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CNR: Alamanacco della Scienza

N. 11 - 8 nov 2017
ISSN 2037-4801

L'altra ricerca   a cura di Marina Landolfi

Università ed Enti

Dna: quarant'anni di sequenziamento

Il premio Nobel per la Chimica nel 1980 fu assegnato a tre ricercatori per i loro contributi in due filoni di ricerca strettamente legati tra loro: da un lato, Paul Berg per i suoi studi sul Dna ricombinante; dall'altro, Frederick Sanger e Allan Maxam per aver sviluppato due metodi, uno biochimico e uno chimico, volti a determinare la sequenza nucleotidica in una molecola di Dna. Per la sua semplicità e velocità, il metodo pubblicato da Sanger è poi risultato vincente ed è alla base degli attuali metodi di sequenziamento.

L'era del sequenziamento è però iniziata nel 1977, esattamente 40 anni fa, quando Sanger ha pubblicato la sequenza del genoma del piccolo virus batterico FX174, composto da 5.386 nucleotidi. Negli anni '90 il suo metodo ha permesso di sequenziare l'intero genoma umano, che invece è di circa 3 miliardi di nucleotidi. Lo 'Human Genome Project', interamente finanziato con più di 100 milioni di dollari di fondi pubblici, ha coinvolto università e centri di ricerca in tutto il mondo. Anche il Cnr ha avuto un ruolo guida nelle fasi inziali di questa avventura con Renato Dulbecco, Premio Nobel per la medicina, che nel 1987 ha lanciato il Progetto Genoma in Italia.

La sequenza completa di riferimento del genoma umano è stata pubblicata nel 2003: contemporaneamente, il genoma umano è stato sequenziato anche da una ditta privata, la Celera Genomics di Craig Venter, e questo ha segnato l'inizio di un cambio epocale. Oggi, grazie ai continui sviluppi nelle tecniche sia di sequenziamento, sia di analisi informatica dei dati, è possibile mappare il genoma di un individuo in pochi giorni e con poche migliaia di euro. Ditte specializzate in tutto il mondo svolgono tale attività con i metodi automatici di Next-Generation Sequencing, varianti sofisticate del metodo di Sanger, consentendo di studiare anche i trascritti genici e di determinarne la struttura e l'abbondanza. La sensibilità del metodo è tale che si possono analizzare acidi nucleici presenti in piccole quantità di tessuti, in singole cellule, in tracce di sangue e in resti biologici di individui morti migliaia di anni fa.

Tutto questo ha ricadute importanti, sulla salute e non solo. Oltre ad aver offerto nuove prospettive per studiare l'organizzazione strutturale e funzionale del nostro genoma, le tecniche di sequenziamento stanno rivoluzionando lo studio delle mutazioni associate a malattie genetiche o nuove varianti virali. Molte persone già richiedono il sequenziamento del proprio genoma per identificare mutazioni ereditarie associate a un'aumentata incidenza di malattie, quali ad esempio il tumore al seno. La sfida ora è arrivare a una medicina di precisione in cui la cura sia profilata sul singolo paziente.

Il sequenziamento influenza anche la medicina forense, accrescendo la nostra capacità di identificare con assoluta precisione una persona presente sulla scena di un crimine, grazie all'analisi di tracce biologiche, nei test di paternità o nel caso di contaminazioni alimentari. Le tecniche di sequenziamento hanno inoltre un impatto notevole nel ricostruire l'evoluzione dell'uomo e i flussi migratori, con l'archeo-genetica possiamo invece identificare i micro-organismi che mettono a rischio l'integrità di un'opera d'arte.

Essendo diventati esperti nel leggere l'informazione genetica ci siamo posti l'obiettivo di modificarla per fini terapeutici o per sviluppare nuove varietà di valore agroalimentare o farmacologico. Oggi il metodo Crispr-Cas9 permette di intervenire in modo preciso, efficiente e veloce su un singolo nucleotide del genoma, con una sorta di 'copia-incolla' simile a quello che noi operiamo sui testi scritti al computer.

Sono passati poco più di 70 anni da quando abbiamo capito che il Dna è la molecola in cui è depositata l'informazione genetica e 40 da quando abbiamo cominciato a leggere la sequenza di Dna. Queste scoperte di ricerca di base hanno cambiato completamente la nostra visione dalla vita:la possibilità di manipolare l'informazione genica e l'impressionante mole di dati genetici che quotidianamente raccogliamo, portano con loro importanti quesiti etici e la sfida più impegnativa che dobbiamo affrontare riguarda proprio le risposte a tali quesiti. La ricerca e la tecnologia si muovono molto più velocemente delle nostre capacità di riflettere sulle ricadute che le scoperte hanno sulla nostra vita di singoli e di società complesse.

Fonte: Giuseppe Biamonte, Istituto di genetica molecolare, Pavia, tel. 0382/46322 , email biamonti@igm,cnr.it -