Pubblicato su Nature il genoma del pomodoro – Tra gli autori molti ricercatori italiani

ResearchBlogging.orgUn consorzio di ricerca internazionale ha pubblicato su Nature il genome paper relativo a una delle più importanti specie vegetali di interesse agronomico: il pomodoro (Solanum lycopersicum). Oltre al pomodoro coltivato, che ha un genoma di circa 900 milioni di paia di basi, i ricercatori hanno sequenziato anche il genoma di una specie selvatica (Solanum pimpinellifolium), che ha permesso loro di fare delle interessanti analisi filogenetiche. Per avere un quadro ancora più completo della storia di questa pianta, è stato anche considerato il genoma di un’altra specie appartenente alla stessa famiglia, quella delle Solanaceae: la patata, il cui genoma era stato pubblicato l’estate scorsa.

Secondo le analisi, il genoma del pomodoro avrebbe subito due eventi di triplicazione. Il primo, avvenuto circa 130 milioni di anni fa, accomuna tutte le piante del gruppo dei rosidi (come la vite e molti alberi da frutto) e degli asteridi (come il pomodoro e la patata). Il secondo, più recente, è avvenuto 60 milioni di anni fa e ha portato alla nascita di alcuni geni che sarebbero diventati poi fondamentali per caratteri agronomicamente interessanti come quelli relativi alla maturazione del frutto.

Tra gli autori che si sono meritati la copertina di Nature ci sono diversi gruppi italiani, ricercatori con i quali ho anche avuto il piacere di collaborare personalmente. Sono Alessandro Albiero, Francesca Dal Pero e Sara Todesco della BMR Genomics di Padova; Gianluca De Bellis, Fabio Fuligni e Clelia Peano del CNR di Milano; Silvana Grandillo e Pasquale Termolino del CNR di Napoli; Marco Pietrella, Elio Fantini, Giulia Falcone, Alessia Fiore e Giovanni Giuliano dell’ENEA di Roma; Loredana Lopez, Paolo Facella, Gaetano Perrotta e Loretta Daddiego dell’ENEA di Matera; Amalia Barone, Maria Luisa Chiusano, Maria Raffaella Ercolano, Nunzio D’Agostino, Miriam Di Filippo, Alessandra Traini, Walter Sanseverino e Luigi Frusciante dell’Università di Napoli; Alessandro Vezzi, Michela D’Angelo, Rosanna Zimbello, Riccardo Schiavon, Elisa Caniato, Chiara Rigobello, Davide Campagna, Nicola Vitulo e Giorgio Valle dell’Università di Padova; Emanuele De Paoli dell’Università di Udine e Giulio Gianese della Ylichron SrL di Roma.


Sato, S., Tabata, S., Hirakawa, H., Asamizu, E., Shirasawa, K., Isobe, S., Kaneko, T., Nakamura, Y., Shibata, D., Aoki, K., Egholm, M., Knight, J., Bogden, R., Li, C., Shuang, Y., Xu, X., Pan, S., Cheng, S., Liu, X., Ren, Y., Wang, J., Albiero, A., Dal Pero, F., Todesco, S., Van Eck, J., Buels, R., Bombarely, A., Gosselin, J., Huang, M., Leto, J., Menda, N., Strickler, S., Mao, L., Gao, S., Tecle, I., York, T., Zheng, Y., Vrebalov, J., Lee, J., Zhong, S., Mueller, L., Stiekema, W., Ribeca, P., Alioto, T., Yang, W., Huang, S., Du, Y., Zhang, Z., Gao, J., Guo, Y., Wang, X., Li, Y., He, J., Li, C., Cheng, Z., Zuo, J., Ren, J., Zhao, J., Yan, L., Jiang, H., Wang, B., Li, H., Li, Z., Fu, F., Chen, B., Han, B., Feng, Q., Fan, D., Wang, Y., Ling, H., Xue, Y., Ware, D., Richard McCombie, W., Lippman, Z., Chia, J., Jiang, K., Pasternak, S., Gelley, L., Kramer, M., Anderson, L., Chang, S., Royer, S., Shearer, L., Stack, S., Rose, J., Xu, Y., Eannetta, N., Matas, A., McQuinn, R., Tanksley, S., Camara, F., Guigó, R., Rombauts, S., Fawcett, J., Van de Peer, Y., Zamir, D., Liang, C., Spannagl, M., Gundlach, H., Bruggmann, R., Mayer, K., Jia, Z., Zhang, J., Ye, Z., Bishop, G., Butcher, S., Lopez-Cobollo, R., Buchan, D., Filippis, I., Abbott, J., Dixit, R., Singh, M., Singh, A., Kumar Pal, J., Pandit, A., Kumar Singh, P., Kumar Mahato, A., Dogra, V., Gaikwad, K., Raj Sharma, T., Mohapatra, T., Kumar Singh, N., Causse, M., Rothan, C., Schiex, T., Noirot, C., Bellec, A., Klopp, C., Delalande, C., Berges, H., Mariette, J., Frasse, P., Vautrin, S., Zouine, M., Latché, A., Rousseau, C., Regad, F., Pech, J., Philippot, M., Bouzayen, M., Pericard, P., Osorio, S., Fernandez del Carmen, A., Monforte, A., Granell, A., Fernandez-Muñoz, R., Conte, M., Lichtenstein, G., Carrari, F., De Bellis, G., Fuligni, F., Peano, C., Grandillo, S., Termolino, P., Pietrella, M., Fantini, E., Falcone, G., Fiore, A., Giuliano, G., Lopez, L., Facella, P., Perrotta, G., Daddiego, L., Bryan, G., Orozco, M., Pastor, X., Torrents, D., van Schriek, M., Feron, R., van Oeveren, J., de Heer, P., daPonte, L., Jacobs-Oomen, S., Cariaso, M., Prins, M., van Eijk, M., Janssen, A., van Haaren, M., Jo, S., Kim, J., Kwon, S., Kim, S., Koo, D., Lee, S., Hur, C., Clouser, C., Rico, A., Hallab, A., Gebhardt, C., Klee, K., Jöcker, A., Warfsmann, J., Göbel, U., Kawamura, S., Yano, K., Sherman, J., Fukuoka, H., Negoro, S., Bhutty, S., Chowdhury, P., Chattopadhyay, D., Datema, E., Smit, S., Schijlen, E., van de Belt, J., van Haarst, J., Peters, S., van Staveren, M., Henkens, M., Mooyman, P., Hesselink, T., van Ham, R., Jiang, G., Droege, M., Choi, D., Kang, B., Dong Kim, B., Park, M., Kim, S., Yeom, S., Lee, Y., Choi, Y., Li, G., Gao, J., Liu, Y., Huang, S., Fernandez-Pedrosa, V., Collado, C., Zuñiga, S., Wang, G., Cade, R., Dietrich, R., Rogers, J., Knapp, S., Fei, Z., White, R., Thannhauser, T., Giovannoni, J., Angel Botella, M., Gilbert, L., Gonzalez, R., Luis Goicoechea, J., Yu, Y., Kudrna, D., Collura, K., Wissotski, M., Wing, R., Schoof, H., Meyers, B., Bala Gurazada, A., Green, P., Mathur, S., Vyas, S., Solanke, A., Kumar, R., Gupta, V., Sharma, A., Khurana, P., Khurana, J., Tyagi, A., Dalmay, T., Mohorianu, I., Walts, B., Chamala, S., Brad Barbazuk, W., Li, J., Guo, H., Lee, T., Wang, Y., Zhang, D., Paterson, A., Wang, X., Tang, H., Barone, A., Luisa Chiusano, M., Raffaella Ercolano, M., D’Agostino, N., Di Filippo, M., Traini, A., Sanseverino, W., Frusciante, L., Seymour, G., Elharam, M., Fu, Y., Hua, A., Kenton, S., Lewis, J., Lin, S., Najar, F., Lai, H., Qin, B., Qu, C., Shi, R., White, D., White, J., Xing, Y., Yang, K., Yi, J., Yao, Z., Zhou, L., Roe, B., Vezzi, A., D’Angelo, M., Zimbello, R., Schiavon, R., Caniato, E., Rigobello, C., Campagna, D., Vitulo, N., Valle, G., Nelson, D., De Paoli, E., Szinay, D., de Jong, H., Bai, Y., Visser, R., Klein Lankhorst, R., Beasley, H., McLaren, K., Nicholson, C., Riddle, C., Gianese, G., Sato, S., Tabata, S., Mueller, L., Huang, S., Du, Y., Li, C., Cheng, Z., Zuo, J., Han, B., Wang, Y., Ling, H., Xue, Y., Ware, D., Richard McCombie, W., Lippman, Z., Stack, S., Tanksley, S., Van de Peer, Y., Mayer, K., Bishop, G., Butcher, S., Kumar Singh, N., Schiex, T., Bouzayen, M., Granell, A., Carrari, F., De Bellis, G., Giuliano, G., Bryan, G., van Eijk, M., Fukuoka, H., Chattopadhyay, D., van Ham, R., Choi, D., Rogers, J., Fei, Z., Giovannoni, J., Wing, R., Schoof, H., Meyers, B., Khurana, J., Tyagi, A., Dalmay, T., Paterson, A., Wang, X., Frusciante, L., Seymour, G., Roe, B., Valle, G., de Jong, H., & Klein Lankhorst, R. (2012). The tomato genome sequence provides insights into fleshy fruit evolution Nature, 485 (7400), 635-641 DOI: 10.1038/nature11119

Nature Genetics a 36 euro!

Per celebrare l’elevato impact factor delle sue riviste, Nature Publishing Group ha lanciato un’offerta speciale valida fino al 15 novembre. In pratica, il prezzo di un abbonamento annuale a una rivista (sia in formato cartaceo che elettronico) coincide con l’impact factor meritato dalla rivista stessa: si tratta di numeri molto alti per un impact factor, ma quasi insignificanti per un abbonamento a una rivista scientifica!

E’ quindi un’occasione da non perdere per chi vuole regalarsi un anno di scienza d’alto livello: Nature – la rivista madre – costa appena 36 euro (anziché 209), così come Nature Genetics (36 euro invece di 287!).

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Il genoma della patata

Le facciamo bollite, fritte, al forno. Le usiamo per fare crocchette, puré, gnocchi e persino focacce. Sono vendute anche come snack in tutti i supermercati, ma le mangiamo soprattutto a tavola, principalmente come contorno dei secondi piatti. Fanno parte della cucina tipica italiana (vedi la pitta pugliese) e di moltissime cucine straniere (dal famoso fish and chips al rösti svizzero). Conosciamo un milione di modi per cucinare questo tubero prelibato, e ora conosciamo anche il suo genoma.

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La sequenza genomica di Solanum tuberosum è stata pubblicata sulla rivista Nature da un consorzio internazionale formato da 26 istituti di ricerca, tra cui l’italiana Enea. Nel lavoro si legge che il genoma della patata, lungo 844 milioni di basi, è stato sequenziato e assemblato per l’86%, mediante l’utilizzo combinato di tecnologie di nuova e vecchia generazione.

In realtà, la sequenza pubblicata non si riferisce alla patata commerciale che tutti conosciamo, ma a una varietà più vicina alla patata originale del Sud America. Il motivo è presto detto: il genoma della varietà commerciale è tetraploide (significa che possede quattro copie per ognuno dei 12 cromosomi), e inoltre ha un elevato grado di eterozigosità (le quattro copie sono molto diverse tra loro). La varietà sequenziata è stata realizzata partendo invece da una varietà diploide, che possedeva cioè soltanto due copie per ogni cromosoma: selezionando e duplicando una sola copia di questi, gli scienziati sono riusciti a ottenere una patata doppio-monoploide, con un genoma molto più semplice da sequenziare.

Le prime analisi dicono che la patata possiede circa 39mila geni, di cui quasi il 90% è attivo in almeno un tessuto della pianta. I ricercatori hanno identificato centinaia di geni di resistenza a varie malattie, che saranno estremamente utili per selezionare varietà più resistenti ai patogeni, come la peronospora della patata che mise in ginocchio l’Irlanda a metà dell’800. La sequenza genomica è stata analizzata anche per fare luce sull’evoluzione dei tuberi, assenti in altre Solanacee come il pomodoro.

Dal punto di vista nutrizionale, le patate sono una fonte importante di carboidrati, fibre e proteine, e sono inoltre ricche di vitamine e sali minerali. Nel 2009 la produzione di patate ha raggiunto i 330 milioni di tonnellate (dati FAO), a testimoniare il ruolo fondamentale di questo tubero per l’alimentazione umana, specialmente nei Paesi in via di sviluppo. La speranza è che grazie al genoma appena pubblicato potremo aumentarne le rese e – perché no – migliorarne la qualità.

Altri link:


Xu, X., Pan, S., Cheng, S., Zhang, B., Mu, D., Ni, P., Zhang, G., Yang, S., Li, R., Wang, J., Orjeda, G., Guzman, F., Torres, M., Lozano, R., Ponce, O., Martinez, D., De la Cruz, G., Chakrabarti, S., Patil, V., Skryabin, K., Kuznetsov, B., Ravin, N., Kolganova, T., Beletsky, A., Mardanov, A., Di Genova, A., Bolser, D., Martin, D., Li, G., Yang, Y., Kuang, H., Hu, Q., Xiong, X., Bishop, G., Sagredo, B., Mejía, N., Zagorski, W., Gromadka, R., Gawor, J., Szczesny, P., Huang, S., Zhang, Z., Liang, C., He, J., Li, Y., He, Y., Xu, J., Zhang, Y., Xie, B., Du, Y., Qu, D., Bonierbale, M., Ghislain, M., del Rosario Herrera, M., Giuliano, G., Pietrella, M., Perrotta, G., Facella, P., O’Brien, K., Feingold, S., Barreiro, L., Massa, G., Diambra, L., Whitty, B., Vaillancourt, B., Lin, H., Massa, A., Geoffroy, M., Lundback, S., DellaPenna, D., Robin Buell, C., Sharma, S., Marshall, D., Waugh, R., Bryan, G., Destefanis, M., Nagy, I., Milbourne, D., Thomson, S., Fiers, M., Jacobs, J., Nielsen, K., Sønderkær, M., Iovene, M., Torres, G., Jiang, J., Veilleux, R., Bachem, C., de Boer, J., Borm, T., Kloosterman, B., van Eck, H., Datema, E., te Lintel Hekkert, B., Goverse, A., van Ham, R., & Visser, R. (2011). Genome sequence and analysis of the tuber crop potato Nature DOI: 10.1038/nature10158

L’eredità del genoma umano


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In queste settimane le riviste Science e Nature stanno festeggiando un anniversario importante: sono passati infatti dieci anni dalla pubblicazione dei due articoli che annunciavano il sequenziamento del genoma umano. Il 15 Febbraio 2001 Nature pubblicava Initial sequencing and analysis of the human genome a cura del consorzio pubblico Human Genome Project, mentre la stessa settimana Science usciva con i risultati dell’azienda privata Celera Genomics di Craig Venter. Cosa abbiamo imparato nei dieci anni che ci separano da quello storico traguardo scientifico? Ce lo racconta Eric Lander, che fu primo autore nel lavoro pubblicato su Nature. La sua review passa in rassegna tutti i progressi che grazie al genoma sono stati fatti nella ricerca di base, nella medicina e nella comprensione della storia evolutiva della nostra specie. E’ un resoconto completo e dettagliato che vi consiglio caldamente di leggere; per chi non avesse voglia di addentrarsi nella corposa review, tratterò qui i punti salienti.

Ricerca di base

Una volta sequenziato il genoma umano, la prima grande sorpresa fu l’esiguo numero di geni in esso contenuto. Prima del 2000 le stime relative a questo numero oscillavano ampiamente, passando da 35mila a oltre 100mila, mentre oggi sappiamo che i geni codificanti per proteine sono molti meno, circa 21mila. Se da una parte il ruolo delle proteine si è un po’ ridimensionato, dall’altra hanno acquisito sempre maggiore importanza altri elementi funzionali in precedenza sottovalutati. Ad esempio, sappiamo che la maggior parte della porzione funzionale del nostro genoma non codifica per proteine.

Da analisi di genomica comparativa è emerso che il 6% del nostro codice genetico è stato selezionato dall’evoluzione negli ultimi 100 milioni di anni per svolgere una qualche funzione, ma non si tratta solo di proteine, anzi: queste occupano solo l’1.5% del genoma, ed è quindi evidente che siano stati altri elementi quelli davvero importanti per lo sviluppo della nostra specie. Questi misteriosi artefici dell’evoluzione non sono altro che sequenze regolative: i mattoncini di base (le proteine) sono sempre gli stessi, ma è migliorato il modo di organizzarli e metterli insieme. Gli RNA non codificanti, ad esempio, derivano da tratti del genoma che non sono destinati a diventare proteine, eppure riescono a plasmare le nostre cellule agendo sui livelli di espressione proteica.

Tra di essi gli esponenti più famosi sono i microRNA, piccole sequenze che spengono gli RNA messaggeri, cioè le molecole che trasformano l’informazione contenuta nel DNA in proteine. In questi anni sono state individuate circa 100 famiglie di microRNA evolutivamente conservate, e si calcola che in media un solo microRNA possa controllare l’espressione di circa 200 proteine. Le alterazioni epigenetiche sono un altro modo per decidere quali geni accendere e quali spegnere: si tratta di modificazioni chimiche che rendono una regione genomica più o meno attiva, e stanno diventando sempre più importanti agli occhi dei ricercatori. Un ulteriore livello di complessità scoperto recentemente è dato dalle interazioni tra geni fisicamente lontani, interazioni che si verificano perché il genoma, avendo una sua struttura tridimensionale, può mettere a contatto punti diversi dei cromosomi.

Variabilità genomica

Il genoma umano ha una struttura sorprendentemente semplice: è costituito da blocchi (chiamati aplotipi) che contengono le principali varianti genetiche diffuse nelle popolazioni, e sono sufficienti meno di un milione di polimorfismi SNP per catturare il 90% della variabilità esistente in natura. Le varianti con frequenza maggiore del 5% (le cosiddette varianti comuni) sono state scoperte quasi tutte ormai, e adesso non resta che andare più in profondità per portare alla luce anche le varianti più o meno rare: è lo scopo del progetto 1000 Genomi.

Medicina

Quando fu lanciato il progetto per sequenziare il genoma umano, si conoscevano meno di 100 geni legati alle malattie; oggi abbiamo individuato più di 2850 geni relativi a malattie di tipo mendeliano, che cioè dipendono dal malfunzionamento di un singolo gene. Avere la possibilità di leggere un intero genoma diventa sempre più fondamentale anche per la pratica clinica: per identificare le cause genetiche di malattie rare particolarmente ostiche da diagnosticare, molti medici iniziano a scegliere la strada del sequenziamento genomico.

Lasciamo le malattie rare per parlare di quelle comuni, che sono tutto un altro capitolo. Non essendo caratteri di tipo mendeliano, esse dipendono dall’interazione di più geni, che insieme a diversi fattori ambientali ci portano ad ammalarci. Prima del sequenziamento del genoma umano, le basi genetiche di moltissime di queste malattie erano totalmente sconosciute. Oggi invece siamo a conoscenza di 1100 posizioni nel genoma (o loci genomici) che in qualche modo sono associate a 165 tra malattie e caratteri non patologici, e quasi tutte queste informazioni le abbiamo ottenute dal 2007 in poi, quando cioè si è iniziato a fare un uso massiccio degli studi di associazione genome-wide (GWAS). Ad esempio sono noti 41 loci legati al diabete di tipo I, 95 loci associati ai livelli di colesterolo e ben 180 loci responsabili dell’altezza di un individuo.

In generale, si è capito che la maggior parte dei tratti sono influenzati da un grande numero di loci, e che la maggior parte delle varianti comuni presenti in queste posizioni chiave hanno un effetto modesto (alzano il rischio di ammalarsi del 10-50%, proprio come molti fattori ambientali). Per riuscire a determinare tutte le basi genetiche di questi tratti complessi, è ora necessario investigare le varianti rare, le interazioni tra geni e le interazioni tra geni e ambiente. Molti hanno criticato i GWAS perché non sono riusciti a far emergere tutte le cause genetiche delle malattie comuni, e quindi non è ancora possibile fare predizioni efficaci sul rischio di ammalarsi. Tuttavia, Eric Lander ricorda che lo scopo primario dei GWAS non è questo, bensì svelare i meccanismi cellulari responsabili delle malattie: è attraverso la conoscenza anche parziale di questi meccanismi che sarà possibile mettere a punto delle cure efficaci.

Il sequenziamento del genoma è stato un passo fondamentale anche per la ricerca sul cancro. Prima del 2000, erano stati scoperti circa 80 geni coinvolti nei processi tumorali; oggi siamo arrivati a 230, a testimonianza di una conoscenza del fenomeno notevolmente migliorata. Subito dopo il sequenziamento del genoma umano sono state individuate mutazioni in geni chiave nel melanoma, nel tumore del colon-retto e nel cancro ai polmoni. Sono stati poi scoperti geni amplificati nelle cellule tumorali, così come geni sottoespressi o traslocati dalle loro posizioni originarie sul genoma. Oggi, sapere quali geni sono sovra o sottoespressi rispetto alla norma può aiutare a capire, ad esempio, quali pazienti con tumore al seno trarranno maggior beneficio dalla chemioterapia in seguito all’intervento chirurgico.

Storia dell’uomo

Le nostre conoscenze sulla storia evolutiva di Homo sapiens sono cambiate drasticamente dal 2000 a oggi. La nostra migrazione dall’Africa si inserisce in un quadro molto più ricco e complesso di quanto si credesse una volta, basti pensare che oggi crediamo che Europei e Asiatici moderni abbiano ereditato dall’1 al 4% del proprio genoma dagli uomini di Neanderthal. Il progetto HapMap , che studia la variabilità genetica nelle popolazioni umane, ci ha permesso di seguire la colonizzazione del mondo da parte della nostra specie, così come di evidenziare gli stratagemmi genetici utilizzati dalle diverse popolazioni per adattarsi a climi e ambienti differenti: si tratta soprattutto di geni coinvolti nella pigmentazione della pelle, nella risposta ad agenti infettivi e nella percezione sensoriale. Casi di selezione positiva più antica possono invece spiegare cosa ci ha permesso di evolverci dalle scimmie e diventare quello che siamo: sono le cosiddette human accelerated regions (HARs), cioè quelle regioni del genoma che sono mutate molto più velocemente da quando ci siamo separati dagli scimpanzé, rispetto ai precedenti 100 milioni di anni. HAR1 è una di queste, ed è coinvolta nella crescita delle dimensioni del nostro cervello; HAR2 potrebbe averci regalato il pollice opponibile; FOXP2, invece, potrebbe essere legato allo sviluppo del linguaggio.

Sembra assurdo che 25 anni fa i biologi si domandassero quale potesse essere l’utilità di sequenziare il genoma umano; oggi, al contrario, non riusciamo a immaginare come si potesse fare ricerca senza questa preziosissima conoscenza. Grazie ad essa abbiamo risposto a tante domande sulla nostra storia, sulle cause delle nostre malattie e più in generale su come funzioniamo. Tuttavia, la strada da percorrere è ancora lunga, perché se c’è una lezione che abbiamo imparato e su cui tutti i ricercatori sono d’accordo è proprio questa: che il nostro genoma resta ancora un grande mistero, un mistero che nasconde moltissimi segreti in attesa di essere svelati.


Lander, E. (2011). Initial impact of the sequencing of the human genome Nature, 470 (7333), 187-197 DOI: 10.1038/nature09792

Fonte: M. Colaiacovo – estropico.blogspot.com

Altri link:

Le previsioni di Nature per il 2011: sarà l’anno in cui la genomica diventa adolescente?

Mark Henderson scrive sul Times che il 2011 sarà l’anno in cui la medicina genomica raggiungerà l’età dell’adolescenza. Cosa significa esattamente? Forse potrebbero aiutarci a capirlo le previsioni che fa la rivista Nature per quanto riguarda le scoperte scientifiche dell’anno nuovo appena iniziato. Ecco le due che riguardano la genomica.

GWAS prove their worth Genome-wide association studies (GWAS) have uncovered plenty of links between diseases and particular regions of the genome, but frustratingly haven’t revealed much about the biochemistry behind these associations. In 2011, expect to see real mechanistic insights explaining how genes, and non-coding regions, affect the medical conditions they have been linked with. Metabolism, obesity and diabetes are among the hottest targets.

Genome-sequencing explosion This year should surely see the price of human-genome sequencing dropping to US$1,000 per genome. As next-generation sequencing machines reach the market, the number of fully sequenced human genomes will skyrocket.

Secondo Nature, quindi, vedremo il raggiungimento della fatidica soglia dei 1000 dollari per quanto riguarda il costo del sequenziamento di un genoma umano. Sappiamo che i prezzi stanno precipitando, e che il mercato sta iniziando ad affollarsi di nuove tecnologie sempre più rapide ed economiche (la cosiddetta “terza generazione”). Il traguardo dei 1000 dollari è sempre più vicino quindi, e sarebbe un momento storico, perché di colpo la genomica diventerebbe accessibile a tutti: ciascuno di noi potrà farsi sequenziare il proprio intero codice genetico. Il problema sarà semmai estrarre da questa sequenza delle informazioni utili per la nostra salute.

E’ qui che arriva in nostro soccorso la prima previsione, quella in cui si afferma che gli studi di associazione genome-wide (GWAS) dimostreranno finalmente il proprio valore. Secondo Nature, il lungo elenco di geni che sono stati visti associati alle malattie verranno studiati nel dettaglio, in modo da andare oltre la semplice associazione statistica e riuscire a capire perché quella specifica variante genetica rende più suscettibili a una certa patologia. Si delucideranno quindi i meccanismi cellulari nei quali i geni intervengono, e capiremo come una variazione nel DNA può destabilizzare questi meccanismi.

In conclusione, la lettura completa del nostro DNA costerà sempre meno e sarà sempre più utile. Ciò significa che Mark Henderson ha ragione: se Nature indovinerà le sue previsioni, la medicina genomica entrerà realmente nella fase dell’adolescenza. E io avrò una marea di articoli interessantissimi da scrivere su queste pagine.

Image credit: Chepko Danil Vitalevich/ShutterStock Images

Dieci anni di genoma umano: a che punto siamo?

Il 26 giugno del 2000 l’allora presidente americano Bill Clinton annunciava al mondo che la sequenza draft del genoma umano era stata finalmente completata, grazie al lavoro del gruppo di ricerca pubblico guidato da Francis Collins e dell’azienda privata Celera Genomics di Craig Venter. Nel discorso di dieci anni fa Clinton preannunciava una vera e propria rivoluzione nel campo della diagnosi, della prevenzione e della cura delle malattie: questa rivoluzione è avvenuta davvero oppure no?

In occasione del decennale del sequenziamento del genoma umano, la prestigiosa rivista scientifica Nature ha posto questa domanda a più di mille ricercatori, nell’ambito di un sondaggio pubblicato nell’ultimo numero. Il 48% degli intervistati concorda nel definire esageratamente ottimistiche le previsioni fatte dieci anni fa. Nel 2000 molti credevano che la medicina sarebbe stata radicalmente trasformata dalla conoscenza del nostro codice genetico, ma le cose sono andate diversamente: la biologia dell’organismo umano si è rivelata estremamente complessa, e più risposte si ottenevano maggiori erano le domande che da quelle risposte scaturivano. Si è scoperto, ad esempio, che i 20mila geni codificanti per proteine non sono sufficienti a spiegare come funziona una cellula nel suo insieme: le porzioni di DNA non tradotte sono anch’esse importanti, dal momento che molte di esse svolgono una funzione di regolazione dell’espressione dei geni stessi. Ed è stata proprio questa straordinaria complessità a ostacolare il passaggio dalla ricerca pura all’applicazione in campo medico.

Se nella medicina clinica il genoma umano non ha portato gli effetti sperati, ben diverso è l’impatto che esso ha avuto nella ricerca e nella tecnologia usata per il sequenziamento. Il 59% degli scienziati interpellati da Nature ha dichiarato che i benefici per la ricerca biologica di base sono stati molto significativi e addirittura l’83% ha visto un grande beneficio per l’aspetto tecnologico del sequenziamento stesso. Uno degli intervistati infatti fa notare che se non ci fosse stata la necessità di rifinire la sequenza del genoma umano, forse tutte le tecniche di next-generation sequencing che utilizziamo oggi non si sarebbero mai sviluppate.

Uno dei settori che è cresciuto maggiormente sulla scia dello storico risultato del 2000 è quello della personal genomics, ma gli addetti ai lavori sembrano convinti che la medicina veramente personalizzata, tarata sul corredo genetico del paziente, sia ancora piuttosto lontana. Solo il 6% pensa che essa sia già diventata una pratica di routine: il 29% pensa che ci vorranno ancora 5-10 anni, mentre il 30% crede che saranno necessari addirittura più di 20 anni. Effettivamente, solo il 15% degli intervistati dichiara di aver fatto un test genetico sotto controllo medico, mentre la percentuale di coloro che lo hanno acquistato direttamente dalle aziende di personal genomics come la 23andme si attesta al 9% soltanto. Pochi (13%) si sono fatti sequenziare parte del proprio DNA, per non parlare del sequenziamento completo: il 17% degli intervistati non si farebbe sequenziare neppure in cambio di denaro!

Ma quali sono gli ostacoli che i ricercatori incontrano nel dare un senso ai dati di sequenziamento? I problemi maggiori (49%) riguardano la mancanza di software e algoritmi adatti per analizzare i dati, ma anche la carenza di bioinformatici qualificati preoccupa molto (43%). L’aspetto biologico, pur complesso, viene relegato al terzo posto (35%), subito prima della potenza computazionale necessaria per gestire le sequenze (27%).

Forse avevano ragione quei ricercatori che all’alba del Progetto Genoma Umano dissero che ci sarebbero voluti 15 anni per generare le sequenze e un secolo intero per capirci qualcosa. La speranza è di impiegarci un po’ meno, ma la realtà dei fatti è che il nostro genoma ci nasconde ancora tanti segreti e molto deve essere fatto prima di poter rendere pienamente utili le nostre conoscenze in ambito clinico. A rallentarci sono state la complessità biologica, la richiesta computazionale elevatissima per la mole di dati generati e – ultimo ma non per importanza – la mancanza delle competenze adatte: mentre venti, trent’anni fa, un biologo doveva “soltanto” muoversi con disinvoltura in un laboratorio e avere delle solide basi di biologia molecolare, oggi è necessario essere anche genetisti, informatici, matematici e statistici. Capite bene che non è proprio da tutti.