Il rilascio della bozza della sequenza del genoma umano nel 2001 è stato un momento sismico nella nostra comprensione del genoma umano, e ha aperto la strada ai progressi nella nostra comprensione della base genomica della biologia umana e della malattia.
Ma alcune sezioni non sono state sequenziate, e alcune informazioni sulla sequenza non erano corrette. Ora, due decenni dopo, abbiamo una versione molto più completa, pubblicata come preprint (che deve ancora essere sottoposta a peer review) da un consorzio internazionale di ricercatori.
Le limitazioni tecnologiche hanno fatto sì che il progetto originale della sequenza del genoma umano coprisse solo la porzione eucromatica del genoma – il 92% del nostro genoma dove si trova la maggior parte dei geni e che è più attivo nella produzione di prodotti genici come RNA e proteine.
La nuova sequenza aggiornata riempie la maggior parte delle lacune rimanenti, fornendo i 3,055 miliardi di paia di basi (lettere) del nostro codice DNA nella sua interezza. Questi dati sono stati resi disponibili al pubblico, nella speranza che altri ricercatori li utilizzino per portare avanti le loro ricerche.
Perché ci sono voluti 20 anni?
Gran parte del nuovo materiale sequenziato è la parte eterocromatica del genoma, che è più strettamente imballata del genoma eucromatico e contiene molte sequenze altamente ripetitive che sono molto difficili da leggere con precisione.
Una volta si pensava che queste regioni non contenessero alcuna informazione genetica importante, ma ora si sa che contengono geni che sono coinvolti in processi fondamentalmente importanti come la formazione degli organi durante lo sviluppo embrionale. Tra i 200 milioni di nuove coppie di basi sequenziate ci sono circa 115 geni che si ritiene siano coinvolti nella produzione di proteine.
Due fattori chiave hanno reso possibile il completamento del genoma umano:
1. La scelta di un tipo di cellula molto speciale
La sequenza del genoma appena pubblicata è stata creata utilizzando cellule umane derivate da un tipo di tessuto molto raro chiamato talpa idatidiforme completa, che si verifica quando un uovo fecondato perde tutto il materiale genetico apportato dalla madre.
La maggior parte delle cellule contiene due copie di ogni cromosoma, una da ogni genitore e ogni cromosoma dei genitori contribuisce con una diversa sequenza di DNA. Una cellula di una talpa idatidiforme completa ha solo due copie dei cromosomi del padre, e la sequenza genetica di ogni coppia di cromosomi è identica. Questo rende la sequenza completa del genoma molto più facile da mettere insieme.
2. Progressi nella tecnologia di sequenziamento
Dopo decenni di progressi glaciali, il Progetto Genoma Umano ha raggiunto la sua svolta nel 2001, sperimentando un metodo chiamato shotgun sequencing, che consisteva nel rompere il genoma in frammenti molto piccoli di circa 200 coppie di basi, clonarli nei batteri, decifrare le loro sequenze e poi rimetterli insieme come un gigantesco puzzle.
Questa era la ragione principale per cui la bozza originale copriva solo le regioni eucromatiche del genoma – solo queste regioni potevano essere sequenziate in modo affidabile con questo metodo.
L’ultima sequenza è stata dedotta utilizzando due nuove tecnologie complementari di sequenziamento del DNA. Una è stata sviluppata da PacBio, e permette di sequenziare frammenti di DNA più lunghi con una precisione molto elevata. La seconda, sviluppata da Oxford Nanopore, produce tratti ultra-lunghi di sequenza continua di DNA. Queste nuove tecnologie permettono ai pezzi del puzzle di essere lunghi migliaia o anche milioni di paia di basi, rendendo più facile l’assemblaggio.
Le nuove informazioni hanno il potenziale per far progredire la nostra comprensione della biologia umana, compreso il modo in cui i cromosomi funzionano e mantengono la loro struttura. Migliorerà anche la nostra comprensione delle condizioni genetiche come la sindrome di Down che hanno un’anomalia cromosomica sottostante.
Il genoma è ora completamente sequenziato?
Beh, no. Un’ovvia omissione è il cromosoma Y, perché le cellule complete della talpa idatidiforme utilizzate per compilare questa sequenza contenevano due copie identiche del cromosoma X. Tuttavia, questo lavoro è in corso e i ricercatori prevedono che il loro metodo possa sequenziare accuratamente anche il cromosoma Y, nonostante abbia sequenze altamente ripetitive.
Anche se sequenziare il genoma (quasi) completo di una cellula umana è un punto di riferimento estremamente impressionante, è solo uno dei tanti passi cruciali verso la piena comprensione della diversità genetica umana.
Il prossimo lavoro sarà quello di studiare i genomi di popolazioni diverse (le cellule complete della talpa idatidiforme erano europee). Una volta che la nuova tecnologia sarà maturata a sufficienza per essere usata di routine per sequenziare molti genomi umani diversi, da popolazioni diverse, sarà meglio posizionata per avere un impatto più significativo sulla nostra comprensione della storia, della biologia e della salute umana.
Sia la cura che lo sviluppo tecnologico sono necessari per garantire che questa ricerca sia condotta con una piena comprensione della diversità del genoma umano per evitare l’esacerbazione delle disparità di salute limitando le scoperte a popolazioni specifiche.
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Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.