Un motore di ricerca simile a Google dedicato all’RNA unicellulare funziona in pochi secondi
Il motore di ricerca "Malva" sarà ulteriormente sviluppato a livello commerciale come start-up
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Nikolaus Rajewsky e il suo team hanno sviluppato un motore di ricerca in grado di analizzare in pochi secondi i dati provenienti da milioni di singole cellule, raccolti nel corso di migliaia di esperimenti condotti in tutto il mondo. Lo strumento, descritto sulla rivista “Nature”, consente di rispondere a domande sulla biologia dell’RNA che prima erano impossibili da affrontare.
Immaginate se i medici avessero la possibilità di capire esattamente quali cellule abbiano causato il cancro di un paziente, o se alcuni agenti patogeni abbiano contribuito alla malattia. Potrebbero quindi utilizzare queste informazioni per elaborare un piano terapeutico su misura per il tipo specifico di tumore del paziente. Ma rispondere a tali domande significherebbe districarsi tra i dati provenienti da migliaia di esperimenti archiviati in enormi banche dati sparse in tutto il mondo. Inoltre, la ricerca richiederebbe almeno diversi giorni.
Ora, i ricercatori del Berlin Institute of Medical Systems Biology del Max Delbrück Center (MDC-BIMSB) presentano un motore di ricerca che semplifica radicalmente tali compiti: “Malva”. Si tratta della prima piattaforma in grado di vagliare rapidamente enormi quantità di dati su singole cellule utilizzando esclusivamente informazioni di sequenza, spiega Daniel León-Periñán, primo autore dello studio pubblicato su “Nature”. León-Periñán è un dottorando presso il laboratorio di Biologia dei Sistemi degli Elementi Regolatori Genici del dott. Nikolaus Rajewsky, direttore dell’MDC-BIMSB.
«Proprio come Google ha fatto per Internet 30 anni fa, Malva consente agli scienziati e agli strumenti di intelligenza artificiale di effettuare ricerche su milioni di cellule in pochi secondi — senza dover scaricare file di grandi dimensioni né necessitare di un genoma di riferimento, e senza richiedere competenze computazionali approfondite», aggiunge Rajewsky, autore senior dell’articolo. «Malva trasforma gli atlanti trascrittomici statici in risorse dinamiche, che approfondiranno la nostra comprensione della biologia dell’RNA. Potrà inoltre rivelarsi rivoluzionario nell’aiutare i ricercatori a comprendere come lo stato di salute sfoci nella malattia, oppure come e quali cellule rispondano a specifici trattamenti medici».
La necessità di uno strumento per l’analisi dei dati sull’RNA
Il sequenziamento dell’RNA a singola cellula offre ai ricercatori una visione straordinariamente dettagliata di ciò che accade all’interno delle singole cellule in un dato momento. Nell’ultimo decennio, i ricercatori di tutto il mondo hanno accumulato terabyte di dati. Ma chiunque desideri analizzarli per saperne di più su una sequenza di DNA o RNA di interesse deve affrontare molteplici ostacoli. Dovrebbe scaricare e rielaborare petabyte di file grezzi, cosa che nessun singolo laboratorio è in grado di fare, e capire come standardizzare dati provenienti da fonti diverse.
Inoltre, a causa del modo in cui i dati sono indicizzati, le informazioni sulle isoforme dell’RNA — le molteplici varianti di RNA codificate dallo stesso gene — sono estremamente limitate.
Per semplificare il compito e ampliare la gamma di domande a cui i dati possono rispondere, León-Periñán e il coautore principale, il dott. Nikos Karaiskos, anch’egli del laboratorio Rajewsky, hanno rielaborato i dati provenienti da archivi pubblici rendendoli ricercabili in base alla sequenza nucleotidica. Inoltre, Malva indicizza i dati spaziali, consentendo ai ricercatori di individuarein quale puntodi una sezione tissutale si trovi un particolare RNA.
Malva è progettato per espandersi continuamente. Ogni volta che nella letteratura vengono resi disponibili nuovi dati sull’RNA a singola cellula, questi vengono scaricati su un server situato presso il Centro Max Delbrück, elaborati e aggiunti ai dati esistenti.
Ampia applicabilità
Gli scenari di utilizzo sono innumerevoli, afferma Karaiskos. «Possono spaziare da domande molto semplici, come: “In quale tipo di cellula si esprime questo particolare gene?”, a domande molto più complesse».
Anche altre piattaforme possono essere utilizzate per rispondere a domande semplici, aggiunge Karaiskos. Tuttavia, non sono in grado, ad esempio, di rispondere a domande relative alla biologia dell’RNA. Questo perché le isoforme dell’RNA non sono indicizzate individualmente rispetto a un gene di riferimento, ma vengono trattate come un’unica entità. Ciò rende impossibile distinguere se una particolare isoforma di RNA sia espressa in un tipo cellulare specifico, spiega. «La flessibilità di effettuare ricerche in base alla sequenza dell’RNA in Malva ci offre la possibilità di rispondere a domande basate su questi dati a cui prima non era possibile dare una risposta».
Inoltre, poiché queste piattaforme mappano i propri dati su un genoma di riferimento — che è un insieme composito di pochi campioni individuali di DNA umano — chiunque cerchi informazioni sull’RNA prodotto da varianti geniche rare o uniche potrebbe non trovare molto. Malva, d’altra parte, consente l’accesso a un set di dati sull’RNA molto più diversificato.
La piattaforma Malva include anche informazioni sulle sequenze di diverse specie, tra cui batteri, virus e funghi. In questo modo, i ricercatori possono studiare in che modo questi microrganismi influenzano le cellule umane e causano malattie.
La piattaforma è attualmente disponibile gratuitamente per gli scienziati. I tre ricercatori sono nelle fasi iniziali della creazione di una start-up per rendere Malva disponibile sul mercato. È in attesa di brevetto la tecnologia alla base del progetto.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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