Riassunto
La Metabolomica è stata indicata come una delle
nuove discipline "omiche" nell'approccio
olistico dello studio dei sistemi biologici integrati,che
si unisce alla genomica,alla trascrittomica ed alla
proteomica.In questo articolo viene descritta l'evoluzione
dall'approccio riduzionistico di Cartesio a quello
olistico. Vengono brevemente discusse le nuove eccitanti
prospettive nelle ricerche biologiche ma vengono prese
in considerazione anche i problemi aperti .
Stiamo vivendo un notevole cambiamento nello studio
dei sistemi biologici,nel quale il dominante approccio
riduzionista viene integrato in uno olistico.
Siamo nel tempo delle discipline olistiche e dei net-works.
Cartesio può essere considerato il padre del
metodo riduzionistico quando parlava di " una
completamente nuova scienza in grado di risolvere
in modo generale tutti i problemi di quantità,continue
o discontinue" "(Lettera ad Isaac Beckman,1619).
Per Cartesio l'Universo come una macchina cosmica
consisteva di parti elementari separate. Il modello
di Cartesio era l'orologio meccanico. Anche il mondo
è come un orologio gigante ed" i complessi
fenomeni possono sempre essere interpretati riconducendoli
ai loro elementi di base e considerando i meccanismi
attraverso i quali questi interagiscono e si dispongono
nel loro ordine logico.Il metodo analitico di Cartesio
è diventato una caratteristica essenziale della
scienza moderna e si è rivelato estremamente
utile nello sviluppo della conoscenza scientifica
e delle teorie, e dal diciassettesimo secolo,partendo
dalla Fisica,considerata come la scienza esatta,questo
metodo è diventato il modello per tutte le
altre discipline fino ai nostri giorni.
Anche i sistemi viventi sono comparati ad atomi intelligenti,la
cui auto-organizzazione e funzionamento dipende e
può essere dedotto dalle proprietà dei
loro costituenti. Con lo sviluppo della Biochimica
e l'affermazione che tutte le proprietà e funzioni
degli organismi viventi potrebbero essere spiegate
con le stesse Leggi della Termodinamica e della Cinetica
che governano il mondo non-vivente, Jacques Loeb nel"Concezione
Meccanicistica della vita (1912) " scriveva:
- Gli organismi viventi sono macchine chimiche, che
posseggono la peculiarità di preservarsi e
di riprodursi". In tal modo veniva spiegato il
funzionamento di queste "macchine"in termini
dei loro elementi di base.La frammentazione tipica
del riduzionismo nella scienza è stata la base
della Biologia Molecolare nello scorso secolo. Nel
ventesimo secolo tuttavia la Fisica si è evoluta
attraverso alcune rivoluzioni concettuali che chiaramente
mettevano in evidenza le limitazioni della visione
meccanicistica del mondo. L' Universo non è
più considerato come una macchina fatta di
una moltitudine di oggetti separati, ma si mostra
come un tutto armonioso ed indivisibile, una rete
di relazioni dinamiche che includono anche l'osservatore
e la sua conoscenza in maniera essenziale. Bohr scriveva
"Particelle materiali isolate sono astrazioni,le
loro proprietà definibili ed osservabili soltanto
attraverso le loro interazioni con altri sistemi"(Atomic
Theory and the description of Nature,1934). Questo
potrebbe essere considerato come il primo passo verso
una Teoria generale dei sistemi.
Per quanto riguarda i sistemi biologici,quantunque
l'approccio riduzionistico ha avuto enormi successi
che sono culminati in straordinari risultati come
la comprensione della nature chimica dei geni,le unità
di base dell'eredità,e nella scoperta del codice
genetico,tuttavia presenta severi limiti. Nelle recenti
decadi si è realizzato che questo approccio
può dare solo una parziale valutazione ed una
solo possibile predizione dell'evoluzione integrale
dei sistemi biologici e/o la loro risposta ad input
Chimici e fisici come pure a variazioni genetiche.
Come l'eminente biologo Paul Weiss osservava :"sulla
base di investigazioni strettamente empiriche,che
invertendo la nostra precedente dissezione analitica
dell'universo mettendo insieme di nuovo i pezzi,nella
realtà come pure nella nostra mente,non si
può avere una completa spiegazione del funzionamento
neppure del più semplice sistema vivente "(The
Science of life, 1973).
Altri esimi scienziati del nostro tempo hanno realizzato
i limiti del metodo riduzionistico. Per esempio in
una lettera a Francis Crick, Sidney Brenner metteva
in evidenza i limiti della biologia molecolare nel
tentare di comprendere le basi di fenomeni biologici:
"Per certi versi,tu potresti dire che tutto il
lavoro di genetica e di biologia molecolare degli
ultimi sessanta anni potrebbe essere considerato come
un lungo interludio. Ora che il programma è
stato completato dobbiamo tornare ai problemi rimasti
irrisolti"(1973).
Quando i Ricercatori riducono un tutto integrato agli
elementi fondamentali siano esse cellule, geni, o
particelle elementari e tentano di spiegare il loro
funzionamento in termini di caratteristiche degli
elementi costituenti separati, si perde la possibilità
di comprendere le attività di auto-organizzazione
dell'intero sistema, in altre parole le proprietà
emergenti caratteristiche dei sistemi complessi come
quelli biologici.
Così le ricerche sui sistemi biologici sono
negli ultimi tempi legate alle discipline "omiche"
come la gnomica, la trascrittomica, la proteomica
e più recentemente la metabolomica. La descrizione
del network cellulare che i dati omici forniscono
per un dato tempo e/o per una data condizione possono
essere classificati in tre grandi categorie:componenti,
interazioni e stati funzionali.
-I dati relativi ai componenti danno informazioni
che riguardano il contenuto molecolare specifico della
cellula o dei sistemi.
-I dati relativi alle interazioni specificano la connessione
che esiste tra le diverse specie molecolari.
-I dati relativi agli stati funzionali rivelano il
comportamento completo o fenotipo della cellula o
dei sistemi.
Solo l'integrazione dei dati relativi a queste categorie
possono dare un avanzamento della conoscenza delle
relazioni tra struttura, funzione e regolazione nel
network cellulare complesso che rimane una questione
aperta.
Vi è quindi un generale accordo sulla necessità
di integrare i risultati derivanti dalle discipline
omiche in un approccio di sistema per comprendere
come i sistemi cellulari e multicellulari funzionano.
