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 , 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.
Parole chiave
Lievito, unicellulare, percorso di segnalazione, trattamento delle malattie, biologia dei sistemi
