Immaginate se i medici avessero la possibilità di capire esattamente quali cellule hanno causato il cancro di un paziente, o se agenti patogeni hanno contribuito alla malattia. Potrebbero quindi utilizzare queste informazioni per personalizzare un piano di trattamento specifico per il tumore di quel paziente. Ma rispondere a domande del genere significherebbe setacciare i dati di migliaia di esperimenti custoditi in enormi database in tutto il mondo. Inoltre, la ricerca richiederebbe almeno diversi giorni.
Ora, i ricercatori dell’Istituto di Biologia dei Sistemi Medici di Berlino del Centro Max Delbrück (MDC-BIMSB) presentano un motore di ricerca che semplifica radicalmente questo tipo di operazioni: “Malva”. Si tratta della prima piattaforma in grado di analizzare rapidamente enormi quantità di dati provenienti da 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 permette a scienziati e strumenti di intelligenza artificiale di effettuare ricerche su milioni di cellule in pochi secondi, senza dover scaricare file enormi o avere bisogno di un genoma di riferimento, e senza richiedere competenze informatiche 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 la salute si trasformi in malattia, o come e quali cellule rispondano a specifici trattamenti medici.”
La necessità di uno strumento per la ricerca di dati 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. Tuttavia, chiunque desideri analizzarli per saperne di più su una sequenza di DNA o RNA di interesse si trova di fronte a molteplici ostacoli. Dovrebbe scaricare e rielaborare petabyte di file grezzi, cosa che nessun singolo laboratorio è in grado di fare, e trovare un modo per standardizzare i dati provenienti da fonti diverse.
Inoltre, a causa del modo in cui i dati sono indicizzati, le informazioni sulle isoforme di RNA – varianti multiple di RNA codificate dallo stesso gene – sono estremamente limitate.
Per semplificare il compito ed espandere le tipologie di domande a cui i dati possono rispondere, León-Periñán e il co-primo autore Dr. Nikos Karaiskos, anch’egli del laboratorio di Rajewsky, hanno rielaborato i dati provenienti da repository pubblici e li hanno resi ricercabili tramite sequenza nucleotidica. Malva indicizza anche i dati spaziali, in modo che i ricercatori possano individuare anche la posizione di un particolare RNA all’interno di una sezione di tessuto.
Malva è progettato per espandersi continuamente. Ogni volta che nuovi dati sull’RNA di singole cellule vengono pubblicati in letteratura, vengono scaricati su un server situato presso il Centro Max Delbrück, elaborati e aggiunti ai dati esistenti.
Ampia applicazione
Esistono innumerevoli scenari di utilizzo, afferma Karaiskos. “Possono variare da quelli molto semplici, come: ‘In quale tipo di cellula viene espresso questo particolare gene?’ a quelli molto più complessi.”
Altre piattaforme possono essere utilizzate anche per rispondere a domande semplici, aggiunge Karaiskos. Ma non possono, ad esempio, rispondere a domande sulla biologia dell’RNA. Questo perché le isoforme di RNA non sono indicizzate singolarmente 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 determinato tipo di cellula, afferma. “Avere la flessibilità di effettuare ricerche in base alla sequenza di RNA in Malva ci offre la possibilità di rispondere a domande su questi dati che prima non potevano essere risolte.”
Inoltre, poiché queste piattaforme mappano i loro dati su un genoma di riferimento, che è una combinazione 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’altro canto, consente l’accesso a un set di dati di RNA molto più diversificato.
La piattaforma Malva include anche informazioni di sequenza provenienti da diverse specie, tra cui batteri, virus e funghi. In questo modo, i ricercatori possono studiare come 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 del lancio di una start-up per rendere Malva disponibile commercialmente. È in corso la procedura di richiesta di brevetto per la tecnologia.
Centro Max Delbrück
Il Centro Max Delbrück per la Medicina Molecolare dell’Associazione Helmholtz getta le basi per la medicina del futuro attraverso le scoperte di oggi. Nelle sedi di Berlino-Buch, Berlino-Mitte, Heidelberg e Mannheim, team interdisciplinari studiano la complessità delle malattie a livello di sistema, dalle molecole e cellule agli organi e agli organismi interi. Insieme a partner accademici, clinici e industriali, e nell’ambito di reti globali, trasformiamo le conoscenze biologiche in innovazioni per la diagnosi precoce, le terapie personalizzate e la prevenzione delle malattie. Fondato nel 1992, il Centro Max Delbrück ospita una vivace comunità di ricerca internazionale di circa 1.800 persone provenienti da oltre 70 paesi. Siamo finanziati al 90% dal governo federale tedesco e al 10% dallo stato di Berlino.
Nature: “Ultrafast and reference-free sequence discovery in single-cell data”. DOI: 10.1038/s41586-026-10975-w