Centro di Genomica e Polo di
Innovazione GGB: La ricerca genetica e
genomica per l’innovazione in agricoltura
Andrea Crisanti
Università degli Studi di Perugia
La genomica
• Punto di incontro tra biologia molecolare, analisi
computazionale e robotica per studiare ed analizzare il
genoma degli organismi;
• Utilizza tecnologie e strumenti per l’analisi del DNA
– ex., sequenziamento del DNA, analisi dell’attivazione genica
• Utilizza tecnologie con elevate prestazioni e rese
– e.g., robotica e sequenziamento
• Utilizza l’analisi computazionale per processare ed analizzare
la grande mole di dati derivati dal sequenziamento del
genoma.
Impatto trasversale nei campi della medicina, biologia,
botanica, veterinarie, scienze agrarie ed informatica
In ogni specie il DNA di ogni singolo
individuo presenta delle differenze
che ne determinano l’unicità
100 milioni di specie
Il sequenziamento del DNA genomico e l’identificazione delle
variazioni di sequenza può portare alla scoperta delle basi
molecolari della suscettibilità alle malattie nell’uomo, della virulenza
e resistenza ai farmaci nei micro-organismi, di proprietà di crescita,
peso e forma nella botanica e zoologia
Nuova tecnologia di sequenziamento
1/6x del
genoma umano
Sequencer
ATGCGTC
Strumentazione per il
sequenziamento
massivo
Capacita’ sequenziamento
~500 Mb
(lane)
o
50x di una frazione
di 10Mb del
genoma umano
Analisi della sequenza genomica
• Anologia: L’opera
completa di un autore
– Scritta in un lingua
parzialmente
conosciuta
• Due approcci
– Pagina per pagina
– Tutto insieme
Dinamica dei prezzi di sequenziamento per
nucleotide
Opportunità scientifica e tecnologica
Sviluppo di nuove tecnologie di sequenziamneto del
DNA
Proggetto Genoma Umano (1990 – 2003)
$3 miliardi
3 miliardi di nucleotidi
2008
2010
2012
100,000 miliardi di nucleotidi
230,000 miliardi di nucleotidi
2,700,000 miliardi di nucleotidi
Sequenziamento pagina per pagina
• Sequenza=
Identificare le lettere
di ogni parola in ogni
singola pagina
• Assemblaggio=
mettere insieme le
parole nell’ordine
corretto
Sequenziamento totale
• Scomporre tutta l’opera in
piccole strisce di carta;
• Decifrare le parole in ogni
singola striscia;
• Identificare le regioni di
sovrapposizione ed
assemblare il testo
In ogni specie il DNA di
ogni singolo individuo
presenta delle piccole
differenze che ne
determinano l’unicità
100 milioni di specie
L’identificazione di queste variazioni di sequenza può portare alla
scoperta delle basi molecolari della suscettibilità alle malattie
nell’uomo, della virulenza e restenza ai farmaci nei microorganismi, di proprieta’ di crescita, peso e forma nella botanica e
zoologia
L’identificazione di elementi (geni) conservati tra
specie permette di scoprire componenti essenziali
•
Paragona i componenti
– Orologio a pendolo
– Orologio da tasca
– Orologio da polso
•
Identifica gli elementi essenziali
per la misura del tempo
– Ingranaggi, lancette, etc
– .
•
Componenti non essenziali
– Bracciale, contenitore
Genomica degli animali da allevamento
• Sequenziamento del
genoma completato per
maiali, bovini, pecore,
polli, cavalli e numerose
altre specie di mammiferi
Genomica applicata all’agricoltura
• Sequenziamento del genoma
completato per riso, avena,
grano, mais pomodoro, vite e
pioppo;
•
Identificazioni di geni
responsabili per tratti
vantaggiosi;
• Elaborazioni di linee guida
per la selezione di tratti
genetici economicamente
rilevanti
Sequenziamento di microorganismi
patogeni per l’agricoltura
• Patogeni animali
– Brucella suis (bacterium)
• Infetta sia gli animali che
l’uomo
• Il sequenziamento
genomico ha rivelato delle
similarita’ inattese con
Agrobacterium
• Patogeni delle piante
– Agrobacterium, Phytophtora
(potato blight), Fusarium
© 2005 Prentice Hall Inc. / A Pearson Education Company /
Benefici delle conoscenze derivate
dall’analisi genomica
Medicina Molecolare e Veterinaria
• Migliorare la diagnosi di malattie
• Identificare la predisposizione genetica alle malattie
• Sviluppo di farmaci e terapie geniche
Genomica Microbica
• Identificazione rapida di micro-organismi
• Sviluppo di nuove fonti energetiche (biofuels)
• Controllo dell’ambiente per l’identificazione di contaminanti
• Rimuovere sostanze tossiche dall’ambiente
U.S. Department of Energy Genome Programs, Genomics and Its Impact on Science and Society, 2003
Benefici delle conoscenze derivate
dall’analisi genomica
Agricoltura, Zootecnia e Bio-processi
• Sviluppo di piante resistenti alle malattie, agli insetti ed alla siccità;
• Selezione di animali di allevamento con accrescimento rapido e resistenza
a malattie;
• Sviluppo di prodotti con maggiori proprietà nutritive
• Sviluppo di bio-pesticidi
• Analisi delle parentela genetiche tra specie e razze di animali e
• Analisi di tracciabilità su prodotti alimentari
piante
U.S. Department of Energy Genome Programs, Genomics and Its Impact on Science and Society, 2003
Il Centro di Genomica
dell’Università di Perugia
Missione
•
Il Centro di Genomica Funzionale ha l’obiettivo
di fornire alla comunità scientifica dell’Ateneo
ed alle attività produttive operanti sul territorio
della Regione Umbria la formidabile capacità
investigativa del sequenziamento genomico
ultra rapido, della tipizzazione genica ad alta
densità e dell’analisi informatica.
Struttura e realizzazione del CGF
Analisi bioinformatica
Diagnosi molecolare
Internazionalizzazione
Tipizzazione genetica
Sequenziamento ultrarapido
Trasferimento
Risorse umane
Strumentazione
Infrastruttura
L’infrastruttura
Polo di
Medicina
Perugia
Laboratorio di
Biotecnologie
Terni
La strumentazione
Le risorse umane
I-Move
• Proponenti: Regione Umbria, Università di Perugia
Aperto a ricercatori euripei che vogliono svolgere progetti di ricerca e sviluppo collegati
ad enti di ricerca pubblici e privati della Regione Umbria
nel campo delle scienze della vita applicato a tematiche di genetica e genomica
Il Polo di Innovazione Scienze della
Vita
Esterno – aziende,
centri di ricerca,
istituzioni
Interno - aziende
aderenti al polo
Ambiente
Agroalimentare
Diagnostica
Polo Innovazione
Il Polo d’Innovazione GGB risponde al fabbisogno
ed alla domanda di innovazione in materia di
genetica, genomica e biologia espressa dalle imprese,
rovesciando le logiche di trasferimento tecnologico
che, di norma, muovono dall’offerta di conoscenze e
tecnologie per verificarne l’applicabilità in contesti
produttivi.
Prodotti e servizi
•
•
•
•
Studi di Fattibilità;
Analisi diagnostica;
Sviluppo di protocolli per la tracciabilità;
Sequenziamento, tipizzazione e analisi di genomi, geni e proteine nei
settori della diagnostica umana e agroalimentare;
Il valore aggiunto del Polo, rispetto ad altri soggetti operanti nel mercato,
consiste nella capacità di rispondere a tutti i problemi proposti dalle
aziende in materia di genetica, genomica e biologia offrendo un prodotto
“chiavi in mano”
Dalla raccolta del campione all’interpretazione del risultato
Impatto sulla comunità scientifica
dell’Umbria
• Aumento della competitività
– Sostegno tecnologico e scientifico di eccellenza
– Progettazione di attività scientifiche innovative
– Incremento del tasso di successo, a livello nazionale ed
europeo, dei progetti di ricerca presentati, con un
conseguente incremento della capacità dell’Università di
reperire finanziamenti.
Impatto sulla realtà produttiva
• Produttività e riduzione dei costi di ricerca
attraverso l’accesso ad una struttura di
assoluta eccellenza;
• Creazione di valore aggiunto correlato alle
attività di trasferimento tecnologico dei
risultati della ricerca.
Contributo al Progetto PSR
Umbria
Asse 1
Formazione di capitale umano;
Introduzione di nuove tecnologie per il miglioramento
della qualità delle produzioni agricole e zootecniche;
Risultati attesi: Aumento della competitività
Mille Grazie !!
