La proteomica è un campo di ricerca ancora relativamente giovane che guarda con attenzione alla totalità delle 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 , che sono 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 relazioni nel 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.
Che cos'è la proteomica?
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 e dei loro cambiamenti in diverse condizioni.
Attraverso l'uso di tecnologie avanzate, come la spettrometria di massa e gli strumenti bioinformatici, la proteomica si propone di raggiungere una comprensione dettagliata del ruolo delle proteine nei processi biologici e nelle malattie e contribuisce così in modo significativo allo sviluppo di nuovi metodi diagnostici, terapie e alla comprensione dei meccanismi delle malattie.
Il proteoma come il guardaroba della vostra vita
La proteomica - può essere più comprensibile?
Indubbiamente, il complesso background della proteomica non è facile da spiegare. Nel nostro articolo sulla epigenetica abbiamo fatto un confronto con i regolatori 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 pezzo di abbigliamento rappresenta una proteina nel vostro corpo, e la totalità di tutte le proteine (o il vostro guardaroba) è chiamata 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 di abbigliamento preferitiche 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 gli indumenti indossati raramente o quelli stagionali che sono necessari solo per 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 chiamato proteomica e comporta lo studio e l'analisi di tutte le proteine presenti in una cellula, in un tessuto o in un organismo in un determinato momento.
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 può scegliere l'abbigliamento sportivo per prepararsi all'allenamento, il corpo sceglie determinate proteine per consentire gli adattamenti fisiologici all'esercizio fisico.
La proteomica ci permette di studiare la complessa interazione delle proteine nei sistemi biologici e di capire come rispondono a diversi 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. Per restare nell'analogia, studiamo quali "indumenti" vengono utilizzati 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 di visualizzare "solo" i progetti. La proteomica permette ora di ottenere una nuova prospettiva. Possiamo vedere se le proteine vengono modificate nuovamente dopo la traduzione, z.Battraverso la fosforilazione o la glicosilazione. Ciò significa che possiamo avere una visione più dettagliata dei processi della cellula. Ciò consente anche 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 sarà possibile identificare meglio nuovi biomarcatori di malattie o molecole target terapeutiche. Possiamo anche usare la proteomica per capire meglio come i farmaci agiscono sull'organismo.
La ricerca è ancora agli inizi, ma sono già in corso studi molto interessanti. In questo studio 36 persone con diverse patologie sono state analizzate 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 resistenza all'insulina mostrano una risposta alterata all'esercizio. Sono necessarie altre ricerche prima di poterne ricavare approcci terapeutici precisi, ma i risultati ottenuti finora sono già estremamente entusiasmanti.
Come si misurano le proteine?
Ci sono vari metodi per misurare le proteine. Uno spettrometro di massa è di grande importanza per la proteomica. Ma come funziona questo dispositivo?
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 ordinare 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 diventano elettricamente carichi, come quando si strofinano i palloncini sui capelli e questi si "attaccano" al muro.
Fase 3: Volo attraverso lo spettrometro di massa
I peptidi carichi vengono inviati attraverso lo 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 palline di diverse dimensioni in una galleria del vento: quelle più piccole volano più velocemente di quelle più grandi.
Fase 4: Rilevamento
Alla fine del "volo", i peptidi arrivano a un rilevatore. Il rivelatore misura la velocità di arrivo di ciascun peptide, indicandone il peso (più precisamente, il rapporto tra massa e carica). Queste informazioni vengono visualizzate 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 pezzi più piccoli, carica elettricamente questi pezzi, poi li 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 più sofisticati e meno costosi, il che ha reso 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 terapie con l'aiuto della proteomica.
