cinesi regno -"in una"

Il progetto GENOMA
Marta Franceschetti
Classe:
Va Liceo Psicopedagogico
Momento del percorso formativo
Mod.1 – Mendel e la Genetica Classica
Mod.2 – Acidi nucleici e Sintesi delle Proteine
Mod.3 – Genetica Molecolare
Regolazione dell’espressione genica
Tecnologie del DNA ricombinante
Il progetto Genoma Umano
Prerequisiti:
- Struttura di DNA e RNA
- Meccanismi di Duplicazione, Trascrizione e Traduzione
- Mappatura Genetica
- Plasmidi e Virus come vettori genetici
Obiettivi Didattici
1) Definizione, Scopi e prospettive di un Progetto Genoma
2) Fasi necessarie al sequenziamento
3) Tappe storiche del Progetto Genoma Umano
4) Era post genomica
5) Implicazioni Etiche e Politiche
Obiettivi Formativi
•
Importanza della collaborazione e condivisione dei risultati scientifici
•
Ogni nuova conoscenza scientifica ha implicazioni etiche e sociali
GENOMA:
Insieme delle informazioni genetiche
depositate nella sequenza del DNA delle cellule.
Progetto Genoma Umano:
si propone di descrivere
completamente il genoma umano mediante
il sequenziamento del DNA
Determinazione della sequenza
lineare delle basi che lo
compongono (3.12 x109 bp)
Obiettivi del Progetto Genoma Umano:
1. Creazione di accurate mappe fisiche dei cromosomi umani
2. Sviluppo di tecnlogie di supporto e di attrezzature per la ricerca
3. Espansione delle reti di comunicazione e della capacità di
archiviazione ed elaborazione dei dati.
• Identificazione di alterazioni nella sequenza di DNA determinanti lo
sviluppo di patologie umane – geni malattia.
• Comprendere le basi genetiche dell’evoluzione e del funzionamento
dell’organismo umano.
Per ottenere la Sequenza del DNA:
A. Suddividere il DNA in frammenti più piccoli
B. Amplificazione dei segmenti di DNA
C. Sequenziamento vero e proprio
D. Analisi dei dati (Bioinformatica)
Suddividere il DNA in frammenti più piccoli:
•
Meccanicamente
•
Utilizzando Enzimi di Restrizione
Scoperti nel 1978 nei
batteri come
meccanismo di
difesa
dall’infezione di
patogeni
Amplificazione dei
plasmidi e del
segmento esogeno
Costruzione di una Genoteca – Banca Genomica
Amplificazione mediante PCR (K. Mullis 1985)
Sequenziamento
Metodo di Sanger (1977)
Didesossinucleoside
Sequenziamento Automatico: marcatori fluorescenti rilevati da laser
Ogni nucleotide si associa ad una colorazione diversa: ddATP ddTTP ddGTP ddCTP
Consente di avere un’unica reazione ed un’unica corsia
Ordinamento dei segmenti per sovrapposizione di sequenza - Bioinformatica
Diverso modo di procedere tra:
Consorzio Pubblico
Celera Genomics
Approccio Top Down
Approccio Whole Genome Shotgun
DNA Genomico
Clonaggio in vettori per
grossi inserti di DNA (YAC,
BAC, PAC) e assemblaggio
per zone di sovrapposizione
Subclonaggio in vettori da
sequenziamento
Sequenziamento
Frammenti casuali derivanti da rottura
meccanica del DNA clonati in vettori da
sequenziamento
Sequenziamento
automatico
Ricostruzione computerizzata
della sequenza genomica
LE TAPPE DEL PROGETTO GENOMA
1985 K. Mullis inventa la PCR per amplificare frammenti di DNA.
1986 R.Dulbecco e L.Hood lanciano 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.
1992 Craig Venter lascia l'NIH. Fonda la compagnia privata Celera Genomics, portando
avanti un progetto genoma parallelo.
1993 F. Collins e J. 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.
2000 (Giugno) Francis Collins e Craig Venter annunciano congiuntamente di aver
completato la "bozza" 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).
Febbraio 2001: Pubblicazione del Genoma Umano
Alla fine, tutti e 2 gli approcci sono stati utili: quello di Venter per la sua efficienza,
automazione e rapidita’, quello del consorzio pubblico per ordinare esattamente le
sequenze ripetute
Dopo il sequenziamento…
Il numero di geni stimato scende da 50.000-100.000 a circa 30.000
Il gene umano medio
Lunghezza
17.000 coppie di basi (17 kb)
Numero di esoni
7
Lunghezza dell’esone
100-200 nucleotidi
Lunghezza dell’introne
200-2.000 nucleotidi
Progetti Ancillari – Sequenziamento del Genoma di altri organismi
Organismo
Stima dimensioni Genoma
H. Sapiens
M. Musculus (mouse)
Drosophila (fruit fly)
Arabidopsis (plant)
C. elegans (roundworm)
S. cerevisiae (yeast)
E. coli (bacteria)
3000 million bases
3000 million bases
180 million bases
100 million bases
97 million bases
12.1 million bases
4.67 million bases
Stima n°di geni
30,000
30,000
13,061
25,000
19,099
6,034
3,237
Che cosa ci rende umani?
Inoltre il 60% delle proteine umane previste mostra
similarità di sequenza con proteine presenti in altre specie
(drosofila, lievito)
IPOTESI 
regolazione genica
efficienza di splicing
interazioni proteina-proteina
Utilità della Genomica Comparativa
• Le sequenze altamente conservate è più probabile codifichino per
proteine funzionalmente importanti.
• Informazioni sull’evoluzione.
• Determinazione delle peculiarità umane rispetto ad altre specie.
• Studio della funzione genica in condizioni normali o patologiche indotte
in modelli sperimentali.
Progetti Ancillari – Human Genome Diversity Project
•
La variabilità genetica è determinata dalle mutazioni che rendono due
individui diversi.
•
Il Genoma Umano nucleare di due individui è conservato per il 99,9%,
il rimanente 0,1% racchiude quelle differenze che rendono i due
individui diversi.
Ricaduta immediata: poiché le sequenze finali sono state ottenute
sovrapponendo la sequenza di individui diversi, è stato possibile indivisuare
un numero molto alto di polimorfismi di singoli nucleotidi (SNPs)
Che cosa è cambiato? Problema: Identificazione della corrispondenza
Fenotipo
Era Pre-Genomica
Analisi genetica
classica
Era Post-Genomica
Analisi genetica
inversa
Gene
• Carattere
• Identificazione prodotto genico implicato
• Sequenza genica putativa
• Ricerca in banca dati
• Isolamento del gene e sua caratterizzazione
• Sequenza di DNA
• Analisi bioinformatica
• Funzione putativa
• Analisi Funzionale
Ma ancora…
La sequenza del DNA non è sufficiente
1) Identificazione di tutti i geni (???)
2) Studio della loro espressione e funzione, in condizioni sia fisiologiche
che patologiche
3) Comprensione del ruolo biologico delle sequenze intergeniche
Con la Genomica…
• Trascrittomica
• Proteomica
• Genomica Strutturale
• Knockout studies
• Terapia Genica
• Test diagnostici
E’ possibile brevettare le sequenze nucleotidiche che compongono i vari geni?
•La ricerca sul genoma umano ha un valore universale e
quindi dovrebbe essere patrimonio di tutti.
• Ma l’elevato costo, sia umano sia tecnologico, può
essere sostenuto solo con la vendita delle conoscenze
acquisite.
• Brevettabilità dei geni implicati in gravi malattie
ereditarie di cui si potrebbe avere un test diagnostico.
• Determinismo genetico – Influenza ambientale
…
Nel 1999 Venter avanzò la richiesta di brevettare tutte le sequenze geniche di cui era in
possesso fino a quel momento.
Il governo americano decise che non si può brevettare una sequenza, ma solo la
conoscenza che si ha su di essa.
Quindi per brevettare un gene è importante conoscerne la funzione o almeno la
potenziale rilevanza.
Fine