La simulazione della biologia cellulare
Evidenze crescenti indicano infatti che, oltre alle molecole, gli organismi, dai lieviti agli esseri umani, conservano la maggior parte delle interconnessioni e dei percorsi di segnalazione. Riuscire a scoprire la rete regolatrice cellulare e a ricostruire i complessi percorsi di segnalazione che regolano le funzioni cellulari essenziali, come il metabolismo e il ciclo cellulare, rappresenta una sfida scientifica significativa. L'obiettivo principale del progetto UNICELLSYS(si apre in una nuova finestra) , finanziato dall'UE, era la ricostruzione e la modellazione computazionale dei diversi livelli di organizzazione biologica degli eucarioti, utilizzando il lievito di birra come organismo modello. Gli strumenti in silico hanno permesso di prevedere la risposta cellulare a stimoli come gli ormoni e il risultato di varie perturbazioni genetiche o farmacologiche. Per sviluppare questi modelli, i partner del progetto UNICELLSYS hanno generato una grande quantità di dati di proteomica e metabolomica riguardanti il lievito cresciuto in varie condizioni. Il lievito è stato analizzato a livello di singola cellula, per individuare le variazioni individuali. Il lavoro si è concentrato sui vari percorsi di segnalazione (protein chinasi A, MAPK, mTOR, percorso di stress osmotico Hog-mediated), con particolare attenzione alle modalità di interazione delle proteine in questi percorsi, tramite l'analisi bioinformatica e il sistema del lievito a doppio ibrido. Un lavoro significativo è stato dedicato all'integrazione dei diversi percorsi di segnalazione in un modello dinamico molecolare su larga scala, che potrebbe prevedere il comportamento cellulare sulla base di perturbazioni o stimoli specifici della crescita. La biochimica cellulare è stata modellata mediante lo sviluppo di un pacchetto software open-source denominato ManyCell. Oltre a delineare i meccanismi implicati nella trasduzione dei segnali, nel metabolismo e nella crescita, questa modellazione dinamica ha fornito informazioni preziose sulla capacità degli organismi unicellulari di adattarsi a condizioni ambientali alterate. Nel complesso, la capacità di prevedere la risposta di perturbazioni biologiche intrinseche o estrinseche sta emergendo come il nuovo modo per comprendere le interconnessioni esistenti tra i diversi processi cellulari. Cosa particolarmente importante a lungo termine, inoltre, i modelli sviluppati da UNICELLSYS potrebbero influire sulla salute umana, prevedendo il risultato degli interventi terapeutici eseguiti sui singoli pazienti.
