Soddisfazioni

I miei lettori più affezionati si saranno accorti che, rispetto a una volta, scrivo molto meno. Esattamente un anno fa ho trovato un nuovo lavoro che mi piace e mi appassiona, ma al tempo stesso mi lascia poco tempo per scrivere di scienza. Ogni tanto, però, capita l’occasione della vita a cui è impossibile dire di no. Sul numero di Le Scienze in edicola c’è un lungo articolo che porta la mia firma, e che descrive il sequenziamento del genoma del frumento tenero, pubblicato quest’estate su Science. Vi invito a leggerlo e a comunicarmi le vostre impressioni. Sapete, non è stato facile trovare lo stile giusto per una rivista di alto profilo come Le Scienze. Troppo tecnico? Troppo divulgativo? Sono curioso di scoprire se ho indovinato, fatemi sapere. 😉

genomagrano

Vi presento il genoma del frumento

scienceWheatGenomePrima di approdare all’azienda dove lavoro attualmente, ho trascorso quattro anni e mezzo presso un centro di ricerca specializzato in genomica vegetale. L’istituto in questione si trova a Fiorenzuola d’Arda, nel piacentino, e fa parte del Consiglio per la Ricerca e la sperimentazione in Agricoltura (C.R.A.), un ente istituito nel 1997 che ha 15 sedi sparse in tutta Italia, ognuna con competenze e obiettivi specifici. A Fiorenzuola si sperimentano nuove varietà di cereali, si studia la resistenza a malattie e, in particolar modo negli ultimi anni, si studiano i genomi delle specie vegetali più interessanti dal punto di vista agronomico. I ricercatori che lavorano nel campo umano possono contare oggi su enormi quantità di informazioni, anche in ambito genomico, ma la situazione è molto diversa per chi lavora con le piante. Basti pensare che a distanza di 14 anni dal sequenziamento del genoma umano, ancora mancano delle sequenze genomiche complete per diverse colture.

ResearchBlogging.orgHo fatto questa lunga premessa perché oggi è stato compiuto un passo importantissimo per la genomica vegetale e per l’agricoltura in genere, e anche io posso vantare un piccolo contributo in questo grande risultato. Sul numero odierno di Science è stata infatti pubblicata la prima bozza del genoma del frumento tenero (Triticum aestivum), per intenderci quello che si usa per fare il pane (pdf). Il frumento tenero è un vero e proprio incubo per chi si occupa di genomica: innanzitutto – a differenza di noi umani che ne abbiamo due – il genoma del frumento ha 6 copie di ciascun cromosoma, eredità di antichi incroci tra tre diverse piante selvatiche; in secondo luogo è pieno di sequenze di DNA ripetute (la percentuale si aggira attorno all’80%), cosa che ha complicato notevolmente e quindi ritardato l’assemblaggio di un’unica sequenza genomica; infine, il genoma del frumento ha delle dimensioni mostruose (17 miliardi di paia di basi, cinque volte il genoma umano). Il consorzio internazionale che si occupa di sequenziare Triticum aestivum ha dovuto seguire una strategia un po’ laboriosa per tentare di superare questi ostacoli: con una apposita tecnica sono stati separati i 21 (7×3) cromosomi che compongono il suo genoma, e ogni cromosoma è stato poi sequenziato e assemblato in modo indipendente. Dopodiché è iniziato il lungo lavoro di annotazione: geni codificanti proteine, elementi ripetuti, microRNA. Ed è qui che entro in gioco io: i microRNA sono stati il mio pane quotidiano per tutto il mio dottorato.

plantmicrornasNon vi tedierò con i dettagli tecnici, vi basti sapere che queste molecole svolgono una importante funzione di regolazione, spegnendo all’occorrenza i ben più famosi geni che codificano proteine. Sappiamo che molti microRNA svolgono una funzione importante in condizioni di stress della pianta, come siccità o infezioni da patogeni, ma è soprattutto per il loro ruolo durante lo sviluppo che sono diventati celebri. Purtroppo i microRNA hanno un aspetto abbastanza anonimo: li riconosci perché si ripiegano a formare una struttura simile a una forcina per capelli, ma ahimé di possibili forcine per capelli se ne trovano a milioni in un genoma. Distinguere un vero microRNA da una sequenza che per puro caso può assumere quella particolare conformazione è insomma un’impresa ardua. Alla fine si è deciso di farci aiutare dai microRNA noti in altre specie: isolare sequenze simili a microRNA già conosciuti è un ottimo punto di partenza quando non sai da dove cominciare. A quel punto abbiamo usato un software basato su un modello probabilistico che, in base alle caratteristiche strutturali della molecola, decide se si tratta di un microRNA oppure no. Così facendo abbiamo selezionato un set di poco meno di 100mila sequenze che avevano le carte in regola per essere potenziali microRNA.

Il frumento tenero sembra avere quindi un enorme arsenale di microRNA, benché sia attualmente poco sfruttato. Dai dati a nostra disposizione infatti, solo una piccola frazione di queste sequenze risulta essere espressa e quindi attiva: la gran parte di esse sembra essere per così dire dormiente, almeno nelle condizioni biologiche che sono state studiate finora. Non escludiamo tuttavia che in particolari situazioni di stress, anche questi microRNA possano “risvegliarsi” e fornire il loro contributo. Ma c’è un altro aspetto che emerge in modo molto forte da questa analisi. I microRNA che abbiamo trovato sono in gran parte sovrapposti ai cosiddetti trasposoni o elementi trasponibili, cioè sequenze di DNA che hanno la capacità di spostarsi o duplicarsi nei genomi. Questo fatto sembra confermare una teoria molto interessante, secondo la quale sono proprio i trasposoni che, con il loro girovagare, hanno consentito l’evoluzione di nuovi microRNA. Ma non è tutto. L’affascinante storia evolutiva del frumento ha lasciato ampie tracce nel suo genoma, descritto con dovizia di particolari nell’articolo appena uscito su Science. Un articolo frutto di anni di lavoro, portato avanti con determinazione dal consorzio internazionale IWGSC.

CRA-GPGCerto il mio è stato un piccolo (ma importante) contributo, tuttavia è comunque piacevole leggere il proprio nome su una delle riviste scientifiche più quotate al mondo. Inoltre, questo articolo servirà a ricordarmi la bellissima esperienza che ho vissuto con i colleghi e amici di Fiorenzuola d’Arda: lavoro e studio, ma anche tante risate in compagnia. Soprattutto mi ricorderà Primetta, una persona davvero fantastica che ho avuto la fortuna di avere al mio fianco mentre compivo i primi passi da giovane ricercatore. Sarei felice di festeggiare con tutti loro questa pubblicazione su Science, magari davanti a un piatto di chisolini e a un buon bicchiere di Gutturnio.


La vignetta “Plant microRNAs – The birth of the regulators” è una creazione di Pablo Manavella (Conceptual Design) e Nicolas Cinquegrani (Artwork).


Mayer, K., Rogers, J., Dole el, J., Pozniak, C., Eversole, K., Feuillet, C., Gill, B., Friebe, B., Lukaszewski, A., Sourdille, P., Endo, T., Kubalakova, M.,  ihalikova, J., Dubska, Z., Vrana, J.,  perkova, R.,  imkova, H., Febrer, M., Clissold, L., McLay, K., Singh, K., Chhuneja, P., Singh, N., Khurana, J., Akhunov, E., Choulet, F., Alberti, A., Barbe, V., Wincker, P., Kanamori, H., Kobayashi, F., Itoh, T., Matsumoto, T., Sakai, H., Tanaka, T., Wu, J., Ogihara, Y., Handa, H., Maclachlan, P., Sharpe, A., Klassen, D., Edwards, D., Batley, J., Olsen, O., Sandve, S., Lien, S., Steuernagel, B., Wulff, B., Caccamo, M., Ayling, S., Ramirez-Gonzalez, R., Clavijo, B., Wright, J., Pfeifer, M., Spannagl, M., Martis, M., Mascher, M., Chapman, J., Poland, J., Scholz, U., Barry, K., Waugh, R., Rokhsar, D., Muehlbauer, G., Stein, N., Gundlach, H., Zytnicki, M., Jamilloux, V., Quesneville, H., Wicker, T., Faccioli, P., Colaiacovo, M., Stanca, A., Budak, H., Cattivelli, L., Glover, N., Pingault, L., Paux, E., Sharma, S., Appels, R., Bellgard, M., Chapman, B., Nussbaumer, T., Bader, K., Rimbert, H., Wang, S., Knox, R., Kilian, A., Alaux, M., Alfama, F., Couderc, L., Guilhot, N., Viseux, C., Loaec, M., Keller, B., & Praud, S. (2014). A chromosome-based draft sequence of the hexaploid bread wheat (Triticum aestivum) genome Science, 345 (6194), 1251788-1251788 DOI: 10.1126/science.1251788

Il tuo genoma è a portata di click

A quanto si legge sul suo sito internet, la Gene By Gene è la società che per prima ha iniziato ad offrire al pubblico test del DNA per la genealogia genetica. Oggi esistono diverse aziende che vendono questo genere di servizi, ma il settore è ancora saldamente nelle sue mani: è proprietaria di Family Tree DNA, che si vanta di avere il database genealogico più grande al mondo, e partecipa attivamente al National Genographic Project. Come se non bastasse, oggi la Gene By Gene è anche l’unica azienda al mondo ad offrire un sequenziamento genomico completo direttamente ai consumatori. Il nome del nuovo prodotto presentato pochi giorni fa dalla società americana, infatti, parla chiaro: DNA DTC, dove DTC sta per Direct-To-Consumer.

GENOME

Per soli 5495 dollari (circa 4100 euro) potete acquistare il sequenziamento del vostro intero genoma direttamente dal loro sito internet. La sequenza genomica dovrebbe essere di buona qualità, in quanto prodotta con un sequenziatore di nuova generazione (Illumina HiSeq) con una copertura di 30X. C’è però un problemino, anzi due. Il primo è che i signori della Gene By Gene non si sporcano le mani per un solo genoma, dovete acquistare almeno tre sequenziamenti con un solo ordine. In pratica è un po’ come quando andate al ristorante e nel menu trovate scritto: “Fiorentina minimo 2 persone”. Ecco, il discorso è simile, soltanto che in questo caso state ordinando una fiorentina da quattromila euro, e invece di un amico ve ne servono due. Il secondo problema è che quello che state acquistando è in realtà soltanto la sequenza grezza del vostro genoma, cioè una lunga sequenza di lettere senza nessuna interpretazione. Se già i test genetici attualmente in vendita in Italia hanno un’utilità limitata, nel caso del sequenziamento genomico completo siamo ancora più indietro. Per poter cavare qualche informazione di valore da quella sfilza di A, C, G e T, sono infatti necessari dei team di ricercatori, medici e bioinformatici che lavorano insieme per mesi interi. E molto spesso la sequenza genomica diventa davvero importante solamente in campo oncologico, oppure nelle diagnosi di patologie genetiche particolarmente complesse da caratterizzare. Sperare di ottenerne informazioni davvero utili per una persona sana è poco realistico.

In futuro, però, le cose potrebbero cambiare. Mano a mano che la ricerca scoprirà nuovi fattori genetici alla base di malattie comuni e rare, e il modo in cui questi fattori interagiscono tra loro e con il nostro stile di vita, acquistare la propria sequenza genomica su un sito internet potrebbe diventare un investimento interessante (e sicuramente più economico). Molto probabilmente, però, le aziende che offriranno questi servizi lo faranno come fa oggi Gene By Gene: a essere venduta, magari alla metà del costo attuale, sarà la sequenza genomica grezza. E il business del futuro sarà nell’interpretazione dei dati genomici, su questo sono sicuro. Poiché la ricerca è per sua natura un processo in continua evoluzione, continueranno ad apparire nuove chiavi di lettura e nuovi modi per interpretare un genoma. Vedremo spuntare come funghi siti web che faranno proprio questo: carichi un file, il sito analizza i tuoi dati e scarichi il tuo referto. Le aziende di genomica personale non svolgeranno nemmeno più le analisi in laboratorio, dal momento che per molte persone la sequenza sarà già memorizzata in un hard disk o in una chiavetta USB come un semplice file di testo. Ne parlo anche nell’articolo che ho pubblicato questa estate insieme a Keith Grimaldi: quando si pensa di regolamentare questo settore, non bisogna commettere l’errore di pensare che un’analisi genetica possa limitarsi a qualche reazione chimica eseguita in un laboratorio. Imporre degli standard di qualità per le procedure tecniche è cosa buona e giusta, ma ricordiamoci sempre che un dato è utile solo quando ne conosciamo il significato: serve a poco avere una sequenza genomica di qualità, se poi per l’interpretazione ci affidiamo a un incompetente! Bisognerebbe quindi iniziare a pensare a una regolamentazione anche di questi servizi, se non vogliamo che i consumatori finiscano vittime di truffe. Ma questo è un altro discorso. Insomma, concludendo: siete liberissimi di andare sul sito di DNA DTC e cliccare sul tasto “Place an order”. Io però vi ho avvertito, non c’è il “soddisfatti o rimborsati”!