il Nostro DNa

numeri di scienza
il nostro dna
Tutto quello che avreste sempre voluto
sapere (e che comunque dovreste sapere)
sul genoma umano.
mauro mandrioli *
Pochi geni?0
Nel nostro genoma ci sono 21000 geni.
Per molto tempo si è stimato che ce ne
fossero molti di più, circa 100 000, basandosi
sull’assunzione che solo un numero molto
elevato di geni poteva spiegare la complessità
del nostro organismo. Il sequenziamento del
genoma umano (avvenuto ormai 10 anni fa)
ha invece rivelato che per numero di geni la
nostra specie non si differenzia molto da altre:
il genoma di topo (Mus musculus) presenta
per esempio circa 25000 geni, mentre quello
di ape ne ha 20 000. La complessità
nell’anatomia di un organismo non deriva dal
solo numero di geni, ma anche da quanto
questi interagiscono tra di loro.
Tutto il DNA di Homo Sapiens0
Il patrimonio genetico umano è costituito da 3 miliardi di nucleotidi.
Solo il 5% di questi, però, compone geni. I nuclei delle nostre cellule ospitano
dunque un’enorme quantità di DNA non codificante, che ha catturato
l’attenzione degli scienziati già dall’inizio degli anni ottanta del secolo scorso.
Per molto tempo, questo DNA è stato definito junk, “spazzatura”, ma oggi
sappiamo che è tutt’altro che inutile: nel DNA non codificante sono presenti
numerose sequenze che servono per controllare il funzionamento dei geni, per
svolgere ruoli strutturali (come definire la forma corretta dei cromosomi e del
nucleo) e per codificare piccoli frammenti di RNA importanti per regolare
l’espressione genica. Oltre a queste sequenze, vi è inoltre molto DNA,
costituito da elementi genetici mobili, che attualmente
non svolge alcuna funzione per la cellula,
ma che è stato fondamentale
per l’evoluzione del nostro genoma.
Un gene, tante proteine0
* Professore associato di genetica e genomica comparativa
all’Università di Modena e Reggio Emilia
6 gennaio 2012
Il 90% dei geni umani può dare origine a
differenti RNA maturi, a partire da un unico
RNA messaggero (mRNA). In pratica, un gene
viene trascritto in un particolare mRNA e
questo, attraverso un fenomeno detto di
splicing alternativo, può essere tagliato e cucito
in modi differenti per dare RNA maturi (e
dunque proteine) differenti. Grazie a questo
meccanismo, con soli (!) 21 000 geni possiamo
produrre milioni di proteine.
Un genoma economico0
Sapiens al 100%?0
Il costo per sequenziare un genoma umano è stato in
continua riduzione dal 2000 a oggi e si stima che entro
qualche anno potranno essere sufficienti 10000 euro
per avere la sequenza completa dei propri geni.
Questo approccio dovrebbe permettere di modificare
sostanzialmente il modo di curarci: conoscere in dettaglio
il proprio genoma, infatti, consentirà di sapere
verso quali malattie siamo predisposti e di capire
quali farmaci potrebbero essere adatti per curarci.
Sebbene la nostra storia evolutiva sia stata descritta come
indipendente rispetto a quella di altri ominidi, in realtà nel
genoma di esseri umani di origine europea e asiatica è
presente una componente di DNA – dall’1 al 4% – che
era presente anche nel genoma degli uomini di Neanderthal.
Questo a indicare che neanderthaliani e Homo sapiens in
passato si sono incrociati: l’evento sarebbe
avvenuto in Medio Oriente tra
100 000 e 50 000 anni fa.
m N A sinistra: Homo Sapiens.
Sopra: uomo di Neanderthal.
Tutti parenti, tutti differenti0
Uomo o scimpanzé?0
istockphoto
Le porzioni codificanti dei geni umani sono simili per
oltre il 99% della propria sequenza a quelle di
scimpanzé. Come facciamo quindi a essere così diversi
per anatomia e comportamento? Facciamo due calcoli:
99% di somiglianza significa che i due genomi
differiscono per circa 30 milioni di nucleotidi. Ora,
poiché la variazione anche di un singolo nucleotide
all’interno di un gene può avere importanti effetti per
esempio nel corso dello sviluppo, differire per 30
milioni di nucleotidi significa avere molti geni che
funzionano in modo differente tra esseri umani e
scimpanzé.
Tutti gli esseri umani si differenziano l’uno dall’altro mediamente
per lo 0,1% del genoma, ovvero due individui presi a caso
hanno circa 3 milioni di mutazioni che li differenziano. In realtà
a queste differenze si deve aggiungere che il nostro genoma
contiene sequenze ripetute il cui grado di ripetizione può
cambiare da individuo a individuo: un gene su dieci è ripetuto nel
genoma per un numero di volte diverso da una persona all'altra.
La differenza genetica tra individuo e individuo è quindi molto
più grande di quanto possa sembrare a prima vista.
Dai geni ai brevetti0
Oltre 4000 geni umani sono oggetto di brevetti. In realtà, i
geni di per sé non si possono brevettare, perché il DNA è un
prodotto della natura e non un’invenzione umana. Al contrario, è
frutto dell’attività umana associare un gene a una malattia e per
questo da alcuni decenni è possibile brevettare metodi per
diagnosticare mutazioni in determinati geni. Nel 2001, per
esempio, l’azienda Myriad Genetics ha ottenuto il brevetto negli
Stati Uniti per metodi in grado di rilevare mutazioni nei geni
BRCA1 e BRCA2, coinvolti nell’insorgenza di alcune forme di
tumore della mammella e dell'ovaio. La questione della
brevettabilità dei geni, però, è ancora controversa (è molto difficile
porre confini netti tra naturale e artificiale e tra ciò che deve
rimanere pubblico e ciò che può diventare privato), al punto che
negli Stati Uniti si è aperta un paio di anni fa un’ampia discussione,
con tanto di cause giudiziarie, che potrebbe portare a variazioni
nelle norme per la brevettabilità. In ogni caso, va anche ricordato
che brevettare i geni può essere un modo per finanziare la ricerca
(specie quella pubblica), che è sempre molto costosa.
gennaio 2012 7