Negli ultimi anni, tra i biologi evoluzionisti c’è una linea di ricerca molto battuta: riuscire a capire le somiglianze tra tipi di cellule diverse attraverso il sequenziamento e l’identificazione cellulare di cellule appartenenti a interi organismi, in modo da capire come sono nati i tipi di cellule e come si sono adattati alle esigenze funzionali delle diverse forme di vita.
Bo Wang, assistente professore di bioingegneria alla Stanford University, e il suo team ha sviluppato un algoritmo in grado di collegare i tipi di cellule simili attraverso le “distanze evolutive”. Lo studio, pubblicato sulla rivista eLife, è progettato per confrontare cellule appartenenti a specie diverse. Il gruppo ha analizzato sette specie confrontando 21 diversi accoppiamenti cellulari ed è stato in grado di identificare i tipi di cellule presenti in tutte le specie, caratterizzandole in base alle loro somiglianze e differenze.
L’idea di creare l’algoritmo è nata in laboratorio, notando quanto fossero nette le differenze tra due tipi di cellule appartenenti a due diverse specie di vermi. “Sono rimasto molto capito da questa diversità”, spiega Alexander Tarashansky, studente laureato in bioingegneria che lavora nel laboratorio di Wang, autore principale dell’articolo, “pensavamo che le due specie avrebbero dovuto avere tipi di cellule simili, ma quando provammo ad analizzare queste cellule con le tecniche standard, non erano riconosciute come molto simili”. Gli scienziati si sono chiesti allora se ci fosse un problema con la tecnica usata e hanno quindi iniziato a lavorare su un algoritmo che confrontasse meglio i tipi di cellule delle varie specie. “Supponiamo che io voglia confrontare una spugna con un essere umano”, continua Tarashansky, “non è chiaro quale gene della spugna corrisponda a quale gene umano perché man mano che gli organismi si evolvono i geni si duplicano, cambiano, si duplicano di nuovo. E così ora hai un gene nella spugna che potrebbe essere correlato a molti geni negli umani”. Invece di cercare di trovare una corrispondenza genica uno a uno (come facevano i metodi precedenti) la nuova tecnica di mappatura elaborata dal gruppo di Wang abbina il gene nella spugna a tutti i geni umani potenzialmente corrispondenti e poi l’algoritmo procede per capire dove si trova la corrispondenza esatta. “L’innovazione principale è che teniamo conto delle caratteristiche cambiate nel corso di centinaia di milioni di anni di evoluzione per confronti a lungo termine”.
Utilizzando questo approccio nella mappatura, il team ha scoperto una serie di geni e famiglie di tipi di cellule conservate tra le specie. Punto di svolta della ricerca, il confronto tra le cellule staminali di due platelminti molto diversi. “Aver trovato corrispondenze una per una nelle popolazioni di cellule staminali esaminate è stato molto emozionante”, ha spiegato Wang, “e abbiamo svelato informazioni su come si presentano le cellule staminali all’interno parassiti di questo tipo, che infettano centinaia di milioni di persone in tutto il mondo”. I risultati della mappatura effettuata dal team suggeriscono anche che esiste una forte conservazione delle caratteristiche dei neuroni e delle cellule muscolari sia in animali molto semplici, come le spugne, sia in mammiferi più complessi, come topi e umani. “Questo suggerisce che quei tipi di cellule siano sorti molto presto nell’evoluzione animale”, ha concluso Wang.
Ora che il team ha creato uno strumento per il confronto cellulare, i ricercatori possono continuare a raccogliere dati su un’ampia varietà di specie per la loro analisi: man mano che saranno raccolti e confrontati più set di dati di più specie, i biologi saranno in grado di tracciare la “storia” dei tipi di cellule in diversi organismi e migliorerà la capacità di riconoscere nuovi tipi di cellule.
