Sviluppare monitor biologici per l’intestino
È possibile catturare la profondità della vita in un’unica foto? I metodi utilizzati dagli scienziati per scrutare la biologia molecolare di una cellula funzionano come una macchina fotografica, che scatta una sola istantanea. Per comprendere veramente tutti i processi dinamici che avvengono a questo livello, è necessario qualcosa di più simile a una videocamera. I ricercatori del dipartimento di Scienza e Ingegneria dei biosistemi(si apre in una nuova finestra) del Politecnico di Zurigo hanno recentemente sviluppato una tecnica(si apre in una nuova finestra) che fa esattamente questo. Questo approccio, noto come «Record-seq», utilizza la tecnologia di editing genetico CRISPR per convertire frammenti di RNA cellulare in DNA. Gli RNA contengono messaggi sullo stato attuale di una cellula, ma si degradano rapidamente: le informazioni che possono offrire sono statiche, come una foto. Il DNA può trasportare sequenze di questi messaggi, fornendo una datazione più lunga - in sostanza, come una videocamera molecolare. Nell’ambito del progetto CRISPRhistory(si apre in una nuova finestra), finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), i ricercatori hanno voluto utilizzare Record-seq per il monitoraggio continuo dei processi nell’intestino dei mammiferi. Le cellule dell’intestino rispondono ai cambiamenti ambientali alterando l’espressione dei loro geni, per cui il monitoraggio di questo fenomeno potrebbe fornirci informazioni più approfondite sull’alimentazione o persino sullo sviluppo di malattie come il cancro. Il team si è concentrato sullo sviluppo di «cellule sentinella» in grado di registrare l’ambiente circostante. «Abbiamo messo a punto una registrazione trascrizionale con cellule sentinella che funzionano come biosensori, che ci danno una “registrazione” di ciò che la cellula ha vissuto», spiega Florian Schmidt(si apre in una nuova finestra), scienziato del Politecnico di Zurigo.
Creare biomonitor dell’intestino umano
Quando i batteri attraversano l’intestino, sono esposti a ogni sorta di ambiente diverso. L’analisi delle feci fornisce solo un’istantanea recente e limitata, mentre i ricercatori sono molto interessati a ciò che i batteri hanno vissuto più in alto nell’intestino. Per progettare cellule sentinella con biosensori, il team si è rivolto all’Escherichia coli, un batterio naturalmente presente nell’intestino umano. Mentre con Record-seq i ricercatori possono leggere ciò che l’E. coli è in grado di percepire, diversi biomarcatori intestinali associati alle malattie non generano risposte specifiche nell’E. coli. Per ovviare a questa lacuna, il team ha sviluppato nuovi biosensori che hanno come obiettivo gli acidi grassi a catena corta, fortemente implicati nella salute dell’ospite, in particolare nei disturbi metabolici, e difficili da rilevare in ambito clinico. «I risultati ottenuti suggeriscono che questi biosensori si integrano perfettamente nell’architettura di Record-seq», osserva Schmidt. «Prevediamo di concludere il lavoro quest’anno e di presentare un manoscritto che lo descriva per la pubblicazione su una rivista con revisione paritaria.»
Sostenere la ricerca sul microbioma intestinale
Attraverso una ricerca sui topi, il team è riuscito a dimostrare che la tecnologia Record-seq può essere utilizzata sia come strumento di ricerca sia come strumento diagnostico per studiare il microbioma intestinale. Si è riusciti a distinguere le diverse diete dei topi e a capire quando hanno seguito una dieta non sana per una settimana, anche fino a due settimane dopo essere passati di nuovo a una dieta sana. «Il risultato è molto promettente per il monitoraggio dei pazienti umani in futuro», aggiunge Schmidt. Il lavoro sostiene anche molti altri scienziati nel campo della ricerca sul microbioma intestinale, introducendo un nuovo strumento che consente di interrogare in modo non invasivo l’intestino. Il team sta ora lavorando attivamente per tradurre la propria tecnologia in modo che possa essere impiegata come diagnostica nei pazienti umani. «Il percorso è lungo e sarà costellato di nuove ed entusiasmanti scoperte», afferma Schmidt.
