IL GENOMA UMANO

IL GENOMA UMANO
IL GENOMA IN BREVE
• Il genoma è l'intero patrimonio genetico di un organismo vivente. Si può paragonare ad un'enorme
enciclopedia in cui sono contenute le istruzioni che regolano lo sviluppo e il funzionamento
dell'organismo.
• Le istruzioni contenute nel genoma sono paragonabili ad una ricetta. Come in una ricetta il risultato
finale, cioè l'insieme delle caratteristiche dell'individuo, non è scritto in modo preciso ma dipende
dall'interazione fra gli ingredienti (i geni) e il modo in cui vengono cucinati (cioè dall'ambiente).
• Il genoma è "scritto" in un composto chimico chiamato DNA (abbreviazione dall'inglese
DeoxyriboNucleic Acid, cioè acido desossiribonucleico). Il DNA è contenuto nel nucleo di tutte le cellule
dell'organismo.
• Il DNA è una lunghissima molecola composta dalla successione di 4 tipi di monomeri chimici, chiamati
nucleotidi, ognuno diverso dagli altri tre per la presenza di una base azotata diversa. Come un’
enciclopedia è composta dalla successione di innumerevoli lettere dell'alfabeto, il genoma è composto
dalla successione delle basi nucleotidiche che costituiscono il DNA.
• Le basi nucleotidiche sono 4: Adenina (A) , Timina (T) , Guanina (G) e Citosina (C). L'alfabeto in cui è
scritto il patrimonio genetico di tutti gli esseri viventi è quindi formato da quattro lettere: A, T, G, C.
• Il nostro genoma contiene circa 3,2 miliardi di lettere.
• Se si potesse srotolare, il filamento di DNA di una singola cellula sarebbe lungo più di un metro. Con
tutto il DNA presente nel nostro organismo si potrebbe coprire 1200 volte la distanza fra la Terra e il Sole.
• Il genoma dell'uomo e dello scimpanzé sono identici al 94 per cento.
• La differenza fra il DNA di due persone diverse è di appena lo 0.2 per cento.
LA MAPPA DEL GENOMA
Il sequenziamento consiste nell'identificare la successione esatta di basi nucleotidiche, cioè delle 4
"lettere" chimiche che compongono il DNA. Elaborando questi dati sulla base delle conoscenze già
acquisite e con l'aiuto di programmi informatici, i genetisti hanno potuto costruire una mappa dettagliata
del nostro patrimonio genetico
I ricercatori dispongono ora di un vero e proprio catalogo che comprende i geni presenti sui cromosomi,
la loro esatta posizione e la successione di basi nucleotidiche di ciascuno di essi.
E' una rivoluzione nel metodo con cui studiare le cause genetiche delle malattie: accedendo
direttamente ai dati è infatti possibile saltare le tappe lunghissime e dispendiose necessarie all'isolamento
fisico dei geni che le causano e al loro sequenziamento.
I dati relativi al genoma umano sono pubblicati -anche su Internet - dalle due più importati riviste
scientifiche mondiali: la rivista britannica Nature [www.nature.com] pubblica i risultati del consorzio
internazionale HGP che, con fondi pubblici, ha lavorato al progetto genoma umano. La rivista americana
Science [www.science.com] pubblica invece i risultati ottenuti dalla Celera, l'azienda privata di Craig
Venter.
Il numero dei geni: sono secondo la Celera tra i 26.000 e i 39.000, secondo il consorzio pubblico tra i
30.000 e i 40.000. Sembrano pochi, rispetto alle stime precedenti (circa 100mila) e rispetto al genoma di
altri organismi più semplici: la pianta Arabidopis Thaliana ne possiede 25.000 la Drosophila (il comune
moscerino da frutta) 13.600.
Più che nel numero di geni, quindi, il segreto dell' umanità risiede probabilmente nel tipo e nel
numero di proteine da essi prodotte e nelle complesse interazioni fra proteine e ambiente.
I geni vengono localizzati analizzando la sequenza di DNA con sofisticati software in grado di
riconoscere la presenza di "frasi" di senso compiuto. Ognuna di queste "frasi" rappresenta un gene. Altri
programmi possono identificare quali di queste sequenze corrispondono a quelle di geni già noti.
LE TAPPE DEL PROGETTO GENOMA
1953 James Watson e Francis Crick scoprono la struttura a doppia elica del DNA
1977 Gli scienziati americani Allan Maxam and Walter Gilbert e l'inglese Frederick Sanger mettono a
punto 2 diversi metodi per sequenziare il DNA, cioè per "leggere" la successione di basi nucleotidiche che
lo compongono. Il metodo di Sanger, oggi automatizzato, è quello tuttora utilizzato.
1985 Lo scienziato americano Kary Mullis inventa la PCR, una tecnica che permette di moltiplicare
artificialmente il DNA, anche se presente in quantità minima.
1986 in un articolo sulla rivista Science il premio Nobel Renato Dulbecco, (oggi presidente onorario della
Commissione Medico-Scientifica di Telethon) lancia l'idea di sequenziare l'intero genoma Umano.
1990 Negli Stati Uniti nasce ufficialmente lo Human Genome Project (HGP), sotto la guida di James
Watson. Negli anni successivi Regno Unito, Giappone, Francia, Germania, Cina si uniscono al progetto
formando un consorzio pubblico internazionale. In Italia il progetto genoma nasce nel 1987 ma si
interrompe nel 1995 (vedi scheda).
1992 Craig Venter lascia l'NIH e il progetto pubblico. Fonderà una compagnia privata, la Celera, portando
avanti un progetto genoma parallelo.
1993 Francis Collins e John Sulston diventano direttori rispettivamente del National Human Genome
Research Center negli USA e del Sanger Center in Inghilterra, i 2 principali centri coinvolti nel HGP.
1999 (Dicembre) Pubblicata su Nature la sequenza completa del cromosoma 22.
2000 (Maggio) pubblicata su Nature la sequenza completa del cromosoma 21.
2000 (Giugno) Francis Collins e Craig Venter annunciano congiuntamente di aver completato la "bozza"
completa del genoma Umano.
2001 La bozza completa del genoma umano (che gli inglesi chiamano working draft) è pubblicata su
Nature (quella del consorzio pubblico) e su Science (quella della Celera).
IL PROGETTO GENOMA IN ITALIA
1987 Il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) affida a Renato Dulbecco il compito di coordinare il
progetto nel nostro paese.
Rispetto agli altri paesi però lo stanziamento pubblico è minimo: in tutto circa 16 miliardi in lire, cioè 270
volte meno che negli Stati Uniti, 42 volte meno che in Giappone, 40 volte meno della Germania.
1995 I finanziamenti pubblici al progetto Genoma in Italia si interrompono. La ricerca italiana sul
genoma prosegue soprattutto grazie ai finanziamenti privati contribuendo all'identificazione di oltre 45
geni-malattia presenti nei cromosomi umani.
Fra questi i geni responsabili di malattie rare, come la paraplegia spastica ereditaria, l'albinismo oculare e
diverse forme di distrofia muscolare, ma anche patologie più comuni, come la sordità ereditaria e
l'emocromatosi.
17.12.2005
Il gene del colore della pelle
SLC24A5 esiste in due versioni differenti
Dieci anni fa, cominciando a studiare il danio zebrato (zebrafish), i ricercatori speravano di
scoprire i geni che provocano il cancro. Grazie alla variante dorata del pesce, invece, hanno
finito con l'isolare il gene che ha reso bianca la pelle degli europei.
Le basi genetiche del colore della pelle umana sono sfuggite all'identificazione degli scienziati
per anni. Studi precedenti avevano individuato più di cento geni differenti coinvolti nella
produzione della melanina, il pigmento responsabile del colore della pelle e della naturale
abbronzatura. L'oncologo Keith Cheng della Pennsylvania State University e colleghi hanno ora
determinato che lo zebrafish dorato - una versione più "leggera" del suo cugino selvatico presenta una mutazione genetica che elimina una proteina fondamentale per la
produzione di melanina.
Agli scienziati è bastato semplicemente aggiungere la proteina di lunghezza normale allo
zebrafish dorato perché il pesce tornasse ad avere un colore più scuro. Ma anche l'inserimento
negli embrioni di zebrafish del gene responsabile della produzione della proteina negli esseri
umani (SLC24A5) ha restituito ai pesci la colorazione più scura. A questo punto Cheng ha
chiesto aiuto all'antropologo Mark Shriver, che aveva studiato la genetica evolutiva del colore
della pelle umana, per determinare se il gene svolgesse un ruolo identico nella pigmentazione
dell'uomo.
Usando il database del genoma umano, HapMap, i ricercatori hanno scoperto che SLC24A5
esiste praticamente in due sole varianti. Quasi tutti gli uomini di origine europea
presentano una versione del gene che produce la proteina con un tipo di amminoacido
(treonina) mentre il resto del mondo ne ha un altro (alanina). Ciò suggerisce che la variante
sia apparsa tempo fa in un antenato degli europei, conferendogli un beneficio, e che per questo
motivo sia stato conservato dalla selezione naturale. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista
"Science".
© 1999 - 2005 Le Scienze S.p.A.
20.12.2006
Uomo e scimpanzé sono meno vicini
Bisogna tenere conto del differente numero di copie multiple di uno stesso
gene
Usando una nuova misura della somiglianza genetica – il numero di copie di geni che due
specie hanno in comune – si desume che essere umano e scimpanzé condividono solamente il
94 per cento dei geni e non il 98-99 per cento. Sarebbe dunque maggiore di quanto finora
ritenuto la distanza che separa l’uomo dalla specie più vicina.
La nuova ricerca, svolta presso l’Università dell’Indiana a Bloomington, tiene conto della
possibilità di copie multiple di geni e del fatto che il numero di questi multipli può variare da
specie a specie, anche quando esso è più o meno identico.“ Per spiegare il cambimento di
prospettiva, i ricercatori hanno paragonato la situazione alla differente scomposizione in sillabe
di una stessa parola in due lingue diverse.
"Non bisogna tenere conto soltanto dei geni condivisi” ha detto Matthew Hahn, che ha diretto
lo studio. Secondo i ricercatori le copie addizionali di uno stesso gene consentono all'evoluzione
di sperimentare nuove funzioni per vecchi geni. La scoperta suffraga l’idea che l’evoluzione
possa aver conferito all’uomo nuove funzione genetiche che non esistevano nello scimpanzé.
Per condurre la loro ricerca, Hahn e colleghi hanno esaminato 110.000 geni appartenenti a
9990 famiglie di geni similari. La dimensione di una famiglia di geni differisce in 5622 casi,
ossia nel 56 per cento di tutte le famiglie. Le dimensioni di queste famiglie sono variate così
frequentemente nel corso della storia evolutiva dei mammiferi che, come si esprimono i
ricercatori in un articolo pubblicato su PLOS One, si possono paragonare a porte girevoli
attraverso cui passano i geni.
Nell’uomo e nello scimpanzé, che contano circa 22.000 geni funzionali, sono stati trovati 1418
duplicati di geni che l’una o l’altra specie non possiede. Per esempio, nell’uomo alla famiglia
detta della centaurina gamma, correlata all’autismo, appartengno 15 geni, mentre la
corrispondente famiglia dello scimpanzé ne ha soltanto 6.
LINKS
www.nature.com
La rivista Nature
www.science.com
La rivista Science
http://www.cnnitalia.it/2001/DOSSIER/genoma.umano/
Il dossier di CNN Italia sul genoma umano
http://www.wellcome.ac.uk/en/genome
Le esaurienti pagine del Wellcome Trust sul genoma (in inglese)