Tradurre megadati metabolomici in conoscenze molecolari
La metabolomica è complementare a genomica, trascrittomica e proteomica, dal momento che fornisce informazioni sui processi biochimici e svela i contributi dei fattori non genetici, quali ad esempio l’ambiente, la dieta o il microbioma. Nella metabolomica spaziale, la sfida è quella di localizzare centinaia di metaboliti con una risoluzione cellulare e subcellulare. Un motore bioinformatico open source I recenti progressi tecnologici nel campo dell’imaging con spettrometria di massa a elevata risoluzione di massa hanno reso possibile l’imaging di metaboliti in sezioni di tessuto biologico. Tuttavia, la mancanza di metodi bioinformatici per l’interpretazione molecolare dei dati della metabolomica spaziale rappresenta un grave punto di strozzatura. Per affrontare questa situazione, gli scienziati del progetto METASPACE (Bioinformatics for spatial metabolomics), finanziato dall’UE, hanno sviluppato una piattaforma online comune e aperta che ha integrato strumenti bioinformatici in flussi di lavoro convalidati per l’uso clinico. «Il nostro obiettivo finale era quello di generare un ecosistema di ricerca per sfruttare i dati della metabolomica spaziale che fosse vantaggioso sia per il mondo accademico che per quello industriale», spiega il dott. Theodore Alexandrov, il coordinatore del progetto. METASPACE ha sviluppato algoritmi per l’annotazione putativa ad alto volume di centinaia di metaboliti, incluso un nuovo punteggio per quantificare se un metabolita è presente nelle cellule di una sezione di tessuto. Per esempio, esso è in grado di trovare oncometaboliti nella sezione di un tumore o farmaci somministrati nella corteccia renale e lì metabolizzati. Questi algoritmi sono stati applicati come cloud software con una interfaccia facile da usare. La squadra scientifica ha coinvolto la comunità scientifica in Europa e nel mondo, che ha fornito oltre 3 000 set di dati pubblici nel più grande sforzo di condivisione dei dati nel campo della metabolomica spaziale. La squadra di METASPACE ha valutato il motore in un caso di studio clinico relativo al carcinoma dell’esofago, oltre che in applicazioni per lo sviluppo di farmaci nella R&S farmaceutica. L’uso di tecnologie cloud ha reso possibile l’elaborazione di oltre 50 TB di dati grezzi. Il futuro di METASPACE METASPACE viene già usato da oltre 200 scienziati in più di 70 laboratori in tutto il mondo. Il suo account twitter diffonde attivamente le notizie e coinvolge la comunità con più di 400 follower. Il dott. Alexandrov ammette che «questo progetto ha trasformato la mia visione della scienza moderna e del suo impatto. È stato molto stimolante vedere la comunità scientifica mettersi d’accordo e condividere i propri dati, andando a creare una grande base di conoscenze pubblica di metabolomi spaziali». Collettivamente, le informazioni riguardanti i metaboliti individuati nelle sezioni di tessuto provenienti da modelli animali e campioni umani clinici gettano le basi per ulteriori ricerche nel campo della metabolomica spaziale e per affrontare importanti questioni biomediche. Il crescente bisogno di annotazione dei metaboliti sottolinea l’impatto del progetto, in particolare per quanto riguarda i metabolomi associati a malattie. Ma soprattutto, la piattaforma consente a biologi o specialisti clinici senza esperienza nel campo della spettrometria di massa o della bioinformatica di tradurre dati complessi in conoscenze molecolari. Fin dall’inizio, METASPACE è stato concepito come un progetto open source e ad accesso aperto. L’obiettivo era quello di stimolare lo sviluppo sostenibile in questo campo con una piattaforma capace di incorporare algoritmi, software e servizi futuri. Gli sforzi di divulgazione hanno portato alla collaborazione in METACELL, finanziato da una sovvenzione di consolidamento del CER, dove la piattaforma di METASPACE verrà usata per il rilevamento di metaboliti cellulari. Il motore verrà anche utilizzato quale banco di prova nel progetto UE TIC CloudButton per lo sviluppo di nuove tecnologie cloud. Da una prospettiva industriale, vi sono grandi possibilità che la piattaforma di METASPACE venga incorporata nei flussi di lavoro relativi alla scoperta e alla prova dei farmaci delle grandi case farmaceutiche. Guardando al futuro, il dott. Alexandrov è sicuro che «METASPACE faciliterà le future scoperte biomediche, supporterà terapie efficienti e guiderà l’innovazione, creando così nuove opportunità di R&S in Europa».
Parole chiave
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