La proteomica è un campo di ricerca ancora relativamente giovane che analizza più da vicino l'insieme di tutte le proteine (proteoma) e cerca di scoprire quali proteine esistono nelle cellule, quali funzioni hanno e come interagiscono. Il nostro intero corpo è composto da migliaia di proteine diverse. E gli enzimi, anch'essi costituiti da proteine, regolano importanti processi metabolici.
Con l'aiuto della proteomica, possiamo creare una sorta di enorme biblioteca in cui le proteine sono classificate e categorizzate. Questo ci permette di comprendere meglio le connessioni del nostro corpo e di capire quali processi sono interrotti nelle malattie o come i farmaci influenzano l'organismo. In questo articolo vi mostreremo cos'è la proteomica, cosa ha a che fare con l'epigenetica e come possiamo utilizzare questa tecnica.
Cosa è la proteomica
Per dirla in parole povere, la proteomica è lo studio e l'analisi completa del proteoma, cioè l'insieme di tutte le proteine espresse in una cellula, in un tessuto, in un organismo o in un sistema biologico specifico in un determinato momento. Si occupa dell'identificazione, della quantificazione, della struttura, della funzione e delle interazioni delle proteine, nonché dei loro cambiamenti in diverse condizioni.
Attraverso l'uso di tecnologie avanzate, come la spettrometria di massa e gli strumenti bioinformatici, la proteomica mira a raggiungere una comprensione dettagliata del ruolo delle proteine nei processi biologici e nelle malattie e contribuisce quindi in modo significativo allo sviluppo di nuovi metodi diagnostici, terapie e alla comprensione dei meccanismi delle malattie.
Il proteoma come guardaroba della tua vita
La proteomica - può essere più comprensibile?
Indubbiamente, il complesso background della proteomica non è facile da spiegare. Nel nostro articolo sulla epigenetica abbiamo confrontato questi con i controlli di volume . Per la proteomica, possiamo usare un'altra analogia: un armadio.
Immaginate che il vostro guardaroba sia pieno fino all'orlo di diversi capi di abbigliamento, ognuno dei quali svolge una funzione specifica. Ogni capo di abbigliamento rappresenta una proteina nel corpo, e la totalità di tutte le proteine (o del vostro guardaroba) viene definito proteoma .
Come un guardaroba, il proteoma può essere vario, con un'ampia gamma di proteine responsabili di diverse funzioni e processi cellulari. Alcune proteine sono come i vostri capi d'abbigliamento preferiti che indossate spesso e che svolgono un ruolo importante nella vostra vita quotidiana. In questo caso si parla di proteine essenziali .
Le altre proteine sono come i capi d'abbigliamento indossati raramente o stagionali che servono solo in certe occasioni.
Il guardaroba della vita
Così come si organizza il guardaroba in base alle proprie esigenze e si scelgono capi di abbigliamento specifici per il proprio stile, il corpo regola l'espressione e l'attività di diverse proteine in base alle esigenze e alle condizioni. Questo processo è noto come proteomica e comporta lo studio e l'analisi di tutte le proteine presenti in una cellula, un tessuto o un organismo in un momento specifico.
Ad esempio, quando si fa esercizio fisico, il corpo può produrre proteine importanti per la rigenerazione muscolare e la costruzione di nuova massa muscolare. Queste proteine vengono attivate per soddisfare i requisiti specifici dell'allenamento. Similmente a come si sceglie l'abbigliamento sportivo per prepararsi alla sessione di allenamento, il corpo seleziona determinate proteine per consentire gli adattamenti fisiologici all'allenamento.
La proteomica ci permette di studiare la complessa interazione delle proteine nei sistemi biologici e di capire come reagiscono a vari fattori ambientali, malattie o interventi terapeutici. Analizzando il proteoma, possiamo comprendere il funzionamento di cellule e tessuti e scoprire nuove possibilità per la diagnosi, il trattamento e la prevenzione delle malattie. Esaminiamo, per restare all'analogia, quali "capi di abbigliamento" vengono usati in quali situazioni di vita.
Perché usiamo la proteomica?
La proteomica offre una sorta di "visione in diretta" della cellula. Con la genetica, finora siamo stati in grado "solo" di visualizzare i progetti. La proteomica consente ora di ottenere una nuova prospettiva. Possiamo vedere se le proteine vengono modificate nuovamente dopo la traduzione, ad esempio.B. attraverso la fosforilazione o la glicosilazione. Ciò significa che possiamo avere una visione più dettagliata dei processi della cellula. Ciò consente ai ricercatori di studiare meglio le interazioni proteina-proteina e quindi di comprendere meglio le complesse vie di segnalazione biologica.
Quali sono i vantaggi della proteomica?
La proteomica è il prossimo passo verso una medicina più personalizzata. Attraverso gli sforzi della ricerca, in futuro potrebbe essere possibile identificare meglio nuovi biomarcatori di malattie o molecole bersaglio terapeutico. Possiamo anche usare la proteomica per capire meglio come i farmaci agiscono sull'organismo.
La ricerca è ancora agli inizi, ma ci sono già alcuni studi molto interessanti. In questo studio , 36 persone con diverse patologie sono state sottoposte a test prima e dopo l'esercizio fisico. Le analisi sono state estremamente approfondite, dagli esami del sangue alle analisi del proteoma e della genetica. I ricercatori hanno scoperto che alcune proteine erano adatte come marcatori per le prestazioni successive nel test di resistenza. Hanno anche scoperto che le persone con insulino-resistenza mostrano una risposta alterata all'esercizio fisico. Prima di poterne ricavare approcci terapeutici precisi, sono necessarie ulteriori ricerche, ma i risultati ottenuti finora sono già estremamente entusiasmanti.
Come misurare le proteine
Ci sono diversi metodi per misurare le proteine. Uno spettrometro di massa è di grande importanza per la proteomica. Ma come funziona un dispositivo del genere?
Uno spettrometro di massa è come una bilancia sofisticata che ordina minuscole particelle come proteine o peptidi (brevi frammenti di proteine) in base al loro peso. Immaginate di avere un sacchetto di palline di dimensioni diverse e di volerle organizzare in base alle dimensioni. Uno spettrometro di massa fa sostanzialmente la stessa cosa, solo con le molecole. Per darvi un'idea più precisa del processo che ne sta alla base, abbiamo riassunto le singole fasi di lavoro nel modo più semplice possibile:
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Fase 1: Preparazione del campione
Prima di tutto, le proteine vengono estratte da un campione di cellule o tessuti. Poiché le proteine sono troppo grandi e complesse per essere analizzate direttamente, vengono "scomposte" in parti più piccole, chiamate peptidi, attraverso un processo chiamato digestione (simile a quello alimentare).
Fase 2: Ionizzazione
I peptidi vengono quindi introdotti nello spettrometro di massa, dove vengono ionizzati. Ciò significa che i peptidi si caricano elettricamente, come quando si strofinano dei palloncini sui capelli e questi si "attaccano" alla parete.
Fase 3: Volo attraverso lo spettrometro di massa
I peptidi carichi vengono inviati allo spettrometro di massa. Il dispositivo utilizza campi elettrici per accelerare i peptidi. Più un peptide è leggero, più velocemente si muove attraverso il dispositivo. È come far passare in una galleria del vento palline di dimensioni diverse: quelle più piccole volano più velocemente di quelle più grandi.
Fase 4: Rilevazione
Al termine del "volo", i peptidi arrivano a un rivelatore. Il rilevatore misura la velocità di arrivo di ciascun peptide, che indica il suo peso (più precisamente, il rapporto tra massa e carica). Queste informazioni vengono presentate in uno spettro che assomiglia a un diagramma di montagna, con picchi corrispondenti a diversi peptidi.
Fase 5: Analisi dei dati
I dati raccolti - lo spettro di massa - vengono confrontati con un database contenente informazioni su peptidi e proteine noti. Questo confronto consente agli scienziati di scoprire quali proteine erano presenti nel campione e in quale quantità.
Quindi uno spettrometro di massa funziona come una bilancia molto precisa che scompone le proteine in parti più piccole, le carica elettricamente, poi le fa volare attraverso un dispositivo e misura la velocità con cui si muovono. Queste informazioni ci aiutano a capire quali proteine sono presenti in una cellula o in un tessuto e come funzionano.
Conclusione sulla proteomica
La proteomica è un campo di ricerca ancora relativamente giovane. Uno dei primi articoli su questo tema è apparso nel 2000 sul famoso Lancet Journal con il titolo: "Preotomica: nuove prospettive, nuove opportunità biomediche".
Da allora sono successe molte cose nella ricerca. I metodi sono diventati sempre più sofisticati e meno costosi, rendendo possibile la ricerca proteomica su scala più ampia. Con l'aiuto dell'intelligenza artificiale (AI), la scienza può analizzare meglio le enormi quantità di dati e quindi scoprire nuovi biomarcatori o sviluppare nuove terapiecon l'aiuto della proteomica.
