Corsa al genoma umano: le ultime lettere mancanti

Decenni di lavoro di migliaia di scienziati in tutti il mondo hanno portato alla pubblicazione del primo genoma umano completo.

“Gap-free sequence of human genome complete!” Più o meno tutti così i titoli che il primo aprile hanno accompagnato la pubblicazione su Science della prima sequenza completa del genoma umano. Nessuno si rischia a pensare ad un pesce d’Aprile, dato che per ottenere questo risultato sono stati necessari 21 anni. Ma cosa si intende per sequenziare, DNA e codice genetico?

Sequenza di nucleotidi come codice della vita

I principali costituenti della materia vivente, da un punto di vista biochimico, sono proteine, carboidrati, acidi nucleici e grassi. In realtà gli atomi alla base sono sempre gli stessi, ma combinati tra loro in modo tale da produrre molecole da complesse caratteristiche e funzioni differenti. Gli acidi nucleici in particolare si occupano di conservare e trasferire le indicazioni necessarie alle nostre cellule per lavorare e produrre a loro volta altre molecole. Inoltre, è sotto questa forma che le caratteristiche ereditarie si trasmettono. L’informazione è codificata tramite le possibili combinazioni di quattro componenti base, chiamate nucleotidi. È proprio questa sequenza di nucleotidi nel DNA che viene definita come il codice genetico e il sequenziamento non sarebbe altro che la sua lettura. Più facile a dirsi che a farsi ovviamente.

Sicuramente dagli anni 50 del secolo scorso, in cui si cominciò a gettar luce sulla struttura del DNA, fino al Duemila i progressi sono stati enormi. Si è capito in che modo l’informazione viene trasmessa e tradotta in prodotti utili per la cellula. Finalmente molte malattie sono state associate ad “errori” genetici, e il genetista da osservatore passivo, assume un ruolo di attore protagonista con addirittura la possibilità, negli ultimi anni, di intervenire sulla sequenza, obiettivo molto controverso e al momento estremamente complicato.

Corsa al sequenziamento

La corsa al sequenziamento del genoma umano si intensifica all’inizio del 1990, quando ingenti fondi sono stati messi a disposizione dal governo americano e associazioni private. Le due squadre in gioco erano principalmente quella sostenuta dalla National Institutes of Health degli Stati Uniti (Progetto Genoma Umano) e quella finanziata dalla Celera Genomics. Al di là della decodifica, tantissime sono state le scoperte nel solco fertile inaugurato dai due progetti, comprese numerose indagini sul genoma di altri organismi nella più comprensiva ottica della complessità degli esseri viventi. L’accelerazione delle scoperte fu resa possibile anche grazie al supporto dell’informatica, per la gestione dell’immensa mole di informazioni che ci si proponeva di analizzare. Non dimentichiamoci che il numero di nucleotidi del nostro DNA è di circa 3 miliardi e 200 milioni!

Tra le principali date da ricordare, il 2000 vide annunciata dal Presidente degli USA, Bill Clinton e dal Primo Ministro Britannico Tony Blair, la prima bozza del genoma. Negli anni successivi tutte le parti codificanti (quelle contenente informazioni per la sintesi proteica) furono determinate. Alcuni frammenti sono sempre stati meno accessibili, come i telomeri, le parti estreme delle strutture 3D in cui il DNA si ripiega su sé stesso, ovvero i famosi cromosomi. Quindi all’incirca l’8% dell’intero genoma rimase lacunoso o abbozzato fino a questi ultimi mesi.

Telomere to Telomere(T2T): da un’estremità all’altra dei nostri cromosomi

Per la prima volta dopo 21 anni di lavoro di centinaia di scienziati, un consorzio internazionale (Telomere to Telomere) ha comunicato gli ultimi 200 milioni di nucleotidi che fino ad ora non erano stati letti, oltre a correggere alcune lacune presenti in altre zone precedentemente interpretate. Tra l’altro, questo nuovo genoma sarebbe meno specifico, ma più rappresentativo per la specie Homo sapiens sapiens in generale.

Il tutto è stato possibile grazie alle nuove tecnologie a disposizione. Sofisticatissimi e sensibilissimi strumenti possono infatti captare la differenza tra un nucleotide e l’altro (in termini di segnale elettrico per esempio), e leggere direttamente il DNA, come se stessero svolgendo un nastro. Ad ogni nucleotide corrisponde un segnale univoco, sebbene la differenza sia davvero minima. Anni fa invece, ci si basava su differenze più grossolane, simulando il normale processo di replicazione dell’acido nucleico. Una tecnica molto costosa e lunga, che ha permesso di sequenziare solo alcune parti del genoma, con un elevato tasso di errore. Il PacBio (così è chiamato il metodo elaborato dall’Oxford Nanopore) può infatti arrivare ad una velocità inaudita e fornire i dati in maniera tale da renderli disponibili immediatamente per l’interpretazione.  

Prossimi passi dell’Era Genomica

Come sempre, una scoperta apre mille altre domande e progetti. Un prossimo obiettivo è quello di ripetere il sequenziamento su centinaia di individui, per avere una rappresentazione più eterogenea del patrimonio genetico. Ritornando allo scopo principale che ha mosso queste ricerche, si continuerà ad associare i tratti genetici alla nostra identità e alle varie malattie, per ottenere in un futuro non più tanto lontano la tanto agognata medicina personalizzata.

C’è anche da sottolineare un altro aspetto della questione. Il progetto è nato grazie a degli investimenti importanti, e sebbene non sia mancata una competizione sfrenata e certo non sana, ha visto la collaborazione di genetisti Americani, ma anche Inglesi, Francesi, Tedeschi, Giapponesi, Cinesi e Indiani. Man mano la squadra ha accolto ingegneri e informatici, senza il cui prezioso contributo il sequenziamento in tempi così rapidi non sarebbe mai stato possibile. L’interdisciplinarietà è sempre più un carattere imprescindibile delle scoperte più recenti, e collaborare è l’unico modo per leggere meglio noi stessi e il nostro mondo, in questo caso anche in senso letterale!

Immagine di copertina: qimono (Pixabay)