Il rilascio di una “bozza” del sequenziamento del genoma umano nel 2001 è stato un momento epocale. Ha dato il via a un profondo mutamento nella nostra comprensione della genetica umana. Ha aperto la strada a progressi notevoli nello studio della biologia e nella cura delle malattia.
Alcune sezioni, però, non avevano ottenuto un sequenziamento, ed altre informazioni non erano corrette. Esattamente due decenni dopo abbiamo ottenuto una nuova versione. È stata pubblicata come prestampa da un consorzio internazionale di ricercatori. Deve ancora essere sottoposta a peer review, ma sembra finalmente “completa”.
Sequenziamento: perchè ci abbiamo messo così tanto tempo?
Le limitazioni tecnologiche hanno limitato il sequenziamento del genoma umano solo alla porzione “eucromatica” del genoma, il 92% del nostro genoma in cui si trova la maggior parte dei geni. Praticamente, il settore più attivo nella produzione di prodotti genici come RNA e proteine.
Il nuovo sequenziamento dovrebbe colmare le lacune rimanenti, fornendo tutte le 3.055 miliardi di paia di basi (“lettere”) del nostro codice DNA nella sua interezza. Dati resi pubblicamente disponibili, nella speranza che altri ricercatori li utilizzino per approfondire le loro ricerche.
La parte eterocromatica
Gran parte del materiale appena sequenziato è la parte “eterocromatica” del genoma, che è più “strettamente compatta” del genoma eucromatico e contiene molte sequenze altamente ripetitive, 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 coinvolti in processi di fondamentale importanza come la formazione di organi durante lo sviluppo embrionale. Tra i 200 milioni di coppie di basi appena sequenziate ci sono circa 115 geni che si prevede siano coinvolti nella produzione di proteine.
Due fattori chiave hanno reso possibile il questo grandioso risultato:
Una cellula molto speciale
La sequenza del genoma appena pubblicata è stata creata utilizzando cellule umane derivate da un tipo molto raro di tessuto chiamato mola idatiforme. Una condizione che si verifica quando un ovulo fecondato perde tutto il materiale genetico fornitogli dalla madre. La maggior parte delle cellule contiene due copie di ciascun cromosoma, una da ciascun genitore e il cromosoma di ciascun genitore che contribuisce a una sequenza di DNA diversa. Una cellula di una mola idatiforme completa ha solo due copie dei cromosomi del padre e la sequenza genetica di ciascuna coppia di cromosomi è identica.
Questo ha reso l’intero sequenziamento del genoma molto più facile da mettere insieme.
Molti, molti progressi nella tecnologia di sequenziamento
Dopo decenni di avanzamenti lentissimi, il Progetto Genoma Umano raggiunse la sua svolta nel 2001 aprendo la strada a un metodo chiamato “sequenziamento del fucile“. Prevedeva la rottura del genoma in frammenti molto piccoli di circa 200 paia di basi, clonate all’interno dei batteri per decifrare le loro sequenze, e quindi rimesso insieme come un gigantesco puzzle.
Questo è il motivo principale per cui la bozza originale del sequenziamento copriva solo le regioni eucromatiche del genoma: solo queste regioni potevano essere sequenziate in modo affidabile utilizzando “il fucile”.
L’ultima sequenza è stata ottenuto usando due nuove tecnologie di sequenziamento del DNA complementari. Una è stato sviluppato da PacBio e consente di sequenziare frammenti di DNA più lunghi con una precisione molto elevata.
La seconda, sviluppata da Oxford Nanopore, produce lunghissimi tratti di sequenza continua di DNA. Queste nuove tecnologie consentono ai pezzi del puzzle di essere lunghi migliaia o addirittura milioni di paia di basi, rendendoli più facili da assemblare.
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.
Dai, però ora il genoma è completamente sequenziato!
Ehm, no. Neanche ora.
Un’ovvia omissione è il cromosoma Y, perché le cellule molari idatiformi usate per compilare il sequenziamento contenevano solo due copie identiche del cromosoma X. Ma questo lavoro è in corso e i ricercatori prevedono che il loro metodo può anche sequenziare accuratamente il cromosoma Y, nonostante abbia sequenze altamente ripetitive.
C’è comunque ancora strada da fare
Anche se il sequenziamento del genoma (quasi) completo di una cellula umana è un punto di riferimento davvero impressionante, è solo uno dei numerosi passaggi cruciali verso la piena comprensione della diversità genetica umana. Il prossimo lavoro sarà quello di studiare i genomi di diverse popolazioni (le cellule molari idatiformi complete erano europee).
