Genetica protagonista su Focus

Ebbene sì, la nutrigenetica ha conquistato la copertina di Focus. Sull’ultimo numero del più famoso mensile di scienze c’è un’inchiesta di 10 pagine tutta dedicata alla genetica, e in particolare a tre settori molto di moda: genetica della nutrizione, epigenetica e farmacogenomica.

L’autrice Amelia Beltramini immagina un futuro in cui andremo al supermercato dotati di carta magnetica personale e di un lettore ottico, grazie ai quali potremo individuare i prodotti più adatti al nostro codice genetico curiosando tra gli scaffali. Chissà, forse un giorno andrà veramente così, per adesso accontentiamoci di quelle poche ma chiare informazioni che possiamo ottenere da uno dei tanti test di nutrigenetica disponibili in commercio. L’articolo è interessante, benché non entri molto nei dettagli (come è giusto che sia, dopotutto stiamo parlando di Focus). L’unico errore, secondo me, la Beltramini lo fa mettendo sullo stesso piano i test commerciali di nutrigenetica e la famigerata dieta del gruppo sanguigno, che a differenza della nutrigenetica non ha nessuna base scientifica. Come esempio di test nutrigenetici “cattivi” viene riportato l’esempio del test di Daniel Moen, amministratore delegato della Inherent Health. Non conosco bene questo test, ma le basi scientifiche dietro la scelta degli SNP ci sono, almeno a giudicare dal corposo PDF scaricabile dal sito; ciò che non è scientificamente supportato – se interpreto bene le parole della Beltramini – è la promessa di un miracoloso dimagrimento. Le diete basate sulla nutrigenetica servono principalmente a garantire uno stato di benessere all’individuo; la perdita di peso, se c’è, è un effetto secondario del mangiar sano.

Su Focus si parla anche di epigenetica, con le ricerche di Solomon e di Yehuda, due scienziate che scoprirono un maggior rischio di Disturbo Post-Traumatico da Stress nei figli dei sopravvissuti dell’Olocausto: forse il risultato di modificazioni epigenetiche trasmesse da una generazione all’altra. Lo speciale si chiude con la farmacogenomica: qui si parla di come sia economicamente conveniente individuare i pazienti che risponderanno meglio a un farmaco, piuttosto che somministrarlo a tutti indiscriminatamente.

Piccola nota: quando stamattina ho visto la copertina di Focus ho fatto un enorme sorriso, come un bambino davanti al suo giocattolo preferito. Giudicate voi se è segno di grande passione per la genetica, o di squilibrio mentale.

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GenoMIX #7 – Novembre 2010

Questo mese è iniziato con un grande evento per il settore della ricerca genomica. Nella settimana dall’1 al 6 Novembre si è tenuto infatti il 60° meeting della American Society of Human Genetics, il luogo in cui tutti i più grandi studiosi di genetica umana si ritrovano ogni anno per discutere degli obiettivi raggiunti nel lungo e difficile cammino dell’interpretazione del nostro genoma. Tantissimi gli argomenti interessanti proposti dagli speaker: per il mio blog io ho scelto l’istituzione di un registro pubblico per i test genetici, l’incredibile scoperta che gli RNA messaggeri non sono una copia fedele del DNA e i risultati del grande sondaggio sui test genetici direct-to-consumer.

La scorsa settimana è partita la promozione della 23andMe, che ha deciso di mettere in vendita il proprio pacchetto di test genetici per soli 99 dollari in occasione del Giorno del Ringraziamento. Lo sconto dell’80% ha reso l’offerta praticamente irresistibile per chi come me è appassionato di personal genomics, offerta resa ancora più interessante perché i nuovi clienti testeranno il proprio DNA con il nuovo chip da un milione di SNP. E’ notizia di oggi che l’azienda americana ha deciso di prolungare la promozione fino a Natale, perciò siete ancora in tempo per acquistare il vostro kit; ricordatevi comunque che le informazioni che potrete ottenere da questo test hanno dei grossi limiti che è opportuno tenere sempre presenti.

L’epigenetica torna a mostrare il suo sorprendente potere anche questo mese. Uno studio delle regioni metilate nel genoma dell’ape ha infatti permesso di scoprire il notevole impatto che possono avere le modificazioni epigenetiche a carico del DNA sull’aspetto e sul comportamento di questi insetti. Ciò che distingue le api operaie dall’ape regina sembra infatti essere un diverso schema di metilazione, a sua volta provocato da differenze nella dieta: basta un po’ di pappa reale in più, insomma, per diventare grandi, fertili e vivere molto più a lungo. Addirittura, pare che queste alterazioni possano generare persino versioni differenti delle proteine.

Un’altra scoperta scientifica di rilievo è quella che riguarda un nuovo “gene del dolore“, individuato tramite un approccio che ha coinvolto tre diverse specie (moscerino, topo e uomo). Il gene in questione codifica per la subunità α2δ3 dei canali del calcio, e va ad aggiungersi a un nutrito elenco che forse un giorno servirà come base per la personalizzazione degli antidolorifici. Infine, segnalo l’interessante analisi bioinformatica svolta da Aris Katzourakis e Robert Gifford, che ha permesso di evidenziare la massiccia presenza di fossili di antichi virus all’interno dei genomi di moltissime specie di mammiferi. I due ricercatori arrivano addirittura a suggerire che un gene virale potrebbe essere stato sfruttato dall’uomo per difendersi da altre infezioni.

Siete diabetiche? Potrebbe essere colpa della dieta di papà [Galileo]

Vi segnalo questo mio articolo appena apparso su Galileo. Ancora una volta si parla di epigenetica: questa volta, le famigerate modifiche chimiche, che accendono e spengono i nostri geni senza alterare la sequenza di DNA, sembrano intervenire nei disturbi di carattere metabolico. Ratti maschi a cui viene imposta una dieta molto grassa trasmetterebbero alle figlie la propensione ad ammalarsi di diabete, e tutto questo agendo con le alterazioni epigenetiche. Sembra ormai certo che, alla nascita, ereditiamo non solo il codice genetico dei nostri genitori, ma anche indirettamente il loro stile di vita: l’ambiente in cui viviamo, la nostra alimentazione, gli stress a cui siamo sottoposti, tutte queste cose determinano non solo il modo in cui sono espressi i nostri geni, ma anche quelli delle generazioni che ci seguiranno.

Se il padre ha una dieta ricca di grassi, le figlie rischiano di soffrire di diabete. Lo suggerisce un articolo pubblicato su Nature, in cui un gruppo di ricercatori australiani ha osservato questa relazione in animali da laboratorio.

Margaret J. Morris della University of New South Wales ha fatto assumere cibi con un alto contenuto di grassi ad alcuni ratti, mentre altri, il campione controllo, seguiva la corretta alimentazione. Gli esemplari del primo gruppo sono, ovviamente, aumentati di peso e hanno mostrato i primi sintomi del diabete. Ciò che ha sorpreso i ricercatori è stato scoprire che anche le figlie dei maschi alimentati con molti grassi, pur non essendo obese, erano più propense ad ammalarsi di diabete rispetto alle femmine nate dai ratti nutriti in modo più sano. Le cellule del pancreas responsabili della produzione di insulina si comportavano in modo anomalo, e più di 600 dei loro geni risultavano avere un profilo di espressione alterato.

I ricercatori si sono concentrati sul gene Il13ra2, che nelle femmine diabetiche risultava molto più attivo rispetto al gruppo di figlie controllo, e hanno scoperto che la causa di questa variazione erano le modifiche epigenetiche, cioè quei processi in grado di “spegnere” alcuni geni tramite l’aggiunta di particolari gruppi chimici alla sequenza di Dna. La dieta ricca in grassi, spiegano i ricercatori, avrebbe provocato la rimozione di questi gruppi chimici dal gene Il13ra2, che è stato quindi trasmesso alla progenie in una forma più attiva.

Studi precedenti avevano mostrato che un’alimentazione scorretta da parte delle madri poteva avere effetti dannosi sulla salute dei figli, ma questa è la prima volta – sostengono gli studiosi australiani – in cui è la dieta dei padri a influire sul metabolismo della progenie. Resta ora da verificare che quanto osservato possa ritenersi valido anche per gli esseri umani.

Ng SF et al. “Chronic high-fat diet in fathers programs β-cell dysfunction in female rat offspring” Nature 2010, 467: 963-966

Gli scienziati non hanno dubbi: il futuro della ricerca è nell’epigenomica

C’è una bella definizione di genoma umano, che secondo me rende molto bene l’idea: il genoma è il manuale di istruzioni che le cellule usano per realizzare un essere umano. Una splendida metafora, non c’è che dire, peccato che sia un po’ imprecisa. Infatti, le nostre cellule non hanno a disposizione la stessa copia del prezioso manuale: alcune pagine sono state per così dire strappate, e il risultato è che una cellula della pelle ha delle istruzioni che differiscono leggermente da quelle che ha, ad esempio, una cellula dello stomaco. E’ per questo che esistono tipi di cellule diversi, ognuno con le proprie funzioni, ed è per questo che globalmente abbiamo l’aspetto di un essere umano, con due occhi, un naso, due braccia e – qualche volta – un cervello. Ma perché le istruzioni cambiano da cellula a cellula? Chi ha strappato le pagine del manuale? Il colpevole si chiama epigenomica, cioè quell’insieme di alterazioni che il genoma subisce, senza che la sequenza di DNA venga modificata.

Le modificazioni epigenetiche sono principalmente di due tipi. Il primo si chiama metilazione, e consiste nell’aggiunta di un gruppo chimico (gruppo metile) alla base azotata citosina (C), in specifiche posizioni del genoma: in questo modo, i geni vengono silenziati oppure attivati. Il secondo sono le modificazioni istoniche, che agiscono sulle proteine (istoni) che avvolgono il DNA: i geni possono essere impacchettati così strettamente da risultare praticamente invisibili alla cellula, ed essere in questo modo spenti.

Per capire quali geni sono spenti e quali sono accesi nelle varie parti del nostro corpo, il National Institute of Health sta portando avanti un progetto da 170 milioni di dollari, all’interno del quale quattro grandi istituti di ricerca americani collaborano per realizzare le mappe epigenetiche di tutti i tessuti del corpo umano. Saranno delle mappe di riferimento che i ricercatori di tutto il mondo potranno utilizzare per riconoscere delle eventuali differenze tra cellule malate e cellule sane: molte patologie, dall’Alzheimer al cancro, sono in qualche modo collegate all’epigenetica. Finora sono state prodotte più di 300 mappe relative a 56 tipi cellulari differenti, e quando il progetto terminerà, fra cinque anni, il quadro sarà finalmente completo.

Non tutti i ricercatori sono però esaltati dal Roadmap Epigenomics Project: alcuni credono che le nuove mappe non saranno poi di così grande aiuto per chi deve scoprire eventuali associazioni tra una malattia e delle particolari alterazioni epigenetiche. In questi studi, infatti, devono essere mantenute condizioni uniformi tra malati e casi controllo, ad esempio restringendo l’analisi a una certa fascia d’età o a una certa etnia; quindi, per garantire la confrontabilità, i piccoli laboratori dovranno comunque ricostruire le mappe epigenetiche degli individui sani, e non potranno utilizzare quelle di riferimento prodotte dal progetto. Inoltre, le mappe relative agli individui malati verrebbero realizzate in ogni caso con metodi più economici rispetto a quelli impiegati dai prestigiosi istituti di ricerca coinvolti, e mettere le due mappe a confronto potrebbe essere tecnicamente complicato. Tutti, comunque, sono concordi nel ritenere il progetto del NIH un grande passo avanti per una disciplina che sta impegnando sempre più laboratori in tutto il mondo: lo dimostra il fatto che il numero di articoli scientifici che hanno nel titolo la parola epigenetic è in continua crescita, anno dopo anno.

Fonte: Nature News

Inglesi e cinesi insieme per il più grande studio di epigenetica mai realizzato: parteciperanno cinquemila gemelli

Prendete una coppia di gemelli monozigoti: il loro genoma è identico. Eppure, a volte capita che uno dei due abbia un’allergia e l’altro no, o che uno solo soffra di diabete. Per quale motivo? Dobbiamo chiamare in causa l’epigenetica, cioè tutte quelle alterazioni chimiche che il DNA subisce senza però modificare la sua stessa sequenza: probabilmente i responsabili di questa variabilità sono proprio i meccanismi epigenetici che, fungendo da interruttori molecolari, spengono o accendono i nostri geni. Al fine di quantificare il peso specifico di queste modificazioni, un gruppo inglese leader nelle ricerche sui gemelli, il TwinsUK, ha avviato uno studio di proporzioni vastissime in cui verranno coinvolti 5000 gemelli, già studiati in passato dallo stesso team.

Epitwin è il progetto più grande mai avviato sull’epigenetica, e promette di rivelare le diverse modalità con cui questi processi possono intervenire nel determinare l’insorgenza di una patologia. Inizialmente i ricercatori si focalizzeranno su obesità, diabete, allergie, malattie del cuore, osteoporosi e longevità, ma in futuro si potranno applicare queste stesse tecniche per studiare qualsiasi tratto o condizione patologica. Verranno analizzati 20 milioni di siti CpG nel genoma dei partecipanti, siti scelti proprio perché altamente suscettibili a modificazioni epigenetiche come la metilazione. Il dettagliato profilo epigenetico che verrà creato per ogni gemello sarà quindi analizzato per cercare le differenze tra membri della stessa coppia, differenze che potrebbero spiegare le variazioni nella suscettibilità a questa o quella malattia.

L’epigenetica è un settore molto di moda ultimamente, soprattutto per via di alcuni studi scientifici che hanno mostrato come particolari esperienze di vita vissute da piccoli possano plasmare il nostro carattere, spegnendo e accendendo alcuni geni proprio mediante meccanismi epigenetici. Quello che attende il TwinsUK non sarà comunque un lavoro facile, anche perché i pattern di metilazione possono variare anche in funzione del tipo di tessuto considerato o dello stadio di sviluppo. Una cosa è certa però, per la loro titanica impresa gli inglesi hanno scelto il partner più adatto: collaboreranno infatti con l’istituto di ricerca genomica cinese BGI, diventato famoso per avere recentemente acquistato 128 sequenziatori Illumina di ultima generazione. Il maxi-progetto costerà ai due centri di ricerca 30 milioni di dollari.

Fonte: King’s College
Image Credit: Charity Foundation

Grandi novità per l’epigenomica

La complessità dei genomi non si ferma alla difficoltà nel leggere e comprendere la sequenza nucleotidica che li contraddistingue; esistono infatti delle modifiche chimiche che, pur lasciando invariato il codice genetico, sono in grado di aumentare o diminuire l’espressione di un tratto di DNA. Queste modifiche, studiate dalla epigenomica, rivestono un ruolo fondamentale nei processi di sviluppo negli organismi e sono state spesso associate al cancro e ad altre patologie. A dispetto della loro rilevanza, riuscire a individuare queste modifiche in una sequenza nucleotidica non è stato finora un compito facile, o quantomeno non così semplice come produrre le sequenze stesse con i sequenziatori di nuova generazione.

La metilazione delle basi azotate Citosina e Adenina è la modificazione epigenetica di maggiore interesse e fino ad oggi è stato possibile studiarla principalmente trattando il DNA con il bisolfito. Questo procedimento converte le citosine non metilate in uracile, lasciando intatte quelle metilate: in questo modo è possibile discriminare in seguito a sequenziamento l’una e l’altro tipo di citosina. Purtroppo si tratta di un metodo costosissimo: produrre una mappa di metilazione per un singolo genoma umano verrebbe a costare qualcosa come 100 mila dollari. Non solo, in seguito al trattamento con bisolfito il DNA può subire dei danni, rendendo quindi meno accurata la sequenza nucleotidica che poi verrà letta.

In soccorso degli studiosi di epigenomica è arrivata la Pacific Biosciences, che ha pubblicato su Nature Methods la dimostrazione che, utilizzando il suo metodo di sequenziamento SMRT (Single-Molecule Real-Time sequencing), è possibile riconoscere citosine e adenine metilate durante la stessa procedura di sequenziamento. Infatti, sembra che la presenza di una metilazione influisca sui tempi di emissione dell’impulso luminoso che consente alla macchina di distinguere le diverse basi azotate.

Gli stessi autori ammettono che la tecnica deve ancora essere perfezionata (le citosine metilate sono più difficili da riconoscere rispetto alle adenine), ma il solo fatto che il costo di una mappa di metilazione potrebbe precipitare a poche centinaia di dollari è già di per sè sufficiente a entusiasmare i ricercatori e ovviamente la Pacific Biosciences.

BA Flusberg et al “Direct detection of DNA methylation during single-molecule, real-time sequencing” Nature Methods, published online 9 may 2010