Gli scienziati scoprono nuovi collegamenti tra geni e malattie nel nostro sangue

Un prelievo di sangue è uno dei test clinici più banali. Può anche essere una stele di Rosetta per decodificare le informazioni genetiche e collegare gli errori di battitura del DNA alla salute e alla malattia.

Questa settimana, tre studi in Natura focalizzato sulla componente acquosa del sangue, chiamata plasma, come traduttore tra geni e funzioni corporee. Privo di cellule del sangue, il plasma è di colore giallastro e racchiude migliaia di proteine ​​che turbinano nel flusso sanguigno. Le proteine ​​plasmatiche innescano una miriade di processi biologici: modificano le risposte immunitarie, alterano il metabolismo e persino stimolano, o ostacolano, nuove connessioni nel cervello.

Sono anche un ponte tra la nostra genetica e la salute.

Da allora prima mappare il genoma umano, gli scienziati hanno cercato di collegare gli errori di battitura genetici alla salute e alla malattia. È un problema difficile. Alcuni dei nostri problemi di salute più preoccupanti – cancro, malattie cardiache e vascolari, demenza e altri disturbi cerebrali – sono influenzati da più geni che lavorano in concerto. Dieta, esercizio fisico e altri fattori legati allo stile di vita confondono le connessioni gene-corpo.

I nuovi studi hanno attinto alla Biobank del Regno Unito, un database completo contenente campioni di plasma di oltre 500,000 persone insieme ai loro dati sanitari e genetici.

La ricerca ha trovato molteplici “firme” proteiche nel plasma che si mappavano su parti specifiche del codice genetico, ad esempio rare modifiche delle lettere del DNA che in precedenza erano difficili da catturare. Scavando più a fondo, diverse firme di proteine ​​plasmatiche riflettevano cambiamenti genetici collegati alla malattia del fegato grasso. Altre associazioni tra gene e plasma predicevano il gruppo sanguigno, la salute dell’intestino e altri tratti fisici.

Questi esempi di prova di concetto possono portare a nuove scoperte mediche. Il plasma è facilmente ottenibile attraverso un prelievo di sangue. Come traduttore tra profili genetici e fisici, le loro firme proteiche possono potenzialmente informare nuovi farmaci, diagnosi o trattamenti.

Per essere molto chiari: i tre studi provengono da una coalizione inaspettata: 13 aziende biofarmaceutiche che lavorano insieme in un patto precompetitivo. L'arrangiamento è esattamente quello che sembra. Invece di competere l’una contro l’altra, le aziende condividono i risultati per risolvere uno dei misteri biologici più difficili: in che modo i geni, con una forte dose di influenze ambientali, ci rendono ciò che siamo.

Nemici farmaceutici

Nel 2020, alcune delle aziende farmaceutiche più influenti del mondo hanno stretto un patto per collaborare su un unico progetto: Progetto di proteomica farmaceutica.

Il Biobanca britannica, una delle risorse biomediche più grandi e complete al mondo, ne è stato l'organizzatore principale. Lanciata per la prima volta nel 2006, la biobanca è diventata un enorme database: finora si sono iscritti oltre mezzo milione di partecipanti nel Regno Unito, comprese persone di diverse etnie. Il database contiene informazioni biografiche (età, sesso e stato di salute) e misure più approfondite come scansioni cerebrali, sequenze genetiche ed esami del sangue.

Questi non sono solo esami del sangue clinici per controllare i livelli di minerali o ormoni. Utilizzando campioni di sangue, la Biobanca ha un profilo completo delle proteine ​​plasmatiche di ciascun partecipante.

Negli ultimi anni, con il consenso dei volontari, la Biobanca ha rilasciato il proprio set di dati agli scienziati. Tutti i dati genetici sono stati privati ​​di informazioni che potevano risalire a qualsiasi volontario.

L’enorme set di dati ha attirato l’attenzione delle grandi aziende farmaceutiche. Le proteine ​​plasmatiche sono facili da raccogliere e analizzare, il che le rende perfette per la diagnosi delle malattie. Decifrare il modo in cui funzionano nel corpo potrebbe anche aiutare i ricercatori a scoprire potenziali bersagli delle malattie.

La dottoressa Naomi Allen, capo scienziato della Biobanca britannica, è d'accordo. "Misurare i livelli di proteine ​​nel sangue è fondamentale per comprendere il legame tra fattori genetici e lo sviluppo di malattie comuni potenzialmente letali", ha affermato. disse quando il progetto è stato lanciato nel 2020.

“Con dati su genetica, imaging, fattori legati allo stile di vita e risultati sulla salute nel corso di molti anni, questo sarà il più grande studio sulla proteomica [una raccolta di tutte le proteine] al mondo ad essere condiviso come risorsa scientifica globale”.

Un collegamento dannatamente buono

Il consorzio ha dato i suoi frutti.

In uno studio, da parte di Biogen e collaboratori, il team ha compiuto un primo passo verso il collegamento della diversità genetica allo stato di salute.

Ogni essere umano condivide geni simili, ma questi geni variano nella loro precisa grafia. Uno scambio di DNA di una sola lettera può portare a malattie ereditarie, come l’anemia falciforme. Altre volte, un gene si copia quando non dovrebbe causare problemi neurologici mortali come la malattia di Huntington.

Tuttavia, il modo in cui la maggior parte degli errori genetici contribuisce alla salute rimane in gran parte un mistero.

Qui, il team ha analizzato quasi 3,000 proteine ​​plasmatiche di 54,219 partecipanti alla Biobanca britannica insieme ai loro profili genetici. Le proteine ​​sono state selezionate per catturare al meglio lo stato di salute generale di una persona, compresa la salute del cuore, il metabolismo, l’infiammazione, la funzione cerebrale ed eventuali indicatori di cancro.

Nel complesso, hanno portato alla luce circa 16 milioni di scambi di lettere del DNA a lettera singola che corrispondevano a più di 3,700 posizioni diverse nel genoma. Chiamati “loci genomici”, questi siti sono estremamente preziosi per collegare i dati genetici alle proteine ​​associate alle malattie. Rispetto agli studi precedenti, l’81% di queste associazioni gene-proteine ​​sono nuove.

Nel frattempo, le proteine ​​plasmatiche formavano una sorta di “impronta digitale”, consentendo agli scienziati di prevedere l’età, il sesso, l’indice di massa corporea, i gruppi sanguigni e persino le funzioni renali ed epatiche di una persona.

In un test utilizzando l’impronta digitale del plasma, il team ha scoperto una rete genetica che potenzia la funzione delle cellule immunitarie. Altri test hanno scoperto un collegamento interessante tra il gruppo sanguigno e la salute dell’intestino e hanno decodificato il modo in cui le variazioni genetiche influenzano le risposte immunitarie in persone diverse.

In altre parole, il team ha costruito un atlante genetico che mappa l’universo delle proteine ​​plasmatiche.

Scambi genetici rari e ascendenza più ampia

Un altro studio chiamava lo schermo plasma-genetico con il suo nome: proteogenomica.

Guidato da AstraZeneca, il team ha estratto dallo stesso set di dati della biobanca varianti genetiche rare collegate a cambiamenti nelle proteine ​​plasmatiche e alle malattie. L’integrazione dei due potrebbe aiutare a risolvere “meccanismi della malattia, identificare biomarcatori clinici e scoprire bersagli farmacologici”, ha affermato il team.

Analizzando la biobanca, hanno trovato oltre 5,400 rare associazioni tra geni e firme delle proteine ​​plasmatiche. In un primo momento Torsione di Halloween, due geni si sono distinti in particolare: STAB1 e STAB2. Normalmente ritenuti coinvolti nell'eliminazione delle vecchie proteine ​​plasmatiche, i geni sono sorprendentemente associati anche a dozzine di partner proteici, suggerendo che abbiano altri ruoli.

"La cosa interessante di questa ricerca è che ora siamo in grado di collegare queste varianti genetiche rare ad alto impatto agli effetti sul proteoma del plasma umano", ha affermato l'autore dello studio, il dottor Slavé Petrovski di AstraZeneca e dell'Università di Melbourne.

La coalizione ha inoltre rafforzato la diversità genetica nella ricerca. La maggior parte degli studi che associano i geni alle malattie si basano su persone di origine europea.

Qui, il terzo studio si è concentrato sui partecipanti alla biobanca di origini britanniche o irlandesi, africane e dell’Asia meridionale per rivelare “punti caldi” genetici. Hanno poi confrontato questi dati con un set di dati precedentemente raccolto da una popolazione islandese. Esiste una “modesta correlazione” disse il team, aggiungendo che le differenze tecnologiche potrebbero aver alterato i risultati, qualcosa da considerare in futuro.

Collegare i geni alle proteine ​​alla salute è sempre stato un gioco difficile del telefono biomedico. Con le proteine ​​plasmatiche come guida, potremmo avere un mezzo per collegare la genetica alla salute e alla malattia. Il consorzio ha raccolto tutti i dati disponibile pubblicamente affinché altri gruppi di ricerca possano esplorarli.

Immagine di credito: National Institutes of Health

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• Fonte: https://singularityhub.com/2023/10/06/scientists-unearth-brand-new-links-between-genes-and-disease-in-our-blood/