Perché la decodifica dell'intero genoma umano è una svolta per la cura delle malattie

Un team di scienziati ha assemblato l'intero piano genetico della vita umana aggiungendo i pezzi mancanti a un puzzle che è stato quasi iniziato più di due decenni fa.

In una ricerca pubblicata sulla rivista Science, il gruppo di ricercatori internazionali ha descritto il primo sequenziamento dell'intero genoma umano, cioè il set di istruzioni per costruire e mantenere un essere umano. Il lavoro precedente, svolto in tutto il mondo, era incompleto perché le tecnologie di sequenziamento del DNA dell'epoca non erano in grado di leggere alcune regioni genomiche. Anche dopo gli aggiornamenti, mancava circa l'8% del genoma.

Gli scienziati hanno affermato che questo quadro completo del genoma darà all'umanità una maggiore comprensione della nostra evoluzione e biologia, aprendo anche le porte alle scoperte mediche in settori come l'invecchiamento, le malattie neurodegenerative, cancro e malattie cardiache.

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.

Il genoma umano è costituito da circa 3,1 miliardi di subunità di DNA, coppie di basi chimiche conosciute con le lettere A, C, G e T. I geni sono stringhe di queste coppie identificate con lettere che contengono istruzioni per produrre proteine, gli elementi costitutivi della vita. Gli esseri umani hanno circa 30.000 geni, organizzati in 23 gruppi chiamati cromosomi che si trovano nel nucleo di ciascuna cellula.

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.

Gli scienziati hanno spiegato che il loro lavoro ha aumentato il numero di basi del DNA da 2,92 miliardi a 3,05 miliardi, con un aumento del 4,5% e che il numero di geni che codificano per 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.

La scienza sta raggiungendo sempre più la conoscenza dell'umanità con maggiore profondità e accuratezza. 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 Infobae 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».

Dotto si riferiva anche 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.

«Alcuni dei geni che ci rendono inequivocabilmente umani erano in realtà in questa» materia oscura del genoma «e mancavano completamente», ha detto Evan Eichler, un ricercatore dell'Università di Washington che ha partecipato a questo progetto e all'originale Progetto Genoma Umano. «Ci sono voluti più di 20 anni, ma alla fine ci siamo riusciti». Molte persone, compresi gli studenti di Eichler, pensavano che il progetto fosse già stato completato. «Stavo insegnando loro e mi hanno detto: 'Aspetta un minuto. Non è come la sesta volta che cantate la vittoria? «Dissi: «No, questa volta ce l'abbiamo fatta davvero! «Stiamo ampliando le nostre opportunità per comprendere le malattie umane», ha affermato Karen Miga, autrice di uno dei sei studi pubblicati.

Un'indagine di due decenni

Questa ricerca conclude decenni di lavoro. La prima bozza del genoma umano è stata annunciata durante una cerimonia tenutasi alla Casa Bianca nel 2000 dai capi di due entità concorrenti: un progetto internazionale finanziato con fondi pubblici guidato da un'agenzia del National Institutes of Health degli Stati Uniti e una società privata, Celera Genomics, con sede nel Maryland.

«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 pacchetto T2T-CHM13 qui presentato «, ha aggiunto Dotto.

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.

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