Ci sono voluti 21 anni dalla pubblicazione della bozza del primo genoma umano da parte di un gruppo di scienziati perché il «manuale di istruzioni umane» finalmente è davvero completo.
Nel giugno 2000, l'Human Genome Project (HGP)b e la società privata Celera Genomics hanno annunciato la prima «bozza» del genoma umano, il risultato di 10 anni di lavoro e 3 miliardi dollari investiti che è stato classificato come uno dei più grandi exploit della storia, perché invece di aver iniziato un viaggio verso un pianeta lontano, HGP è stato un viaggio interno alla scoperta della mappa di tutti i nostri geni, quelli della nostra stessa specie, Homo sapiens.
Dopo quella «bozza», nel 2003, il gruppo aveva determinato l'ordine di quasi 3 miliardi di basi di DNA, che ci ha dato la possibilità, per la prima volta, di leggere il modello genetico «completo» della natura per costruire un essere umano. Ma quel genoma umano non era veramente completo: conteneva lacune che rappresentavano circa l'8% del genoma. Queste lacune si sono verificate principalmente nelle aree in cui il DNA tendeva a ripresentarsi Ciò ha reso difficile sequenziare accuratamente usando la tecnologia disponibile, che spezzerebbe il genoma in piccoli pezzi, sequenzierebbe quei pezzi e poi li riassemblerebbe.
E perché è importante aver decifrato quel restante 8% del nostro genoma? Le aree con basi di DNA ripetute, come quelle mancanti nel genoma HGP, sono state da allora collegate a molti problemi di salute, dalla SLA e Huntington al cancro e autismo. Sequenziandoli, gli scienziati ritengono che potremmo essere meglio attrezzati per studiare e trattare queste condizioni.
«Le notizie di oggi sono molto importanti. Questa pubblicazione, che deve essere sottoposta a revisione paritaria, ha alle spalle grandi gruppi di lavoro e università che hanno indagato. Stiamo raggiungendo sempre più la conoscenza di noi stessi con maggiore profondità e precisione. L'aver sequenziato l'intero genoma umano aiuterà a evitare varie malattie. Inoltre, comprendere i meccanismi di origine di una determinata patologia aiuterà a sviluppare farmaci più diretti e precisi contro le malattie in modo che abbiano una prevalenza inferiore», ha spiegato a bInfobae il dott. Jorge Dotto, riferimento mondiale come genetista, che ha una vasta esperienza in Stati Uniti ed Europa.
E ha aggiunto: «Questa informazione completa ci permetterà di prendere decisioni migliori sul nostro corpo, poiché cambia la percezione dell'ignoranza che abbiamo avuto. Ad esempio, la decisione su quali alimenti dobbiamo mangiare per rafforzare le nostre difese. Nel nostro microbioma c'è l'80% del nostro sistema immunitario. Conoscere meglio il microbiota e quali probiotici, che sono batteri viventi, dobbiamo incorporare ci aiuterà a modulare e rendere più efficace il funzionamento del nostro sistema immunitario, che potrebbe essere più preciso per ridurre l'infiammazione a livello molecolare nel nostro corpo di fronte a una malattia».
Oltre a esemplificare con il microbiota intestinale, Dotto ha anche fatto riferimento a miglioramenti nel comportamento della pelle e del sistema riproduttivo femminile. «Dobbiamo aiutare le persone a ammalarsi meno e questo lavoro di sequenziamento genetico totale ci aiuterà a farlo», ha concluso lo specialista fondatore del «Genetics Center», una società dedicata alla medicina di precisione, alla nutrizione e alle alte prestazioni sportive.
Gli scienziati del Consorzio Telomere-to-Telomere (T2T) hanno completato la prima sequenza completa di 3.055 miliardi di coppie di basi (bp) di un genoma umano, rappresentando il più grande miglioramento del genoma di riferimento umano dal suo lancio iniziale. Il nuovo genoma è un balzo in avanti, hanno detto i ricercatori, reso possibile dalle nuove tecnologie di sequenziamento del DNA sviluppate da due società del settore privato: la California Pacific Biosciences, nota anche come PacBio, e la britannica Oxford Nanopore. Le sue tecnologie per la lettura del DNA presentano vantaggi molto specifici rispetto agli strumenti che sono stati a lungo considerati fondamentali per i ricercatori.
«Questo 8% del genoma non è stato trascurato a causa della sua mancanza di importanza, ma a causa dei limiti tecnologici», hanno scritto i ricercatori. «Il sequenziamento a lunga lettura ad alta precisione ha finalmente eliminato questa barriera tecnologica, consentendo studi completi sulla variazione genomica attraverso il genoma umano. Tali studi richiederanno necessariamente un genoma di riferimento umano completo e accurato, che alla fine guiderà l'adozione del set T2T-CHM13 qui presentato».
«Oggi, una nuova tecnologia indossabile viene utilizzata per studiare il DNA. È un sequencer delle dimensioni di un cellulare che legge DNA e RNA. Non è necessario creare laboratori da milioni di dollari. Non solo vengono utilizzati per studiare il DNA, ma i microrganismi contaminanti possono essere identificati anche nei prodotti alimentari. L'informazione genetica viene fatta passare attraverso un tubo con corrente elettrica, che genera informazioni sul sequenziamento del campione. Uno sviluppo affascinante che promette di continuare a stupirci», ha dichiarato Dotto.
Il biologo e dottore in scienze Federico Prada, che è attualmente Preside della Facoltà di Ingegneria e Scienze Esatte dell'UADE, ha spiegato a Infobae che nel 2003, con il sequenziamento completo del genoma, sono stati proposti due nuovi progetti che hanno portato a questa scoperta.
«Uno era aumentare il numero di genomi. Non solo per sequenziare un genoma, ma per cercare di capire la variabilità presente nell'uomo e con ciò, per essere in grado di capire quali varianti determinano i nostri fenotipi, come sviluppare una certa malattia, correre più velocemente o avere più memoria, per esempio. Si chiama far parlare il genoma. E il secondo obiettivo era quello di perfezionare la lettura della sequenza in modo che non ci fossero buche o spazi vuoti. Ci sono voluti quasi 20 anni. Questo ci aiuta ad avere un genoma di riferimento, che ci consente di confrontare tutti gli studi genetici e genomici che vengono effettuati, questo standard o gold standard, che ci consente di trarre molte conclusioni in futuro».
E ha aggiunto: «Avere la lettura completa è un ottimo passo. Ma il limite oggi sta nella funzionalità del genoma. Dobbiamo continuare a interpretare ulteriori informazioni su come funziona il nostro genoma. In quali funzioni partecipano queste informazioni chiave che ci rendono ciò che siamo.
Le società californiane Pacific Biosciences (PacBio) e Oxford Nanopore, con sede nel Regno Unito, hanno utilizzato diverse tecnologie insieme per decifrare quella genetica mancante dell'8%. PacBio utilizzava un sistema chiamato HiFi, dove le coppie di basi circolano, letteralmente come cerchi, fino a quando non vengono lette per intero e in alta fedeltà, da cui il nome. Il sistema risale a qualche anno fa e rappresenta un grande passo avanti nella «lettura» sia in lunghezza che in precisione delle sequenze più lunghe.
Nel frattempo, Oxford Nanopore utilizza corrente elettrica nei suoi dispositivi proprietari. I fili della coppia di basi vengono pressati attraverso un nanopore microscopico, solo una molecola alla volta, dove una corrente li colpisce per osservare che tipo di molecola sono. Rimuovendo ogni molecola, gli scienziati possono identificare l'intero filamento.
Gli esseri umani hanno 46 cromosomi, in 23 coppie, che rappresentano decine di migliaia di singoli geni. Ogni gene è costituito da diverse coppie di basi composte da adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C). Ci sono miliardi di coppie di basi nel genoma umano. Ma il genoma che i ricercatori hanno sequenziato non proveniva da una persona, ma da una talpa idatiforme, una massa o una crescita rara che si forma all'interno dell'utero all'inizio di una gravidanza. Questo tessuto si forma quando lo sperma fertilizza un uovo senza nucleo, quindi contiene solo 23 cromosomi, come un gamete (sperma o uovo), invece dei 46 trovati nel DNA di una cellula umana. Queste celle semplificano lo sforzo computazionale ma possono essere una limitazione.
Il consorzio ha spiegato che il suo lavoro ha aumentato il numero di basi di DNA da 2,92 miliardi a 3,05 miliardi, con un aumento del 4,5% e che il numero di geni che codificano le proteine è aumentato solo dello 0,4%, a 19.969. Secondo gli esperti, il lavoro potrebbe anche portare ad altre nuove conoscenze, comprese quelle relative al modo in cui i geni sono regolati.
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