Hard disk a DNA

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Gli studenti di biologia lo sanno bene: il DNA non è solo una molecola, è anche informazione. Sfruttando le regole semplici ma efficaci del codice genetico, gli esseri viventi hanno evoluto un sistema formidabile di memorizzazione di informazioni, salvate in un archivio incredibilmente compatto che può essere scritto, modificato, letto e copiato. Stiamo parlando di informazioni particolari, informazioni utili alle nostre cellule: quando e in che tessuto accendere o spegnere un gene, quali aminoacidi occorrono per costruire una proteina e in che ordine devono essere assemblati. Affascinante, certo, ma la cosa davvero interessante è che, in linea teorica, il DNA potrebbe essere usato per archiviare dati di qualsiasi tipo. Tutto quello che dobbiamo fare è trasformare questi dati in lunghe serie di A, C, G e T, e sintetizzare le corrispondenti molecole di DNA. Facile a dirsi, difficile a farsi. I costi sono elevati e i problemi tecnici da affrontare sono molti. Ciononostante, alcuni gruppi di ricerca sparsi nel mondo ci stanno lavorando seriamente, e le pubblicazioni sull’argomento sono sempre più frequenti.

Il motivo del crescente interesse della comunità scientifica risiede nell’elevatissima densità di informazione che il DNA sarebbe in grado di raggiungere, se potessimo utilizzarlo come sistema di archiviazione. Pensate agli hard disk portatili che usiamo per fare i backup dei nostri dati: quelli più capienti consentono di salvare pochi Terabytes di dati, e hanno le dimensioni di un libro. Di contro, una molecola di DNA potrebbe archiviare fino a 700 Tera in un millimetro cubico! Proprio quest’anno, un gruppo di ricerca dell’Università di Washington ha battuto il record di dati memorizzati in un archivio genetico: 200 Megabyte, salvati in 13 milioni di frammenti di DNA. Stiano comunque sereni i produttori di materiale informatico: codificare dati in molecole di DNA non è esattamente una passeggiata. Tanto per cominciare, si tratta di una procedura molto costosa. Non tanto in fase di lettura: i costi per sequenziare molecole di DNA (e leggerne quindi il contenuto) sono ormai molto bassi. Il grosso limite sta nella fase di scrittura: aggiungere al nostro archivio genetico un singolo nucleotide (cioè una sola lettera di DNA) costa al momento quasi 10 centesimi di dollaro. Ancora troppo per mandare in pensione hard disk e DVD.

C’è poi un altro importante aspetto che deve essere tenuto in considerazione: qual è il sistema di codifica migliore per convertire i nostri dati nel linguaggio del DNA? Dobbiamo sfruttare al meglio le quattro lettere che la biologia ci mette a disposizione, cercando di racchiudere il maggior numero di informazioni possibili nella minore quantità di DNA. Ipotizzando di dover convertire un semplice file di testo, ad esempio, potremo pensare di associare a ciascuna lettera dell’alfabeto una particolare tripletta di nucleotidi, proprio come fa il codice genetico. In totale, avremmo a disposizione 64 differenti triplette, più che sufficienti a codificare le lettere dell’alfabeto inglese, i numeri, gli spazi e i segni di punteggiatura. Potremmo anche adottare un codice ancora più sintetico, sfruttando solo 3 dei quattro nucleotidi disponibili: in questo caso riusciremmo a codificare le lettere e gli spazi. Perderemmo la punteggiatura, ma l’Ulisse di Joyce dimostra che in fondo potremmo anche farne a meno.

Il vero problema di questo sistema di codifica è che consente di memorizzare solo file di testo. Come fare quindi a salvare i nostri film e le nostre canzoni preferite? In questo caso occorre partire dal codice binario in cui questi dati sono scritti, e convertire quest’ultimo in sequenze di DNA. Questa volta le 4 lettere a nostra disposizione sono più che sufficienti per tradurre i nostri dati, che ora sono diventati una lunghissima serie di 0 e 1. Siamo in una situazione fortunata, perché l’alfabeto di destinazione (quello del DNA) possiede più valori di quanti ne contenga l’alfabeto di partenza (quello del codice binario); questa abbondanza ci offre più opzioni per la nostra codifica, ma anche in questo caso la scelta da compiere è delicata. Ad esempio, possiamo cercare di compattare il più possibile l’informazione, associando a ciascuna lettera del DNA una coppia di bit (A = 00, C = 01, G = 10, T = 11): in questo modo riusciamo a dimezzare la lunghezza delle nostre sequenze, e possiamo quindi codificare più dati nello stesso segmento di DNA. Sembra decisamente la soluzione migliore, e in effetti lo sarebbe davvero se il DNA fosse semplicemente una lunga serie di lettere stampate sulle pagine di un libro. Purtroppo, non è questo il caso: per leggere una sequenza di DNA è necessario sequenziarlo, e le macchine progettate per questo compito (i sequenziatori) non riescono a leggere facilmente i tratti di DNA molto ripetitivi. Questo significa che la sequenza CCCCCCCC (che nel nostro esempio codifica la stringa 0101010101010101) potrebbe essere letta per errore con una C in più o con una C in meno, rendendo di fatto illeggibile l’informazione originaria. Un hard disk molto capiente ma illeggibile non è oggettivamente molto utile, quindi forse potremmo rinunciare alla compattezza estrema per salvaguardare l’integrità dei dati. Per fare questo, basterebbe ragionare per singoli bit, associando lo 0 a due diversi nucleotidi (ad es. A e T), e l’1 agli altri due. In questo modo, abbiamo un codice ridondante che ci consente una certa flessibilità: in presenza di lunghe serie di 0, ad esempio, potremmo alternare a piacere le A e le T, così che il risultato finale (ad es. TATTAAAT) possa essere letto con più facilità dai sequenziatori. Ci stiamo avvicinando alla meta, finalmente! Usando quotidianamente hard disk e chiavette USB, però, sappiamo benissimo che i file possono corrompersi, e un sistema basato sul DNA non farebbe comunque eccezione. Ecco perché alcuni ricercatori hanno pensato di implementare, anche per le memorie “genetiche”, delle tecniche di correzione degli errori sviluppate in altri ambiti, come il codice di Reed-Solomon usato nei CD e nei DVD.

Supponiamo ora di essere finalmente riusciti a memorizzare in una lunga molecola di DNA i greatest hits del nostro gruppo musicale preferito, e supponiamo di avere a disposizione un fantastico stereo con sequenziatore di DNA incorporato (non cercate su Amazon, non esiste). Abbiamo risolto tutti i nostri problemi? Purtroppo no. I sistemi di archiviazione tradizionali hanno una caratteristica fondamentale, che al nostro DNA non può mancare: è la capacità di accedere ai dati in modo diretto. Se voglio ascoltare l’ultima canzone del greatest hits, non devo necessariamente sorbirmi anche tutti i pezzi precedenti, ma posso accedere direttamente al brano che mi interessa. Questo, almeno, con i classici CD. E con il DNA? Anche per questo abbiamo una soluzione. L’ha proposta un paio di anni fa un gruppo di ricerca dell’Università dell’Illinois, guidato dalla prof.ssa Olgica Milenkovic, e consiste nella sintesi di particolari coppie di sequenze da aggiungere ai lati di un segmento di DNA di interesse, ad esempio quello che contiene la nostra canzone preferita. Siccome ogni segmento di DNA è associato a una coppia di sequenze differente, è possibile sfruttarle come indirizzi molecolari e accedere in modo selettivo solo a questo o a quel pezzo di DNA. Per farlo, basta amplificare il segmento che ci interessa con una comune reazione di PCR: l’importante è usare i primer corretti, quelli corrispondenti agli indirizzi molecolari che stiamo cercando. È un po’ come entrare in una biblioteca e mettersi alla ricerca di un libro usando la mappa degli scaffali: ora che abbiamo trovato il nostro libro, possiamo cominciare a leggere. Ci manca solo il sequenziatore: quello in vendita su Amazon lo avete già ordinato, vero?

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Ci vediamo al Festival!

Informazione di servizio per genovesi e non: domani pomeriggio, ore 16, sarò al Galata Museo del Mare di Genova per parlare di metafore del DNA insieme a Ivo Silvestro. Lui filosofo, io bioinformatico, sarà interessante scoprire cosa ne uscirà! Il Festival della Scienza di quest’anno ha per tema l’equilibrio, e come sempre sarà ricchissimo di ospiti straordinari. Non mi riferivo a me, maligni! Tanto per fare un nome, io non vedo l’ora di assistere alla conferenza di Jared Diamond, domani sera. In ogni caso, ci vediamo al Festival!

Arriva anche in Italia la banca dati del DNA

badnaAnche l’Italia avrà la sua banca dati del DNA. Si tratta di uno strumento già in vigore in diversi Paesi europei, che consentirà di identificare più rapidamente gli autori di reati, o di riconoscere i resti di persone date per scomparse o vittime di reati e incidenti. Siete preoccupati per la vostra privacy? Niente paura: ovviamente non si tratta di una schedatura di tutta la cittadinanza. La banca dati, infatti, conterrà soltanto il profilo genetico delle persone detenute in carcere, e quello del DNA rinvenuto nei luoghi in cui si è compiuto un reato o si è verificato un incidente. Solo previo consenso informato, anche i famigliari di persone scomparse potranno essere inserite nel database, al fine di agevolare le ricerche.

Per rassicurare la popolazione, la Presidenza del Consiglio dei Ministri ha realizzato una campagna sull’utilizzo di questa banca dati. Questo video presenta l’iniziativa, mentre un filmato più breve sarà trasmesso in televisione. L’obiettivo è quello di illustrare i vantaggi in termini di sicurezza per il cittadino, in un’ottica di prevenzione e repressione del crimine, ma anche di concreto vantaggio per chi è innocente e può essere scagionato grazie a queste tecnologie. Per maggiori informazioni, potete rivolgervi al Comitato Nazionale per la Biosicurezza, le Biotecnologie e le Scienze della Vita a cui è affidato il compito di chiarire ogni aspetto dell’utilizzo delle Banche dati da parte degli Stati, tra cui sicurezza e privacy.

La FDA dichiara guerra a 23andMe: a rischio il Facebook della genetica

23andme_front_2_110315“Vi preghiamo di comunicare al presente ufficio, entro quindici giorni lavorativi dal ricevimento di questo lettera, le specifiche azioni che avete intrapreso per rispondere alle questioni sollevate più sopra. Includete la documentazione relativa alle azioni correttive che avete intrapreso. Se tali azioni dovessero svolgersi nel tempo, siete pregati di allegare la programmazione per la loro implementazione. Nel caso in cui non fosse possibile completare le azioni correttive richieste entro quindici giorni lavorativi, giustificatene il motivo e dichiarate le tempistiche necessarie per completarle. Qualora non doveste compiere adeguate azioni correttive, la Food and Drug Administration potrebbe prendere provvedimenti nei vostri confronti. Tali provvedimenti includono sequestro, ingiunzione e sanzioni pecuniarie.”

Termina così la lettera ufficiale della Food and Drug Administration indirizzata a 23andMe, l’azienda di Mountain View che dal 2006 offre servizi di analisi genetiche direttamente ai consumatori, meritandosi per questo motivo l’appellativo di “Facebook della genetica” (a questo proposito, consiglio l’ottimo articolo di Sergio Pistoi su Wired). La società californiana è oggetto delle attenzioni della FDA almeno dal 2010, quando l’ente governativo statunitense che si occupa della regolamentazione di farmaci e prodotti alimentari scrisse alle principali aziende di genomica personalizzata, chiedendo informazioni dettagliate sui servizi offerti e sulle basi scientifiche che ne giustificherebbero la commercializzazione. Navigenics, Pathway Genomics e deCODEme – le altre società contattate a quel tempo – hanno nel frattempo abbandonato il mercato dei test genetici direct-to-consumer (DTC), oggi ormai dominato dalla sola 23andMe, che si appresta a tagliare il traguardo del milione di kit venduti. Sempre che la FDA non si arrabbi sul serio.

A differenza delle comunicazioni precedenti, infatti, il tono dell’ultima lettera sembra particolarmente aggressivo e minaccioso, e non a torto. 23andMe aveva risposto alle prime sollecitazioni, inoltrando una domanda formale per ottenere dalla FDA l’autorizzazione a vendere il suo Personal Genome Service (PGS), ma alle richieste dell’ente di fornire ulteriore documentazione a supporto della richiesta, 23andMe non ha mai replicato. Dopo centinaia di email e decine di incontri durante i quali la FDA avrebbe aiutato l’azienda californiana a mettersi in regola con la normativa vigente, fornendo persino consulenze di tipo scientifico e statistico, ad oggi 23andMe non ha ancora regolarizzato la propria posizione. Ciononostante, continua a vendere i suoi servizi da oltre 5 anni, senza essere mai riuscita a dimostrare all’ente la validità analitica e clinica dei propri test genetici, e mostrandosi anche poco collaborativa nei confronti dell’autorità competente.

In seguito a queste considerazioni, la Food and Drug Administration ha quindi intimato a 23andMe di sospendere la vendita del Personal Genome Service fintanto che l’azienda non avrà fornito i chiarimenti richiesti. In attesa di sapere cosa accadrà, consiglio a tutti i clienti di 23andMe di scaricare i raw data personali sul proprio computer: se la FDA dovesse agire in modo pesante nei confronti dell’azienda californiana, tutti i dati genetici custoditi nella sua enorme banca dati potrebbero infatti diventare inaccessibili.

DNA, brevetti, privacy e il diritto di (non) sapere

Abstract – Genetic information is one of the most precious and personal data that we have: it can reveal our identity and the identity of our family. It can disclose our diseases and our physical traits. Because of this, everyone is interested in getting his hands on it: research, industry, insurance companies and employers. Recently, three publications have shown how complicated the management of genetic data can be. Scientists have published the genome sequence of HeLa cells, one of the most used cell line in biomedical research. The cells derive from a tumour sample that was taken (without explicit consent) from a black woman, Henrietta Lacks, who lived in Virginia in the 40s. Those cells have travelled across the world, they have been sold and bought as a common laboratory reagent, and they led to extraordinary scientific results such as polio vaccine and in vitro fertilization. Now that the HeLa genome is available, not only her privacy has been violated once again, but also the privacy of her family members, who share some DNA with Henrietta. And we must always keep in mind that when our DNA is online, it will be forever. Strikingly, a recent study showed that even anonymous genetic data are potentially able to reveal a person’s identity. But what about our right to know what’s written in our genome? According to another publication, also this right is at risk, just like our right to privacy. The reason for this is an overly broad interpretation of what gene patents are. The US Supreme Court has recently supported that such patents can cover not only the gene itself, but also every one of its possible subsquence of at least 15 nt. If this is going to be the general rule, no diagnostic lab will be able to analyze anything: the study found that some gene patents already covers more than 10% of human genes. And if the right to know your genome may be soon in danger, the right NOT to know it is at risk too. The American College of Medical Genetics and Genomics has recently recommended that incidental findings in clinical genome sequencing should be reported to the patient. These guidelines provide also a list of genetic mutations that a lab must check every time that a new genomic sequence is requested. What is striking here is the fact that patients have no choice: they must allow their physician to report the results of this “opportunistic” screening, otherwise they cannot obtain the sequencing. The management of genetic data, from their acquisition to their public release, is a delicate matter where legal and ethical issues meet often in a conflictive way, and I can’t offer any solution to these problems. But I can remind that these issues exist, and that we have to tackle them as soon as possible.


ResearchBlogging.orgIl genoma umano è un gran casino, comunque lo si guardi. Con l’esplosione della ricerca genomica, iniziata a cavallo del 2000 con il Progetto Genoma Umano e proseguita con gli studi di associazione genome-wide e il sequenziamento di seconda e terza generazione, nuove opportunità e nuove sfide hanno cominciato ad affacciarsi nel mondo della ricerca medico-scientifica, e alcune di queste stanno avendo un impatto rilevante sulla nostra società. Forse non è questo il caso delle questioni più tecniche, come le difficoltà insite nell’interpretazione della varabilità genetica e la relazione tra geni e malattie, o anche più semplicemente i problemi legati alle risorse computazionali necessarie per analizzare e gestire l’enorme mole di dati generati, ma quando si parla di normative, brevetti e tutela della privacy, ecco che la genomica entra prepotentemente nella nostra vita di tutti i giorni, con il suo carico di complessità da gestire e affrontare. Tre articoli pubblicati nelle ultime settimane ci fanno riflettere molto in questo senso: la gestione dei dati genetici, dalla loro acquisizione alla loro diffusione, è materia delicatissima, dove si intersecano questioni normative ed etiche, e finiscono per incontrarsi – spesso in modo conflittuale – le esigenze dell’industria, quelle della ricerca e quelle dei cittadini.

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Henrietta Lacks e il diritto alla privacy – Il primo articolo è stato pubblicato sulla rivista G3: Genes, Genomes, Genetics e annuncia il sequenziamento del genoma di una delle linee cellulari più utilizzate nei laboratori di ricerca di tutto il mondo: le cellule HeLa. Non ci sarebbe nulla di sconvolgente in questa notizia, se non fosse che queste cellule derivano da un campione di tessuto tumorale prelevato – senza esplicito consenso – da una donna morta nel 1951. La storia di Henrietta Lacks è stata racccontata in un libro della giornalista Rebecca Skloot, che negli USA ha venduto moltissime copie (un caso eccezionale per un libro che parla di scienza). Henrietta era una donna di colore che negli anni ’40 lavorava nei campi di tabacco della Virginia; mentre cercavano di curarla da un cancro che l’aveva colpita e che poi l’avrebbe uccisa, i medici prelevarono un campione del tessuto malato, scoprendo successivamente che le cellule erano in grado di moltiplicarsi autonomamente per un tempo virtualmente infinito. Il contributo che le cellule HeLa hanno dato alla ricerca biomedica è inestimabile: dal vaccino per la poliomielite alla fecondazione in vitro, sono moltissimi i risultati scientifici conseguiti negli ultimi decenni che sono legati in qualche misura a questa linea cellulare. Il libro della Skloot si focalizza su un punto cruciale della vicenda, che in passato era stato ignorato dai più: le cellule di Henrietta sono state prelevate e diffuse senza che la sua proprietaria avesse mai firmato una autorizzazione o un consenso informato. Per questo la pubblicazione del genoma delle cellule HeLa ha destato tanto scalpore pochi giorni fa: non soltanto le sue cellule sono state utilizzate, vendute e acquistate come un comune reagente di laboratorio senza il permesso della Lacks, ma addirittura l’informazione genetica in esse codificata è stata resa liberamente disponibile a tutti. Certo, gli autori lo hanno fatto a fin di bene: per un ricercatore che usa le HeLa per i propri esperimenti, la loro sequenza genomica è sicuramente una risorsa preziosa. Ed è altrettanto vero che il genoma pubblicato è molto diverso da quello della giovane donna afro-americana: il genoma di una cellula tumorale è caratterizzato da ogni genere di aberrazioni, e quello delle cellule HeLa non fa certo eccezione. Tuttavia, queste attenuanti non bastano a giustificare un gesto che va contro le più basilari norme di tutela della privacy. Già, perché così come accaduto sessant’anni fa, anche questa volta non è stato chiesto alcun permesso. Ovviamente la diretta interessata non avrebbe potuto comunque concederlo, ma i suoi diretti discendenti sì, o quantomeno avrebbero dovuto essere informati dello studio prima che questo fosse pubblicato sulle pagine di una rivista scientifica. Anche perché, condividendo con Henrietta parte del patrimonio genetico, la violazione della sua privacy ha toccato in una certa misura anche i membri della sua famiglia. Le critiche non sono tardate ad arrivare (qui trovate un resoconto aggiornato), e naturalmente si è fatta sentire anche la stessa Rebecca Skloot sul New York Times. Ma il problema non riguarda solo il genoma di Henrietta Lacks. Oggi, con i dati di un genoma in mano, si possono ricostruire genealogie, scoprire l’esistenza di patologie genetiche, e chissà cos’altro sarà possibile fare in futuro. Ne siano consapevoli coloro che scelgono volontariamente di rendere pubblica la propria sequenza genomica: quando il tuo DNA è online, lo è per sempre! E faccia attenzione anche chi sceglie di partecipare personalmente a progetti di ricerca: uno studio recente ha dimostrato che nemmeno l’anonimato è una protezione sufficiente quando il proprio DNA finisce in rete.

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I brevetti e il diritto di sapere – La faccenda rimane ingarbugliata anche quando si parla di acquisizione dei propri dati genetici, e del “diritto di sapere” cosa c’è scritto nel proprio genoma. E non mi riferisco alla diatriba su quali test genetici debbano essere accessibili al grande pubblico: anche ipotizzando uno Stato totalmente libertario, che non si interpone tra il cittadino e il suo genoma, esiste comunque la possibilità che questa informazione sia di fatto inaccessibile, e la colpa è dei brevetti. Premessa: non è possibile brevettare un gene umano in quanto tale, altrimenti ciascuno di noi – in quanto esseri umani utilizzatori di quel gene – dovremmo pagare delle royalties all’azienda che detiene il brevetto. E’ però possibile per una società brevettare l’analisi di quel gene per scopi diagnostici, e non solo: la legislazione americana più recente permette anche di brevettare le sottosequenze di quel gene, fino a una lunghezza minima di 15 nucleotidi. In questo modo, il detentore del brevetto non solo può impedire ad un altro laboratorio di analizzare quello specifico gene, ma anche di testare qualsiasi altro gene umano che contenga una qualsiasi delle sottosequenze del gene brevettato. La domanda allora viene spontanea: quante sono le probabilità di prendere una sequenza di 15 nucleotidi, e di trovarne più di una copia all’interno degli oltre 20mila geni umani? A questa domanda risponde uno studio pubblicato su Genome Medicine, dove viene descritta una procedura bioinformatica semplice ma molto elegante, grazie alla quale gli autori sono riusciti a scoprire quanti geni umani è possibile “coprire” depositando un brevetto su un singolo gene. Ebbene, gli autori hanno scoperto 58 brevetti che coprono almeno il 10% dei geni umani (uno addirittura arriva al 92%). Persino brevetti che dovrebbero riguardare altre specie finiscono per coprire geni umani: c’è un brevetto per il miglioramento genetico dei bovini che ad esempio ne copre l’84%! E’ una situazione paradossale che potrebbe portare al blocco di qualsiasi analisi genetica. Immaginate di voler analizzare un gene legato a qualche forma famigliare di cancro, e per semplicità immaginate che questo gene non sia coperto da brevetto. Ebbene, anche in questa situazione potreste non avere modo di soddisfare la vostra curiosità: si dà il caso, infatti, che il gene in questione abbia una piccola sottosequenza in comune con un altro gene brevettato! Evento molto probabile, come abbiamo visto, anzi, quasi certo. Scrivono gli autori: “If patent claims that use these 15mer or other short k-mer sizes are enforced, it could potentially create a situation where a piece of every gene in the human genome is patented by a phalanx of competing patents, with potentially harmful consequences for genetic testing laboratories and research groups performing targeted sequencing on any gene, in virtually all species”. In altre parole, avremmo una paralisi totale e nessun laboratorio potrebbe analizzare nulla senza infrangere (almeno) un brevetto. Uno scenario da brividi, non c’è che dire.

Le scoperte accidentali e il diritto di non sapere – Se il “diritto di sapere” è messo in discussione dalla disciplina che regola i brevetti, anche il “diritto di non sapere” non se la passa bene. Pochi giorni fa, infatti, l’American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) ha pubblicato delle raccomandazioni ufficiali (PDF) in base alle quali un cittadino americano che richiede il sequenziamento del proprio genoma in un contesto clinico, è tenuto ad autorizzare il proprio medico di riferimento a rivelargli eventuali scoperte “accidentali” che potrebbero essere fatte durante l’analisi del suo genoma. Non è una scelta facoltativa: se vuoi analizzare il tuo genoma per scoprire se possiedi la mutazione X, beh sei obbligato a dare questa autorizzazione. Sarà poi il tuo medico a decidere se comunicarti soltanto il risultato per la mutazione X o se invece rivelarti anche quello per le eventuali mutazioni Y e Z. Nel suo comunicato, l’ACMG pubblica persino una tabella di mutazioni che il laboratorio di analisi sarebbe obbligato ad analizzare ogni volta che effettua un’analisi genomica. Nella maggior parte dei casi, si tratta di malattie che è possibile curare o prevenire, ma ci sono anche varianti genetiche che non sempre provocano la malattia. Sul blog Genomes Unzipped c’è un commento molto critico a questo proposito. Se un genitore volesse conoscere la causa genetica di una rara malattia neurologica che affligge suo figlio, per quale motivo dovrebbe ricevere anche altre informazioni non richieste, magari di dubbia utilità? Come si comporterebbe se scoprisse che il bambino ha una mutazione legata a una forma di cancro che però non sempre si traduce in malattia? Sono tutte questioni che l’ACMG ha affrontato forse con troppa leggerezza e che vanno a negare il diritto di non sapere cosa c’è scritto nel nostro DNA, un diritto sacrosanto tanto quanto quello opposto.

Tra i dati considerati “sensibili”, l’informazione genetica è uno dei più preziosi e personali che abbiamo: può rivelare la nostra identità e quella dei nostri famigliari, e può svelare le malattie da cui siamo affetti. Proprio per questo gli interessi che ruotano attorno a una sequenza di DNA sono molteplici: ricerca, industria, assicurazioni, datori di lavoro, ognuno di questi soggetti potrebbe essere interessato a curiosare nel nostro patrimonio genetico. In attesa che i governi regolino l’accesso a questi dati tanto preziosi, spetta a noi decidere che cosa farne e a chi affidarli. Lo so, in questo post ho messo in luce soltanto i problemi legati alla gestione dei dati genetici, e non ho proposto soluzioni, ma la materia è complessa e forse non sono la persona più adatta a proporre soluzioni in questo ambito. La cosa importante – credo – è sapere che questi problemi esistono, e che devono essere affrontati al più presto.

Photo Credit: Proimos (Flickr)


Landry, J., Pyl, P., Rausch, T., Zichner, T., Tekkedil, M., Stutz, A., Jauch, A., Aiyar, R., Pau, G., Delhomme, N., Gagneur, J., Korbel, J., Huber, W., & Steinmetz, L. (2013). The Genomic and Transcriptomic Landscape of a HeLa Cell Line G3: Genes|Genomes|Genetics DOI: 10.1534/g3.113.005777

GenoMIX #24 – Aprile 2012

Questo mese le scoperte scientifiche interessanti non sono mancate, così come non sono mancati gli errori e le imprecisioni da parte dei media che ne hanno dato notizia. Si prenda il caso del “gene dell’intelligenza”. Su Nature Genetics sono apparsi tre articoli che annunciavano di avere individuato delle variazioni genetiche legate alle dimensioni del cervello. Nel primo studio sono state trovate variazioni genetiche correlate alle dimensioni dell’ippocampo, una regione del cervello che si rimpicciolisce con l’età; è un risultato interessante perché un ippocampo di piccole dimensioni è legato a un maggiore rischio di ammalarsi di Alzheimer. Nel secondo studio le variazioni genetiche trovate sembrano invece avere un ruolo nel determinare il volume intracranico, una scoperta importante per comprendere meglio come si sviluppa il cervello. Infine, il terzo lavoro riporta la scoperta di una variante del gene HMGA2 che, oltre a essere legata alle dimensioni del cervello, è anche associata a una piccola differenza nel quoziente intellettivo. L’effetto di questa variante genetica è talmente piccolo che qualcuno non ci crede nemmeno: si parla di 1,3 punti di QI. Eppure, cosa si legge sul sito di Repubblica? “Scoperto il gene geniale, è il segreto dell’intelligenza”.

Una cosa simile è accaduta con un altro studio, pubblicato su Science Translational Medicine. In quel caso il succo della questione era l’aver scoperto che l’analisi del genoma di una persona non è di alcuna utilità per predire il suo stato di salute, né di quali malattie si ammalerà. Una conclusione che apparirà banale e scontata a chi come me sa che i fattori genetici sono solo un aspetto, e che se si vuole calcolare il rischio di ammalarsi di questa o quella malattia bisognerebbe tenere in considerazione anche i fattori ambientali. Evidentemente, però, molti giornali sono rimasti sorpresi da questa scoperta, persino il New York Times ne ha parlato con toni altisonanti. Per fortuna ci hanno pensato Nature News Blog e Genomes Unzipped a raffreddare gli animi, e a evidenziare anche i difetti metodologici dello studio.

Venendo alle scoperte più recenti, segnalo gli XNA sintetizzati dal gruppo di Philipp Holliger del Medical Research Council di Cambridge e presentati su Science. Sono molecole simili al DNA e all’RNA, con la differenza che invece degli zuccheri deossiribosio (DNA) e ribosio (RNA) negli XNA si possono trovare sei diverse alternative che danno all’XNA il nome di ANA, FANA, TNA, LNA, HNA e CeNA. Con l’aiuto del DNA come stampo e di una polimerasi speciale, queste molecole possono replicarsi proprio come il ben più noto DNA. Un’altra grande conquista per la biologia sintetica e un altro passo importante nella direzione della vita artificiale.

Concludo con due scoperte interessanti per quanto riguarda l’interazione tra l’ambiente e il nostro genoma. Con un articolo pubblicato su Molecular Psychiatry, ricercatori inglesi e americani hanno dimostrato che violenze e maltrattamenti subiti nell’infanzia possono produrre un effetto negativo non solo nella psicologia dei bambini, ma persino nel loro DNA. In particolare, i telomeri dei bambini che hanno subito violenza sono più corti di chi ha invece vissuto un’infanzia serena. In altre parole, il loro DNA invecchia più velocemente. Più o meno la stessa cosa accade anche agli abitanti del “triangolo della morte”, l’area del napoletano delimitata dai comuni di Acerra, Nola e Marigliano. Come hanno riportato sulla rivista Gene alcuni scienziati dell’Università di Napoli, le lunghezze dei telomeri di donne che abitano in questa zona inquinata sono significativamente più corti rispetto a donne che vivono altrove.

ARTICOLO DEL MESE
Pinheiro et al “Synthetic Genetic Polymers Capable of Heredity and Evolution”, Science 2012

La scoperta dell’acqua calda

Pochi giorni fa è stato pubblicato su Science Translational Medicine un articolo che ha del clamoroso: udite udite, l’analisi del genoma è sostanzialmente inutile per predire se e di che cosa ci ammaleremo. E questa sarebbe una notizia? Da diversi mesi continuo a ripetere su questo blog che il nostro organismo, sia nelle sue manifestazioni fisiologiche sia in quelle patologiche, è il risultato di complesse interazioni tra i fattori genetici e quelli ambientali.

Sono poche le malattie che dipendono esclusivamente dai geni, la maggior parte prevedono uno stimolo ambientale che determina un certo effetto in quei soggetti che sono geneticamente predisposti. Anzi, a voler essere precisi, lo stesso tentativo di predire la malattia in sé è a mio avviso sbagliato. Dovremmo al contrario capire come geni e ambiente interagiscono per determinare i fattori di rischio, i cosiddetti driver delle patologie e non le patologie in quanto tali. A ogni modo, sembra che alcuni si stupiscano ancora di tutto ciò. Il sopra citato articolo è stato infatti pubblicizzato niente meno che dal New York Times, come se si trattasse di una straordinaria e innovativa scoperta scientifica. Forse la colpa è anche degli scienziati stessi, che hanno contribuito ad alimentare una visione errata in cui si contrappone l’aspetto biologico-genetico all’aspetto ambientale-culturale, come se uno escludesse l’altro (vedi il famoso detto “nature vs nurture”). Geni e ambiente sono entrambi rilevanti, e non sono affatto mutualmente esclusivi.

La cosa curiosa, comunque, è che lo studio in questione non era nemmeno un granché, a giudicare dalle critiche e dalle reazioni che sono seguite. Razib Khan nel suo blog scrive che “I geni sono probabilità, non sono il destino”, Luke Jostins su Genomes Unzipped ci ricorda che “I gemelli non muoiono della stessa malattia”. Eh già, perché il cuore dello studio è proprio questo: gli autori analizzano coppie di gemelli e concludono che, siccome i due fratelli possono soffrire di disturbi diversi, allora non possiamo predire le malattie basandoci sul genoma (i gemelli monozigoti hanno infatti genoma identico). Potrà sembrare assurdo, ma nel lavoro pubblicato su Science Translational Medicine non si parla di sequenziamento genomico, non ci sono dati genetici. Semplicemente ci si basa su un’approssimazione, cioè sul presupposto che i gemelli sono in realtà due copie identiche dello stesso patrimonio genetico: se il genoma fosse predittivo del loro stato di salute, allora i due gemelli dovrebbero ammalarsi delle stesse malattie.

In realtà, come giustamente riportato dal blog di Nature News, quando si studiano i gemelli per pesare il contributo genetico allo stato di salute, bisognerebbe correggere i dati a seconda dell’ambiente in cui i gemelli sono vissuti, proprio perché la salute dipende anche dai fattori ambientali. Scrive Erika Hayden su Nature News: “In questo studio si parte dall’assunzione che la genetica sia l’unico fattore che determina se due gemelli svilupperanno la stessa malattia. Ma i gemelli vivono anche nello stesso ambiente, e lo studio non tiene conto di questo, come gli stessi autori ammettono.” Senza un adeguato controllo delle variabili in gioco, si rischia di ottenere risultati poco significativi e difficilmente interpretabili. In conclusione, uno studio di qualità non eccelsa è giunto a conclusioni che già sapevamo, e nonostante ciò ha conquistato le pagine del New York Times. Comprensibile che altri scienziati si siano un po’ innervositi!