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

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.

Medicina genomica: successi, sfide e opportunità (Parte 2 – La cura dei tumori)

ResearchBlogging.orgEccoci alla seconda puntata della serie di post sulla medicina genomica (qui potete leggere la prima). Come ha influito la rivoluzione genomica sulla cura e la prevenzione della salute? Quali applicazioni cliniche sono ora possibili grazie ai risultati conseguiti dalla ricerca del DNA? Ebbene, se c’è un settore della medicina che è stato influenzato in modo determinante da queste scoperte è sicuramente l’oncologia. Non solo la cura dei tumori è oggi sempre più personalizzata, ciò che stiamo vivendo è un vero e proprio cambio di prospettiva per quanto riguarda l’approccio alla terapia. Si inizia infatti a classificare i tumori non più in base al tessuto malato, ma in funzione delle caratteristiche molecolari del tumore stesso: una mutazione nel genoma o l’espressione alterata di un gene diventano spesso fattori determinanti per caratterizzare un tumore e, di conseguenza, per scegliere la terapia più efficace.

herceptinAd essere onesti, l’idea che un tumore potesse essere curato in modo personalizzato risale a parecchi anni fa, molti anni prima che il genoma umano fosse sequenziato. Già negli anni 80, infatti, si era scoperto che il gene HER-2 era iperattivo nel 30% dei tumori al seno ed era associato a un peggioramento della prognosi. Nel 1998 l’azienda biotech Genentech (poi acquisita dalla Roche) lanciò sul mercato il trastuzumab (nome commerciale Herceptin®), un anticorpo che andava a colpire proprio HER-2. Fu in quel momento che la prospettiva della medicina personalizzata iniziò a farsi strada.

zelborafQualche anno dopo, furono introdotti i test per le mutazioni del gene EGFR, utili nella cura di un tipo di carcinoma polmonare: per i pazienti che presentavano queste mutazioni, infatti, la terapia a base di gefitinib (Iressa®) era più efficace. In modo speculare, si scoprì che i pazienti affetti da carcinoma metastatico del colon-retto che presentavano mutazioni nel gene KRAS erano più resistenti alle terapie con cetuximab (Erbitux®). Oggi, con il sequenziamento NGS (Next-Generation Sequencing) è possibile analizzare contemporaneamente più mutazioni in vari geni, e prescrivere la terapia con la maggior probabilità di successo. Tra l’altro, alcuni farmaci pensati per un tipo di tumore si stanno rivelando efficaci anche per tumori di altri tessuti: il vemurafenib (nome commerciale Zelboraf®), inizialmente progettato per i melanomi con una mutazione nel gene BRAF, sembra funzionare anche con un tipo particolare di leucemia.

Un’altra applicazione molto promettente che però necessita di ulteriori messe a punto è l’uso del sequenziamento NGS per la diagnosi precoce o per il monitoraggio di eventuali recidive: la cosa interessante, in questo caso, è il fatto che tutto questo si farà partendo da un semplice campione di sangue. Nella battaglia contro il cancro, la genomica si sta dimostrando sempre più un’arma straordinaria. Ma non c’è solo l’oncologia: nella prossima puntata vedremo come la genomica sta dando il suo prezioso contributo anche nella diagnosi delle malattie rare.


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