Worms as a model for personalized medicine

elegans visti al microscopio. Credito: Credito immagine: Bingsen Zhang.

Progettare la dieta o i farmaci di una persona in base al loro genoma è stato un obiettivo della comunità medica per decenni, ma la strategia non ha avuto molto successo perché le persone metabolizzano le sostanze chimiche in modo diverso. Il farmaco può funzionare in modo diverso per due pazienti perché hanno un metabolismo diverso, che può essere il risultato di differenze genetiche, ambientali o batteriche.

I ricercatori del laboratorio BTI, il professor Frank Schroeder e colleghi, hanno utilizzato un semplice nematode, Caenorhabditis elegans, come modello sperimentale tracciabile che può collegare le differenze nei genomi alle differenze nel metabolismo. L'opera è stata pubblicata in temperare la natura Il 6 luglio.

"Gli individui hanno un metabolismo diverso e questo è importante per il modo in cui diete, malattie e farmaci diversi ci influenzano", ha affermato Schroeder, coautore della ricerca. "Devi sapere come personalizzare le raccomandazioni biomediche per persone diverse in base al metabolismo individuale".

Schroeder, che è anche professore presso il Dipartimento di Chimica e Biologia Chimica della Cornell University, afferma che comprendere il metabolismo di una persona in base al suo genoma è molto difficile perché uno studio umano non può mai essere replicato per confermare o confutare i risultati.

"Se raccogli dati da una persona, non hai l'opportunità di sperimentare un altro individuo con lo stesso background genetico, età, microbioma ed esposizione ambientale", ha detto Schroeder. "Questo rende molto difficile rivelare quali tratti genetici sono responsabili delle varie varianti metaboliche".

Il nematode C. elegans è adatto a questo lavoro perché il suo metabolismo è sorprendentemente simile a quello degli esseri umani e sono ermafroditi autofecondanti, consentendo ai ricercatori di ottenere migliaia di vermi con genomi identici.

"Ogni ceppo di C. elegans può essere considerato un individuo unico", ha affermato Bennett Fox, uno scienziato post-dottorato nel laboratorio di Schroeder e primo autore del documento di ricerca. "Un altro grande vantaggio è la facilità di modifica del genoma in C. elegans, che ci ha permesso di condurre esperimenti diretti con ceppi geneticamente modificati e testare le nostre ipotesi su animali vivi".

I vermi come modello per la medicina personalizzata
Frank Schroeder studia al microscopio alcuni nematodi, Caenorhabditis elegans. Credito: Credito immagine: The Boyce Thompson Institute.

I ricercatori hanno studiato quattro ceppi "individuali" di vermi: un ceppo di laboratorio standard, due ceppi selvatici delle Hawaii e un ceppo selvatico di Taiwan. Gli animali sono stati allevati in condizioni standard allo stesso stadio di sviluppo.

"Abbiamo eseguito un'analisi non target utilizzando la spettrometria di massa ad alta risoluzione e osservato più di 20.000 metaboliti unici, la maggior parte dei quali sono ancora sconosciuti", ha affermato Fox. "È stato particolarmente emozionante trovare metaboliti specifici del ceppo, composti che erano altamente arricchiti o impoveriti in un ceppo rispetto agli altri tre".

I ricercatori hanno concentrato i loro sforzi su un gruppo di composti precedentemente sconosciuti che hanno dimostrato di essere coniugati tra 3-idrossipropionato (3HP) e diversi aminoacidi (3HP-AA). 3HP è tossico ad alti livelli e di solito viene metabolizzato da un enzima chiamato HPHD-1.

In un ceppo selvatico di C. elegans, il team ha trovato una mutazione nel gene che codifica per HPHD-1 che ha provocato un enzima a funzione ridotta. In risposta a una mutazione della reduttasi, questo ceppo ha aumentato la produzione di 3HP-AA, che i ricercatori hanno ipotizzato rappresentare un meccanismo di disintossicazione.

"Abbiamo mostrato un modo in cui le varianti genetiche possono sembrare coinvolte nelle differenze nel metabolismo", ha detto Schroeder. "E ora possiamo cercare varianti simili o simili negli esseri umani".

"Abbiamo mostrato come rivelare le basi genetiche della variazione interindividuale nel metabolismo e questo potrebbe aiutare il campo della medicina personalizzata a mantenere le sue promesse", ha aggiunto Schroeder.

Il laboratorio di Schroeder, specializzato in biochimica e identificazione di metaboliti sconosciuti, ha collaborato con il Walhout Laboratory (biologia dei sistemi e metabolismo) presso la University of Massachusetts Medical School e con l'Andersen Laboratory (variazione naturale, genetica quantitativa) presso la Northwestern University. È stata la sinergia unica e gli interessi complementari dei tre laboratori che hanno portato a questo importante passo avanti per la modellazione metabolica in individui diversi.


I ricercatori hanno sviluppato C. elegans come modello per studiare le differenze metaboliche tra gli individui

maggiori informazioni: Bennett W. Fox et al., C. elegans come modello per la variabilità interindividuale nel metabolismo, temperare la natura (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04951-3
Inserito dal Boyce Thomson Institute

la citazione: Worms as a Model for Customized Medicine (2022, 20 luglio) Estratto il 20 luglio 2022 da https://phys.org/news/2022-07-worms-personalized-medicine.html

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