima e una conoscenza "di frontiera" per i ricercatori che devono saper combinare esperienze di discipline tra loro molto diverse: chimica, biochimica, bioinformatica e medicina.
Il nucleo della proteomica consiste nella simultanea separazione di migliaia di polipeptidi tramite elettroforesi e la loro successiva identificazione. In questa fase gioca un ruolo fondamentale la spettrometria di massa combinata con altri potenti prodotti della tecnologia bioinformatica. Una delle tecnologie di punta è denominata MALDI (acronimo da matrix-assisted laser desorption ionization) e consiste in una tecnica di spettroscopia di massa ideata una decina di anni fa e rivelatasi particolarmente adatta all'analisi proteica.
Anche in questa neonata scienza hanno subito assunto un ruolo di primo piano i computer, anzi i supercomputer, perché oltre ad algoritmi efficienti per l'analisi di questi particolari tipi di informazioni si è dimostrata necessaria un'enorme potenza di calcolo. IBM è già entrata nell'impresa e si è associata tra l'altro a una delle aziende emergenti, l'americana MDS Proteomics, mettendo a disposizione computer e adeguate infrastrutture di rete.
La comunità scientifica sta dedicando una grande attenzione alla proteomica e già si comincia a parlare di uno Human Proteomics Project, che dovrebbe raccogliere l'eredità del progetto genoma. L'impresa richiederà senza dubbio investimenti imponenti, ma le promesse, sia scientifiche che economiche sono di grande portata e anche il mondo industriale sembra se ne sia già reso conto.
Renato Torlaschi
Che cos'è la proteomica
Il progetto genoma si è concluso con successo e in anticipo sui tempi previsti. Ma ora che è stata costruita la mappa dei circa 30.000 geni che compongono il DNA umano, come se ne può comprendere appieno il significato? Si sa che i geni, tramite l'acido ribonucleico, servono per codificare le proteine. Ecco dunque che in questi ultimi anni si è fatto strada un concetto nuovo: quello di proteoma, ossia l'insieme delle proteine corrispondenti a un genoma; e una nuova disciplina ha mosso i primi passi: la proteomica appunto, che si affianca alla ricerca genomica nel tentativo di scoprire il funzionamento della cellula e della vita.
Si può definire come proteomica l'analisi sistematica di tutte le sequenze proteiche e delle modalità con cui le proteine interagiscono tra loro e nei tessuti. Si tratta di isolare, separare, identificare e determinare la funzione di tutte le proteine di un organismo. Dato che nell'uomo se ne stimano mezzo milione, l'impresa non si presenta tra le più facili.
Quella delle proteine non è una conoscenza teorica: le proteine servono per trasmettere messaggi, costruire i tessuti biologici e ripararli, consentire lo svolgimento di praticamente tutte le funzioni essenziali per la vita della cellula. Quando questo processo si inceppa in qualche punto, si hanno manifestazioni patologiche e per capire come trattarle al meglio è fondamentale identificare le proteine associate al funzionamento anomalo che genera lo stato di malattia.
Linee di ricerca
La proteomica si sta sviluppando secondo tre linee principali: la prima si occupa della micro-caratterizzazione delle proteine, della loro identificazione su larga scala e delle loro modificazioni; la seconda confronta i livelli proteici in situazioni e tessuti diversi e promette ricadute terapeutiche contro un ampio spettro di patologie; la terza area di ricerca, infine, studia le interazioni delle proteine tra di loro e con i tessuti circostanti.
E' molto difficile prevedere il funzionamento di una proteina solo sulla base della struttura, anche se confrontata con altre strutture proteiche analoghe. Per poter effettuare una corretta analisi funzionale, sembra dunque fondamentale comprendere come le proteine si strutturano in complessi proteici e si correlano alla struttura della cellula nel suo complesso. Molti studiosi considerano quest'ultimo come il filone di ricerca più promettente di tutta la proteomica.
Tecnologie
La grande varietà delle proteine e la complessità che caratterizza i sistemi biologici richiedono il ricorso a tecnologie estremamente sofisticate, come forse in biologia non era mai accaduto prima e una conoscenza "di frontiera" per i ricercatori che devono saper combinare esperienze di discipline tra loro molto diverse: chimica, biochimica, bioinformatica e medicina.
Il nucleo della proteomica consiste nella simultanea separazione di migliaia di polipeptidi tramite elettroforesi e la loro successiva identificazione. In questa fase gioca un ruolo fondamentale la spettrometria di massa combinata con altri potenti prodotti della tecnologia bioinformatica. Una delle tecnologie di punta è denominata MALDI (acronimo da matrix-assisted laser desorption ionization) e consiste in una tecnica di spettroscopia di massa ideata una decina di anni fa e rivelatasi particolarmente adatta all'analisi proteica.
Anche in questa neonata scienza hanno subito assunto un ruolo di primo piano i computer, anzi i supercomputer, perché oltre ad algoritmi efficienti per l'analisi di questi particolari tipi di informazioni si è dimostrata necessaria un'enorme potenza di calcolo. IBM è già entrata nell'impresa e si è associata tra l'altro a una delle aziende emergenti, l'americana MDS Proteomics, mettendo a disposizione computer e adeguate infrastrutture di rete.
La comunità scientifica sta dedicando una grande attenzione alla proteomica e già si comincia a parlare di uno Human Proteomics Project, che dovrebbe raccogliere l'eredità del progetto genoma. L'impresa richiederà senza dubbio investimenti imponenti, ma le promesse, sia scientifiche che economiche sono di grande portata e anche il mondo industriale sembra se ne sia già reso conto.
Renato Torlaschi
