Medicina genomica: successi, sfide e opportunità (Parte 1 – Le tecnologie)

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ResearchBlogging.orgRecentemente mi sono imbattuto in una bellissima review pubblicata su Science Translational Medicine dal titolo eloquente: Genomic Medicine: A Decade of Successes, Challenges and Opportunities. Si dà il caso, infatti, che quest’anno si celebrino i 10 anni dal completamento ufficiale del sequenziamento del genoma umano. Gli autori della review hanno fatto un lavoro straordinario, spulciando la letteratura scientifica per mettere insieme in modo organico i risultati conseguiti in questi anni grazie alla genomica, e presentare le sfide che dovremo affrontare negli anni a venire. La rassegna è davvero imponente (basti pensare che nella bibliografia appaiono 169 articoli), perciò ho pensato di commentarla per voi un pezzo alla volta. Se avrete la pazienza di seguirmi, nel giro di poche settimane avrete un quadro completo e dettagliato di quello che la medicina è riuscita a fare grazie alla ricerca genomica.

La prima cosa che dobbiamo tenere bene a mente quando si parla di rivoluzione genomica è che, grazie ad essa, la medicina ha cambiato completamente il suo approccio diagnostico-terapeutico. La ricerca medico-scientifica aveva permesso di conseguire risultati straordinari anche prima del 2000, ma le diagnosi e le terapie erano le stesse per tutti. La definizione stessa di malattia dipendeva dalla localizzazione anatomica del disturbo e dai sintomi clinici che il paziente manifestava: una volta individuato il problema, si procedeva alla somministrazione di una cura “one-size fits all”. Oggi, le cose stanno cambiando: la medicina sta diventando sempre più personalizzata, e le malattie sono caratterizzate a livello molecolare. Questa cosa è particolarmente evidente in oncologia, dove si iniziano a curare con lo stesso farmaco tumori di organi diversi, proprio perché a livello genomico i due presentano le stesse alterazioni.

Questa rivoluzione non sarebbe stata possibile senza le innovazioni tecnologiche che hanno caratterizzato l’ultima decade. In particolare, due fattori sono stati particolarmente importanti per spingere la medicina genomica ai livelli in cui si trova ora: gli studi di associazione su scala genomica (Genome-Wide Association Studies, GWAS) e il sequenziamento di nuova generazione (Next-Generation Sequencing, NGS). Negli studi di associazione genome-wide, si confrontano due gruppi di individui (uno composto da individui sani, l’altro composto da individui malati) e si analizzano una serie di posizioni nel genoma caratterizzate da una certa variabilità nella popolazione, con lo scopo di identificare quelle che, in modo statisticamente significativo, riescono a distinguere i due gruppi. L’applicazione di questo metodo ha comportato un cambio radicale di prospettiva: mentre prima si partiva da un’ipotesi biologica nel tentativo di spiegare le cause di una malattia, con i GWAS ci si limita a scandagliare l’intero genoma senza nessuna ipotesi in mente (sono detti infatti “hypothesis-free”). Prima si cercano gli indizi nel DNA, e soltanto dopo si cerca di spiegare perché quella differenza genetica dovrebbe provocare la malattia. Il vantaggio di questo approccio è che può rivelare l’alterazione di pathway molecolari inaspettati, che magari sono condivisi da malattie in apparenza molto diverse e che possono suggerire nuovi interventi terapeutici. Il primo successo dei GWAS risale al 2005, quando si scoprì una variazione genetica responsabile della degenerazione maculare senile. Oggi, la lista delle associazioni più o meno forti tra patologie e specifiche variazioni genetiche è lunghissima.

cost_per_genomePer quanto riguarda il sequenziamento NGS, è sufficiente dare un’occhiata al grafico qui a fianco per avere un’idea dell’effetto dirompente di queste nuove tecnologie per la lettura del DNA. Dal 2001 al 2012 il costo per sequenziare un genoma umano è passato dai 100 milioni di dollari a meno di 10 mila dollari, e si pensa che presto sfonderemo la soglia simbolica dei 1000 dollari. Questo crollo dei costi è una diretta conseguenza dell’evoluzione tecnologica a cui abbiamo assistito nel corso degli ultimi anni. Oggi, un sequenziatore di ultima generazione è in grado di leggere 250 miliardi di basi di DNA in una settimana, una cifra astronomica se rapportata ai 5 milioni del 2000. Grazie a questi enormi progressi, è diventato possibile cercare le basi genetiche delle malattie non solo nelle variazioni più comuni nella popolazione, come accadeva con i GWAS, ma anche in quelle rare. Naturalmente, la tecnologia in sé non è sufficiente, bisogna anche interpretare i dati ottenuti e tentare di fornire spiegazioni biologiche a quello che si osserva: per questo, affinché la promessa del “sequenziamento per tutti” si realizzi, bisognerà investire molto sulla bioinformatica. Nel frattempo, la ricerca sta puntando sul sequenziamento dell’esoma, cioè l’insieme di tutti i tratti di genoma che codificano per proteine. I primi successi per questa tecnica sono del 2009, quando sono stati diagnosticati tre pazienti affetti da malattie rare. Ma come si dice, il meglio deve ancora venire! Nella prossima puntata parleremo delle applicazioni genomiche nella cura dei tumori.


Jeanette J. McCarthy, Howard L. McLeod, & Geoffrey S. Ginsburg (2013). Genomic Medicine: A Decade of Successes, Challenges, and Opportunities Science Translational Medicine, 5 (189) : 10.1126/scitranslmed.3005785

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