Nel 1665 il termine “cellula” fu utilizzato per la prima volta da Robert Hooke per individuare delle sezioni discrete di un frammento di sughero, osservato attraverso uno dei primi rudimentali microscopi.
Ma si dovette arrivare al 1838, allorché Matthias Schleiden e Theodor Schwann illustrarono la teoria cellulare in cui sostenevano che le unità di base degli organismi viventi erano le cellule, contenenti un nucleo, decretando, in tal modo, la nascita formale della citologia.
Nel corso del Novecento, con lo sviluppo dei sistemi di indagine molecolare e l’adozione di tecniche di colorazione, l’osservazione microscopica della cellula è stata man mano affiancata da tecnologie di analisi più raffinate, svolte sia a livello di molecole che di macromolecole.
Cosa è l’analisi cellulare
La sintesi tra biologia cellulare, biologia molecolare e biochimica, è in grado di fornire interpretazioni più precise e rispondenti sia della microstruttura della cellula che dei processi che vi avvengono.
Il continuo progredire delle teorie e degli strumenti di indagine hanno definitivamente ridisegnato il volto della biologia cellulare, aprendo prospettive un tempo forse solo immaginabili, grazie all’integrazione, nell’analisi cellulare, dello studio della genomica, della trascrittomica, della proteomica, della metabolomica e delle interazioni intercellulari:
- la genomica è una branca della biologia molecolare e si occupa, in particolare, del sequenziamento completo del genoma degli organismi viventi, nonché della struttura, del contenuto, della funzione e della evoluzione del genoma medesimo. Necessita dell’integrazione con la bioinformatica al fine di poter elaborare e razionalizzare la rappresentazione e la catalogazione sistematica dell’enorme quantità di dati che produce;
- la proteomica studia la conoscenza di tutte le possibili forme che le proteine possono assumere, e utilizza tecnologie di analisi che consentono la produzione massiva di dati utili per la descrizione e l’interpretazione del sistema biologico. Se il genomaè la mappa comprendente tutti i geni di una cellula, il proteoma ne rappresenta il corredo proteico. Mentre il numero di geni di una cellula resta invariato e statico, l’insieme delle proteine in essa contenute è invece estremamente vario e dinamico in funzione delle varie parti, delle fasi del ciclo di vita delle cellule e anche della variabilità delle condizioni ambientali.
- la trascrittomica è la disciplina che studia l’insieme completo dei trascritti degli RNA messaggeri in uno specifico tipo di cellula, insieme chiamato anche trascrittoma. In biologia la trascrizione è il primo e fondamentale passaggio normativo dell’espressione genica. La trascrittomica, che è diventata una branca fondamentale della ricerca biologica, mira principalmente a catalogare tutte le specie di trascritti, a determinare la struttura trascrizionale dei geni e a quantificare i mutevoli livelli di espressione di ogni trascrizione. L’analisi del trascrittoma non solo aiuta a spiegare l’incoerenza tra numero di geni codificanti e numero di proteine prodotte, ma è anche il punto di partenza per lo studio della regolazione traslazionale.
- la metabolomica è la disciplina scientifica che si occupa di identificare gli specifici metabolomi che descrivono i singoli processi biologici e raggruppano univocamente l’insieme di metaboliti (molecole a basso peso molecolare) prodotti durante un determinato metabolismo a livello cellulare, tissutale o sistemico. La metabolomica si posiziona alla base di una piramide al cui vertice troviamo la genomica, a seguire la trascrittomicae, quindi, la proteomica. La metabolomica completa l’analisi verticale di un determinato processo biologico identificando i prodotti chimici, i metaboliti, a valle di un determinato quadro genetico.
Poiché i gruppi di cellule eucariotiche e di quelle procariotiche hanno dimostrato di essere fortemente eterogenee, isolare una singola cellula da analizzare consente di scoprire processi cellulari non rilevabili quando si studia una intera popolazione di cellule contemporaneamente: così avviene, ad esempio, con la fluorescenza FACS o, al contrario, con le tecnologie di partizionamento di singole cellule ad alto rendimento, con cui si può effettuare l’analisi molecolare simultanea di centinaia o migliaia di celle singole non ordinate, al fine di definire, con l’analisi della variazione del trascrittoma in cellule genotipicamente identiche, sottotipi cellulari altrimenti non rilevabili.
Lo sviluppo di nuove tecnologie di analisi cellulare sta aumentando la nostra capacità di analizzare il genoma e il trascrittoma di singole cellule, nonché di quantificare il loro proteoma e il metaboloma.
