Genetica
umana
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Dello stesso editore:
Adamo et al. – Istologia per le lauree sanitarie
Arienti – Le basi molecolari della nutrizione
Arienti – Un compendio di biochimica
Arienti/Fiorilli – Biochimica dell’attività motoria
Atkinson – Introduzione alla psicologia di Hilgard
Bellini/Manuzio – Fisica per le scienze della vita
Bernabeo/Pontieri/Scarano – Elementi di storia della
medicina
Bruni/Nicoletti – Dizionario di erboristeria e di fitoterapia
Cabras/Martelli – Chimica degli alimenti
Cao/Dallapiccola/Notarangelo – Malattie genetiche:
molecole e geni
Carlson – Fisiologia del comportamento
Carlson – Psicologia: la scienza del comportamento
Catani/Savini/Guerrieri/Avigliano – Appunti di biochimica
Cevenini – Microbiologia clinica
Cevenini/Sambri – Microbiologia e microbiologia clinica
per le lauree triennali
Chiarelli – Dalla natura alla cultura
Chiarelli/Bigazzi/Sineo – Lineamenti di antropologia per
le scienze motorie
Cinti – Quiz a scelta multipla di anatomia umana normale
Colton – Statistica
Conner/Hartl – Elementi di genetica ecologica
Cooper/Hausman – La cellula: un approccio molecolare
Cozzani/Dainese – Biochimica degli alimenti e della
nutrizione
Cromer – Fisica (per Medicina, Farmacia e Scienze
biologiche)
Cunningham – Anatomia umana
De Felici et al. – Embriologia umana
Del Gobbo – Immunologia per le lauree sanitarie
Dizionario Medico Enciclopedico illustrato a colori
Esposito/Papa/Passiatore/De Luca/Mezzogiorno/
Valentino – Anatomia umana
Evangelisti/Restani – Prodotti dietetici
Fantoni et al. – Biologia cellulare e genetica
Fessenden/Fessenden – Chimica organica
Foye – Chimica farmaceutica
Fumagalli – Atlante fotografico di anatomia umana (3
volumi)
Furlanut – Farmacologia generale e clinica per le lauree
triennali
Galzigna – Elementi di enzimologia
Ganong – Fisiologia medica
Garrett/Grisham – Principi di biochimica
Giannazzo – Lezioni di biofisica e tecnologie biomediche
Gigliotti/Verga – Biotecnologie alimentari
Gilman/Newman – Neuroanatomia e neurofisiologia
Giudice et al. – Biologia dello sviluppo
Goglia – Anatomia per le lauree triennali
Goglia – Citologia ed istologia generale
Goglia – Embriologia umana
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Janeway – Immunobiologia
Jawetz – Microbiologia medica
Judd et al. – Botanica sistematica
Junqueira – Compendio di istologia
Katzung – Farmacologia generale e clinica
Katzung/Trevor – Farmacologia: quesiti a scelta multipla e
compendio della materia
Kent – Anatomia comparata dei vertebrati
Köning/Liebich – Anatomia dei mammiferi domestici
Lanz/Wachsmuth – Anatomia pratica. Vol. I: Arto
superiore
Lang/Wachsmuth – Anatomia pratica. Vol. II: Arto inferiore
Lewis – Genetica umana
Mader – Biologia. L’essenziale
Mangia/Bevilacqua – Basi biologiche dell’attività psichica
Mariuzzi – Anatomia e istologia patologica
Massari – Elementi di biofisica
Masterton/Hurley – Chimica
Matthews – Neurobiologia
Maugini/Maleci Bini/Mariotti Lippi – Botanica
farmaceutica
McMurry – Chimica organica
Merighi – Anatomia applicata e topografia regionale
veterinaria
Mezzogiorno – Anatomia dell’uomo
Midrio et al. – Fisiologia umana per le lauree sanitarie
Minelli/Del Grande – Atlante di anatomia dei vertebrati
Mita/Feroci – Fisica biomedica
Monesi – Istologia
Pasqua/Abbate/Forni – Botanica generale e diversità
vegetale
Petrucci/Harwood – Chimica generale
Pier/Lyczak/Wetzler – Immunologia, Infezione e
Immunità
Pipkin/Trent/Hazlet – Geologia ambientale
Pontieri – Patologia e fisiopatologia generale per le lauree
triennali
Pontieri/Russo/Frati – Patologia generale
Raven - Biologia
Rhoades/Pflanzer – Fisiologia generale umana
Rizzoli/Brunelli/Gastaldini – Guida illustrata all’istologia
Rohen/Yokochi/Lütjen-Drecoll – Atlante a colori di
anatomia umana descrittiva e topografica
Rubini – Fisiologia per le lauree triennali
Saladin – Anatomia & Fisiologia
Saladin – Anatomia umana
Samaja – Biochimica per le lauree triennali
Senatore – Biologia e botanica farmaceutica
Siliprandi/Tettamanti – Biochimica medica
Taiz/Zeiger – Biologia vegetale
Vigué/Martín – Atlante a colori di anatomia umana
Waxman – Neuroanatomia clinica
Whitten – Chimica generale
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Ricki Lewis
Genetic Counselor
CareNet Medical Group
Schenectady, New York
Adjunct Assistant Professor of Medical Education
Alden March Bioethics Institute
Albany Medical College
Genetica
umana
nona edizione
Concetti e applicazioni
Edizione italiana a cura di
Giuseppe Novelli
Professore Ordinario di Genetica Medica
Dipartimento di Biopatologia e Diagnostica per Immagini
Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”
Con la collaborazione di
FEDERICA CARLA SANGIUOLO
Professore Associato di Genetica Medica
Dipartimento di Biopatologia e Diagnostica per Immagini
Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”
Traduzione di
Libero Vitiello
Sarah Pigozzo
Eva Galletta
Dipartimento di Biologia
Università degli Studi di Padova
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Titolo originale:
HUMAN GENETICS: CONCEPTS AND APPLICATIONS
Ninth edition
Copyright © 2010 by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved
Tutti i diritti sono riservati
è vietata per legge la riproduzione in fotocopia
e in qualsiasi altra forma.
è vietato riprodurre, archiviare in un sistema di riproduzione o trasmettere sotto
qualsiasi forma o con qualsiasi mezzo elettronico, meccanico, per fotocopia, registrazione o altro, qualsiasi parte di questa pubblicazione senza autorizzazione scritta dell’Editore. Ogni violazione sarà perseguita secondo le leggi civili e penali.
ISBN 978-88-299-2100-3
Stampato in Italia
Copyright © 2012, by Piccin Nuova Libraria, S.p.A. - Padova
www.piccin.it
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L’Autrice
Ricki Lewis ha costruito la sua eclettica carriera comunicando al
grande pubblico quanto coinvolgente ed eccitante possa essere la
genetica. Ha conseguito il suo Dottorato in Genetica nel 1980, presso
l’Università dell’Indiana. A quei tempi le biotecnologie moderne
erano agli albori e Ricki ha descritto il loro sviluppo in articoli scritti
per molte riviste e quotidiani. Nel 1988 ha pubblicato uno dei primi
articoli sull’uso del DNA per identificazione personale nella rivista
“Discover” e dieci anni più tardi ha scritto uno dei primi articoli sulle
cellule staminali umane nella rivista “The Scientist”.
Ha insegnato diversi corsi di biologia presso l’Università di Miami,
l’Università di Albany, l’Empire State College e numerosi altri Istituti
di educazione superiore. È stata autrice o co-autrice di numerosi
testi universitari, nonché della raccolta di saggi “Discovery: Windows
on Life Science” e del romanzo “Stem Cell Symphony”. Dal punto di
vista della pratica clinica, Ricki esercita la professione di consulente
genetico dal 1984 in una clinica privata e dal 2005 è volontaria presso
strutture di Hospice (strutture di accoglienza per il fine vita di malati
terminali, ndt). Tiene infine frequenti seminari pubblici.
Al momento è titolare del corso online di “Genethics” (etica e
genetica) presso l’Alden March Bioethics Institute dell’Albany Medical
Center. Vive poco a nord della città di New York e, saltuariamente, a
Martha’s Vineyard (un’isola del Massachusetts), col marito Larry, tre
figlie, numerosi gatti, una tartaruga e una lepre. Le si può scrivere
all’indirizzo [email protected].
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Dedicato a
Benzena Tucker
e Glenn Nichols,
che mi hanno insegnato
il valore dell’ottimismo.
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Indice dei capitoli
Par t e 1
Par t e Introduzione 1
C a p i t o l o
1
Genetica di popolazione 324
Introduzione alla genetica 1
C a p i t o l o
Le cellule 23
C a p i t o l o
C a p i t o l o
Frequenze alleliche costanti 324
3
Frequenze alleliche non costanti 346
Par t e C a p i t o l o
2
C a p i t o l o
4
Par t e C a p i t o l o
Genetica dell’immunità 405
6
Genetica del cancro 432
C a p i t o l o
Questioni di sesso 136
Par t e 8
Genetica del comportamento 186
Par t e 3
DNA e cromosomi 205
C a p i t o l o
9
Struttura e replicazione del DNA 205
C a p i t o l o
10
Il funzionamento del gene: dal DNA alla proteina 222
C a p i t o l o
18
7
Caratteri multifattoriali 162
C a p i t o l o
11
5
17
5
Oltre le leggi di Mendel 111
C a p i t o l o
16
Immunità e cancro 405
Ereditarietà di un singolo gene 86
C a p i t o l o
15
Le origini dell’umanità 374
Trasmissione ereditaria 86
C a p i t o l o
14
2
Meiosi e sviluppo 55
C a p i t o l o
4
6
Tecnologia genetica 459
C a p i t o l o
19
Tecnologie genetiche:
amplificare, modificare e controllare il DNA 459
C a p i t o l o
20
Test e cure genetiche 479
C a p i t o l o
21
Tecnologie riproduttive 502
C a p i t o l o
22
Genomica 521
Espressione genica ed epigenetica 246
C a p i t o l o
12
Mutazioni geniche 261
C a p i t o l o
13
Cromosomi 294
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Indice generale
L’Autrice v
Prefazione xiii
L’aspetto umano xvi
Applicazioni della genetica umana xvii
Il sistema Lewis di apprendimento guidato xviii
Par t e
1 Introduzione 1
1
ca p i t o l o
Introduzione
alla genetica 1
2.5
Cellule staminali 46
CERCASI
DONATRICI
DI OVULI
1
.2I livelli della genetica 3
10.0000 $
PIÙ SPESE
1
.3I geni e il loro ambiente 8
Cercasi giovani donne (sotto i 28 anni),
affascinanti, atletiche, sane e con
punteggi di ammissione e/o voti elevati
1
.4 Applicazioni della genetica 10
2
Le cellule 23
2.1Introduzione
alle cellule 24
Par t e
2.3 Divisione e morte cellulare 38
2.4Interazioni
cellula-cellula 44
1
.1Introduzione ai geni 2
C a p i t o l o
2.2
Componenti cellulari 24
C a p i t o l o
Meiosi e sviluppo 55
3.1Il sistema riproduttivo 56
3.2 Meiosi 58
3.3 Maturazione dei gameti 62
3.4Lo sviluppo prenatale 66
3.5 Difetti alla nascita 74
3.6 Maturazione e invecchiamento 78
2 Trasmissione ereditaria 86
4
ca p i t o l o
4 .4Seguire la trasmissione di due geni:
l’assortimento indipendente 99
Ereditarietà di
un singolo gene 86
4 .5 Analisi del pedigree 102
4 .1La storia di due famiglie 87
Oltre le leggi
di Mendel 111
4 .2Seguire l’ereditarietà nella
segregazione di un gene 89
4 .3Ereditarietà monogenica
nell’uomo 93
viii
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3
ca p i t o l o
5
5.1Una
nuova visione della genetica
mendeliana 112
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Indice generale
ix
5.2
Quando l’espressione genica sembra
alterare i rapporti mendeliani 112
7.2I caratteri poligenici variano
in maniera continua 163
5.3I
geni mitocondriali 121
7.3 Approcci tradizionali allo
svolgimento d’indagini sui caratteri
multifattoriali 170
5.4Linkage 124
ca p i t o l o
6
Questioni di sesso 136
7.4Studi di associazione sull’intero
genoma 175
7.5Uno sguardo ravvicinato:
il peso corporeo 179
6.1La nostra identità sessuale 137
6.2Tratti ereditati sui cromosomi
sessuali 145
6.3 Caratteri limitati e influenzati dal
genere sessuale 150
6.4Inattivazione dell’X 151
7
Caratteri
multifattoriali 162
7.1I geni e i caratteri determinati
dall’ambiente 163
Par t e
Genetica del
comportamento 186
8.2 Disordini alimentari 189
8.3Il sonno 189
8.4Intelligenza 191
8.5La tossicodipendenza 193
8.6I disturbi dell’umore 195
8.7Schizofrenia 196
8.8 Autismo 199
3 DNA e cromosomi 205
9
ca p i t o l o
Struttura
e replicazione del DNA 205
9.1 Gli esperimenti che identificarono e
descrissero il materiale genetico 206
9.2La struttura del DNA 210
9.3La replicazione del DNA –
il mantenimento delle
informazioni genetiche 213
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8
8.1 Geni e comportamento 187
6.5Imprinting genomico 155
ca p i t o l o
ca p i t o l o
ca p i t o l o
10
Il funzionamento
del gene: dal DNA
alla proteina 222
10.1 Dal DNA alle proteine 223
10.2Trascrizione 224
10.3Traduzione di una proteina 230
10.4 Maturazione di una proteina 236
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x
Indice generale
ca p i t o l o
11
Espressione genica
ed epigenetica 246
1
1.1L’espressione genica nel tempo e
nei diversi tessuti 247
11.2Il controllo dell’espressione
genica 251
12.5L’importanza della posizione 281
12.6 Riparazione del DNA 284
10 10q −
17q + 17
I
Andre
ca p i t o l o
Omyra
II
Marcos
Esteban
Maribella
Cromosomi 294
10 10 17q + 17
13.1 Ritratto di un cromosoma 295
13.2Visualizzazione dei cromosomi 298
11.3 Massimizzare le informazioni
genetiche 254
13.3 Anomalie nel numero di
cromosomi 304
11.4La maggior parte del genoma umano
non codifica le proteine 256
13.4 Anomalie di struttura nel
cromosoma 312
ca p i t o l o
12
13
13.5 Disomia uniparentale – doppia dose
da un solo genitore 319
Mutazioni geniche 261
12.1La natura delle mutazioni 262
12.2 Due mutazioni 263
12.3Le cause della mutazione 268
12.4Tipi di mutazioni 273
Par t e
4 Genetica di popolazione 324
14
ca p i t o l o
ca p i t o l o
15
Frequenze alleliche
costanti 324
Frequenze alleliche
non costanti 346
14.1La genetica di popolazione è alla base
dell’evoluzione 325
15.1 Accoppiamento non casuale 347
14.2 Frequenze alleliche costanti 326
14.3 Applicazioni dell’equilibrio di HardyWeinberg 329
14.4L’analisi dei profili del DNA si basa
sulle assunzioni di HardyWeinberg 331
15.2 Migrazioni 349
15.3 Deriva genetica 351
15.4 Mutazioni 356
15.5Selezione naturale 356
15.6Unire tutto insieme:
la fenilchetonuria 363
15.7Eugenetica 365
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Indice generale
xi
ca p i t o l o
16
Le origini
dell’umanità 374
16.2Evoluzione molecolare 385
16.3Orologi molecolari 393
16.4Il popolamento del pianeta 396
16.1Le origini umane 375
Par t e
5 Immunità e cancro 405
17
C a p i t o l o
ca p i t o l o
18
Genetica
dell’immunità 405
Genetica
del cancro 432
17.1L’importanza delle superfici
cellulari 406
18.1Il cancro è genetico, ma solitamente
non ereditario 433
17.2Il sistema immunitario umano 409
18.2 Caratteristiche delle cellule
cancerose 436
17.3Immunità anormale 415
18.3Origini delle cellule cancerose 439
17.4 Alterare l’immunità 422
17.5Una visione genetica dell’immunità:
la prospettiva del patogeno 427
18.4 Geni del cancro e microRNA 442
18.5 Molti geni contribuiscono al
cancro 449
18.6 Cause ambientali del cancro 451
18.7La personalizzazione della diagnosi e
del trattamento per il cancro 453
Par t e
6 Tecnologia genetica 459
ca p i t o l o
19
Tecnologie genetiche:
amplificare, modificare e
controllare il DNA 459
19.3 Modificare il DNA 464
19.4 Controllare la funzione dei geni 472
19.5Silenziare il DNA 474
19.1Brevettare il DNA 460
19.2 Amplificare il DNA 462
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xii
Indice generale
ca p i t o l o
20
ca p i t o l o
22
Test e cure
genetiche 479
Genomica 521
22.1 Dalla genetica alla genomica 522
20.1I genetisti trovano zebre e qualche
cavallo 480
22.2Sequenziare il dna e sintetizzare
un genoma 529
20.2 Consulenza genetica 481
22.3 Modi diversi di guardare
i genomi 532
20.3 Analisi genetiche 483
20.4Trattare le malattie genetiche 487
ca p i t o l o
21
Tecnologie
riproduttive 502
22.4Sequenziamento genomico
personalizzato 536
Glossario 541
Crediti 548
Indice analitico 551
21.1 Fratelli salvatori e altro 503
21.2Infertilità e sub-fertilità 503
21.3Tecniche di riproduzione assistita 507
21.4Embrioni in eccesso 515
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Prefazione
La genetica umana per tutti
La realtà è davvero più strana della fantasia.
Quando ho cominciato a scrivere questo libro di
testo 15 anni fa ho descritto un futuro prossimo nel
quale due studenti di college decidevano di sottoporsi a dei test genetici personalizzati. Chi avrebbe mai immaginato che oggi possiamo richiedere
questo tipo di test via web. Basta spedire un campione di saliva o un tampone passato all’interno
della guancia per ottenere informazioni sulla nostra componente genetica. Potremmo venire a conoscenza di possibili rischi futuri per la nostra salute, oppure scegliere dei test specifici che ci diano
indicazioni sul nostro passato, facendoci scoprire
da che parte del mondo provenivano i nostri antenati e, forse, facendoci ritrovare dei lontani cugini.
È sorprendente.
Ricki Lewis
Oggigiorno, la genetica umana è per tutti. Ha a che fare
più con la variabilità che ci rende diversi gli uni dagli
altri che con le malattie e sempre più spesso si occupa
di caratteri comuni piuttosto che rari. Quella che una
volta era una scienza misteriosa, che poteva occasionalmente spiegare il verificarsi di sintomi strani in un
paziente, è ora parte delle conversazioni di tutti i giorni. Nonostante la credenza comune che esistano singoli
geni che controllano questa o quella caratteristica, oggi
sappiamo che la maggior parte delle patologie e dei caratteri sono sotto il controllo di più geni (a volte molti)
e delle influenze dell’ambiente in cui viviamo. Ora che
possiamo conoscere le nostre caratteristiche genetiche
possiamo controllare meglio i nostri stili di vita, per
migliorare la nostra salute. Le informazioni genetiche
ci danno la possibilità di effettuare delle scelte. Quasto
libro vi illustra come e perché.
Cosa rende questo libro
diverso dagli altri
L’attualità dei contenuti
Essendo un membro del Comitato per la Educazione
e Informazione della Società Americana di Genetica
Umana, docente di etica e genetica e divulgatrice scientifica di lunga data, la dottoressa Lewis è a conoscenza
delle ultime scoperte della ricerca e dei cambiamenti
delle normative governative prima che queste diventino
di dominio pubblico. Gli sviluppi più aggiornati e rile-
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vanti in questi campi sono inclusi in ciascuna edizione
di questo testo, talvolta raccontati direttamente dalle
persone coinvolte. Ecco una lista di alcuni degli aggiornamenti più avvincenti riportati in questa edizione:
■
■
■
■
■
■
■
test genetici acquistabili direttamente dal
consumatore
studi di associazione sull’intero genoma;
prospettive e potenziali pericoli
profili di espressione genica e medicina
personalizzata
il progetto microbioma umano
la variabilità umana e suo utilizzo per
determinare le origini evolutive
la legge che regola l’uso delle informazioni
genetiche personali (GINA act)
le cellule staminali pluripotenti indotte e la
riprogrammazione cellulare
Questa nuova edizione riflette inoltre lo spostamento verificatosi nel campo della genetica umana, da un
interesse per le malattie rare monogeniche alle più comuni patologie e caratteristiche multifattoriali.
L’aspetto umano
La genetica umana ha a che fare con le persone; le voci
dei pazienti e dei loro familiari riecheggiano in queste
pagine. La maggior parte sono di persone rea­li, alcune sono delle ricostruzioni, da storie di casi diversi,
mentre altre ancora derivano dalla esperienza diretta
dell’Autrice come divulgatore scientifico, consulente
genetico e volontaria in Hospice.
Storie coinvolgenti e casi studio. La Lewis rende le
sue spiegazioni dei concetti di genetica ancora più
vivide utilizzando storie vere ed emozionanti come
ad esempio quelle di:
■
Una giovane giornalista di un giornale di moda,
che è riuscita a combattere la leucemia grazie
ad un farmaco sviluppato a partire dalla ricerca
genetica (capitolo 18, pag. 444)
■ Un uomo condannato a 25 anni di carcere,
scagionato grazie alle analisi del DNA
(capitolo 14, pag. 324)
■ Un padre la cui figlia è affetta da una patologia
così rara da non avere nemmeno un nome
(capitolo 4, pag. 86).
Applicazioni pratiche della genetica umana. L’Autrice ha ben chiaro che lo scopo della maggior parte
dei corsi scientifici di base è quello di informare al
meglio i futuri consumatori ed elettori; per questo motivo il libro fornisce esempi pratici di come i suoi con-
24-10-2011 12:29:46
xiv
tenuti possano essere applicati alla vita di tutti i giorni.
Tra questi, alcuni degli argomenti che maggiormente
interessano gli studenti sono:
■
Il ruolo della genetica nella suscettibilità
alle malattie, nella determinazione delle
caratteristiche fisiche e del peso corporeo e nel
comportamento, tenendo sempre d’occhio i
pericoli insiti nel determinismo genetico
■ Le biotecnologie, includendo i test genetici,
la terapia genica, la terapia con cellule
staminali, i profili di espressione, gli studi di
associazione sull’intero genoma e la medicina
personalizzata.
■ Le problematiche etiche legate all’incontro di
informazioni genetiche e privacy, come nei casi
di test di infedeltà coniugale, determinazione
della genealogia e test genetici ordinabili
direttamente dal consumatore.
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Prefazione
Il sistema Lewis
di apprendimento guidato
Ciascun capitolo contiene un insieme di caratteristiche pedagogiche specificamente pensate per rinforzare l’apprendimento dei concetti chiave e per incitare
gli studenti a considerare più approfonditamente le
applicazioni delle nozioni che hanno appena letto.
Iconografia dinamica
Il testo contiene fotografie spettacolari e illustrazioni
dimensionali, con colori vibranti. Gli studenti potranno imparare da figure che rappresentano interi processi, con i passaggi intermedi numerati, illustrazioni
micro- e macroscopiche, nonché da combinazioni di
disegni e fotografie che mettono in relazione illustrazioni schematiche con immagini reali.
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RINGRAZIAMENTI
Questo libro non avrebbe potuto essere realizzato senza una fantastica squadra editoriale e di produzione:
Anne Winch, Sue Dillon, Toni Michaels, Vicki Krug,
Tamara Maury, Janice Roerig-Blong, Tara McDermott, Carrie Burger, Kara Kudronowicz, Jodi Banowetz Christian Helmholz, e Mary Jane Lampe. Un
ringraziamento speciale va a Don Watson, entusiasta
cultore della materia, che fornisce meticolose revisioni di ciascuna edizione. Voglio anche ringraziare Lori
Sames, Hugh Rienhoff e Ethan Haas����������������
per aver condiviso le storie dei loro bambini e bambine (inserite per
la prima volta in questa edizione), come pure a Ilyce,
Michael e Max Randell, che aggiornano i progressi di
Max grazie alla terapia genica in ogni edizione. Un
ringraziamento va anche a Tom
����������������������
Gregg, Renad Ibrahim, Yun Tao e Esther Zakowski, per aver individuato
gli errori nel testo. Ringrazio i miei pazienti dell’Hospice, per aver condiviso con me le loro esperienze e
per l’ispirazione che mi hanno dato.
Ringrazio anche la mia meravigliosa famiglia:
Larry, le mie figlie Heather, Sarah e Carly, e tutti i
miei sei animali, gatti, tartaruga e lepre. E Cliff.
Revisori della nona edizione
Marne Bailey Lewis University
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Bruce A. Bowerman University of Oregon
Laurie M. Bradley Hudson Valley Community
College
Jon Coren Elizabethtown College
Dan A. Dixon University of South Carolina
Ann Evancoe Hudson Valley Community College
Sandi B. Gardner Ellis University
Caroline M.S. Lanigan Mesa College, San Diego
Community College District
John Law Community College of Allegheny County
Patricia Matthews Grand Valley State University
Gerard P. McNeil York College, The City University
of New York
Mary Rengo Murnik Ferris State University
Sharon Rittman North Carolina Central University
Mark F. Sanders University of California–Davis
Jennifer Smith Triton College
Questo libro si evolve grazie al contributo dei docenti
che lo utilizzano e dei loro studenti. Vi sarò grata se
vorrete mandarmi le vostre opinioni e suggerimenti
per migliorarlo: [email protected]
24-10-2011 12:29:46
L’aspetto umano
Letture
1.1
2.1
2.2
3.1
4.1
4.2
5.1
6.1
6.2
7.1
8.1
10.1
12.1
14.1
15.1
16.1
16.2
17.1
17.2
18.1
21.1
22.1
Introduzione al DNA
4
Gli errori congeniti del metabolismo coinvolgono le principali molecole biologiche 26
Canali ionici difettosi causano malattie ereditarie
35
Geni e longevità
81
È tutto nei geni
94
La fibrosi cistica, allora ed oggi
105
Le basi genetiche del morbo di Alzheimer
119
Daltonismo
147
La sindrome di Rett – Un curioso tipo di ereditarietà
154
La salute del cuore è multifattoriale
164
Osservando la schizofrenia
198
Considerando il kuru
241
Le mutazioni dell’X fragile colpiscono i bambini ed i loro nonni
278
Profili di DNA: la genetica molecolare incontra la genetica di popolazione
332
Resistenza agli antibiotici, la nascita della MRSA
360
Che cosa ci rende umani?
388
Dovresti sottoporti ad un test genetico per scoprire i tuoi antenati?
395
Virus
407
Una relazione immunologica speciale: donna incinta e feto
420
La storia di Erin: come il Gleevec può curare la leucemia
444
ll caso degli spermatozoi dalla testa arrotondata, e un riassunto di questo libro
505
Ci sono voluti 10 anni per scoprire il gene responsabile
della malattia di Huntington
523
22.2 Le prime tre sequenze del genoma umano
530
Con parole loro
Una bimba dagli assoni giganti
Le guerre dell’Y
Disautonomia familiare: la storia di Rebecca
Il primo paziente della terapia genica
37
140
276
493
Bioetica: scelte per il futuro
Analisi genetiche e privacy
Dovresti conservare le tue cellule staminali?
Perché un clone non è una copia esatta
Quando la diagnosi di un feto rappresenta una diagnosi anche per un genitore:
la malattia di Huntington (HD)
La prova dell’infedeltà
Lo studio della Danimarca: screening per la sindrome di Down
Biobanche di popolazione
Due visioni sulle malformazioni del tubo neurale
I popoli indigeni forniscono indizi sul passato
Parti di maiale
EPO: stimolante endogeno per i globuli rossi o farmaco che aumenta le performance?
Il morbo di Canavan: pazienti contro brevetti
Una tecnologia arrivata troppo presto? Il caso dell’ICSI
Il genoma a 1000 dollari
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50
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426
469
495
511
537
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Applicazioni della genetica umana
Paragrafi introduttivi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Esami genetici diretti al consumatore
Le cellule staminali ripristinano la vista, ma non la capacità di vedere
Vendesi uova: la storia di Vanessa
Il DNA di sua figlia
I tanti volti della “malattia delle urine nere”
Un’ipotesi controversa: la malattia mentale, mamma e papà
Piano con le acciughe: i geni e la dieta causano la gotta
La sindrome da affaticamento cronico
Sul significato del gene
Il codice genetico è universale
Smascherare un cancro
La storia di “Amerithrax”
Una diagnosi tardiva
L’Innocence Project usa il test del DNA per ribaltare le condanne
L’evoluzione della tolleranza al lattosio
Gli Hobbits
L’espressione genica nell’artrite reumatoide
I microarray spiegano il cancro alla tiroide
Migliorare il letame di maiale
Combattere il morbo di Canavan
Recupero post mortem dello sperma
20.000 genomi e oltre
1
23
55
86
111
136
162
186
205
222
246
261
294
324
346
374
405
432
459
479
502
521
Soluzione di un problema
La segregazione
Seguire la segregazione di più di un gene
Probabilità condizionale
Linkage
Ereditarietà X-Linked
L’equazione di Hardy-Weinberg
Paragonare gli scimpanzé e gli umani
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101
104
128
150
327
386
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Il sistema Lewis di apprendimento guidato
Il sommario del capitolo focalizza l’attenzione sui
concetti principali.
I paragrafi numerati aiutano a organizzare i
contenuti.
P A R T E
4 Genetica di popolazione
C A P I T O L O
Uno scienziato forense consulta un profilo di
DNA. Le barre scure rappresentano ripetizioni
corte in tandem che formano pattern usati per
escludere i sospettati per un crimine.
I paragrafi introduttivi dei capitoli mostrano
come i contenuti siano in relazione con la vita di
tutti i giorni.
I riquadri dei Concetti chiave riassumono quanto
lo studente deve aver compreso prima di passare al
paragrafo successivo.
Frequenze alleliche
costanti
Contenuti del capitolo
14.1 La genetica di popolazione è alla base
dell’evoluzione
326
Parte 4
14.2 Frequenze alleliche costanti
Genetica di popolazione
Tabella 14.1
Frequenza della PKU in varie
popolazioni
Frequenza
della PKU
Popolazione
Cinesi
1/16.000
Irlandesi, scozzesi ed ebrei yemeniti
1/5000
Giapponesi
1/119.000
Svedesi
1/30.000
Turchi
Caucasici degli Stati Uniti
1/2600
1/10.000
Concetti chiave
1. La genetica di popolazione è lo studio delle
frequenze alleliche in gruppi di organismi della
stessa specie nella stessa area geografica.
14
L’Innocence Project usa il test del DNA per ribaltare
le condanne
Josiah Sutton aveva scontato 4 anni e mezzo della sua condanna
a 25 anni di reclusione per stupro quando fu discolpato, grazie
Equilibrio di Hardy-Weinberg
all’Innocence Project (Progetto Innocenza). L’organizzazione no
Soluzione di un problema:
L’equazione di Hardy-Weinberg
profit per la consulenza legale e promozione di politiche
pubbliche fondata nel 1992 sino ad ora ha usato il test del DNA
14.3 Applicazioni dell’equilibrio di HardyWeinberg
per far liberare più di 240 prigionieri condannati ingiustamente;
14.4 L’analisi dei profili del DNA si basa
sulle assunzioni di Hardy-Weinberg
esaurito tutte le vie legali per difendersi”, come si legge nel sito
la maggior parte di loro erano “poveri, dimenticati e avevano
internet (http://www.innocenceproject.org/). Sutton divenne un
2. I geni in una popolazione costituiscono il suo pool
genico.
I profili di DNA iniziarono con le scienze
forensi
sospettato dopo che una donna di Houston identificò lui e un
3. La microevoluzione riflette i cambiamenti delle
frequenze alleliche in una popolazione. Non
avviene se le frequenze restano costanti nel
tempo (equilibrio di Hardy-Weinberg).
La statistica di popolazione viene usata per
interpretare il test del DNA
minacciata con una pistola e abbandonata in un campo. I due
4. Cinque fattori possono cambiare le frequenze
genotipiche: accoppiamento non casuale,
migrazione, deriva genetica, mutazione e
selezione naturale.
Usare i profili di DNA per identificare
vittime
Privacy genetica
suo amico per strada 5 giorni dopo essere stata violentata,
ragazzi fornirono campioni di saliva e di sangue, dai quali venne
individuato il loro profilo di DNA, che fu poi confrontato col
campione di sperma trovato sulla vittima e nella sua macchina.
Durante il processo, un impiegato del laboratorio di analisi
testimoniò che la probabilità che il DNA di Sutton fosse uguale a
quello dello stupratore per puro caso era di 1 su 694000, il che
portò alla sua condanna. I giurati ignorarono il fatto che la
descrizione fisica di Sutton non concordava con quella
dell’assalitore fornita dalla vittima.
14.2 Frequenze alleliche
costanti
alleliche nelle popolazioni riflette piccoli cambiamenti
La prova del DNA fu fatta su più individui, dette risultati diversi
genetici, chiamati microevoluzioni. Questi cambiamenti
quando il test fu ripetuto e, soprattutto, considerò solo sette
graduali sono alla base dell’evoluzione. Le frequenze
delle parti del genoma che solitamente sono usate per
98
Parte 2 ?????????
genotipiche possono cambiare quando una qualsiasi di
La genetica di popolazione si occupa dei fenotipi e dei
324
queste condizioni è soddisfatta:
genotipi di un gran numero di individui. Le frequenze
1. Individui con un particolare genotipo hanno
alleliche rivelano le regole sottostanti. Calcolare le
più probabilità di dare alla luce discendenti
frequenze alleliche Capitolo
da una generazione
all’altra genetiche:
può
incrociandosi tra di loro piuttosto che con
19 Tecnologie
amplificare, modificare e controllare il DNA
461
Determinare se un allele è dominant
mostrare l’evoluzione in azione o, se le frequenze alleindividui aventi genotipo diverso (accoppiamento
liche non cambiano, lo stato dell’equilibrio di Hardynon casuale).
damentale nel determinare il rischio d
dovrebbero
coprire
esoni
comuni
a
diversi
L’utilizzo
delle
leggi
di
Mendel
per
prevedere
fenotipi
e
Weinberg.
2. Gli individui migrano fra popolazioni.
ticolare condizione (fenotipo). Domi
3. Piccoli gruppi isolati riproduttivamente si formano
geni. Al genotipi
giorno d’oggi,
con
la lettura
genetica
che del problema per
richiede
una
attenta
all’interno di una popolazione più grande, o si
nascono dal genotipo e riflettono le ca
Equilibrio di Hardy-Weinberg
sta spostando
la suaeattenzione
singoli
individuare
organizzaredai
le informazioni
pertinenti. A
separano da essa (deriva genetica).
B R Eintroduce
V E T nuovi
TAR
E inL A Nel
V I1908,
T A unE matematico
I G E Ndella
I Cambridge University
bondanza di una proteina.
4. Il processo di mutazione
alleli
geni ai pattern
di espressione
di gruppi
di seguente procedura
volte anche
il buon senso
è utile. La
chiamato
Godfrey
Harold
Hardy
(1877-1947)
e
Wilhelm
una popolazione.
Mendel ha basato le sue defini
geni interessanti,
legge
sui brevetti
dovrà un problema
Weinberg
un medico
tedescobrevettabile
interessato
generale la
può
contribuire
a risolvere
5. Persone con un particolare genotipo
più
Promulgato
il Patent(1862-1937),
Act negli USA.
Per essere
1790 hanno
alla genetica, usarono l’algebra per spiegare come le free recessività su ciò che poteva veder
probabilità rispetto ad altri genotipi di produrre
nuovamente
adattarsi
per tenere
ildi Mendel,
passo che descrive
un’invenzione
dev’essere
nuova, utile
eusate
nonper
ovpredire
via. le freriguardante
la
prima
legge
quenze
alleliche
potessero
essere
discendenza fertile e vitale in uno specifico
ne maschera l’altro. Oggi possiamo
con lo sviluppo
quenze fenotipiche e genotipiche in una popolazione di
ambiente (selezione naturale).
l’ereditàscientifico.
di un tratto monogenico.
Louis
Pasteur
è il primo
a brevettare
una forma
di vita, un
organismi
diploidi
che si riproducono
sessualmente.
1873
una spiegazione cellulare o molec
Nel mondo odierno tutte queste
condizioni,
eccetto
Hardy
fu
l’inconsapevole
co-fondatore
del
campo
la mutazione, sono molto comuni. Quindi l’equilibrio
lievito usato in processi industriali.
ad esempio, errori congeniti del m
1. Elencare tutti i possibili genotipi e fenotipi per il
genetico, ovverosia la situazione nella quale le frequenze della genetica di popolazione, con una semplice lettera
alla rivista Science. Non considerava infatti la sua idea
genetiche non cambiano, è raro. In altri termini,
considall’assenza di un enzima. Questi dis
Nuove
varianti
di piante possono essere brevettate.
1930
carattere.
Un
nuovo
problema
del
brevettare
il
DNA
meritevole
del
più
prestigioso
giornale
inglese
Nature.
derando la nostra tendenza a scegliere il nostro partner
recessivi perché il 50% della quantità
e a muoverci in continuazione, la microevoluzione non è La lettera iniziava con un curioso mix di modestia e con2. Determinare
i genotipi
degli individui nella prima
deriva dal
cambiamento
di prospettiva
Primo brevetto
per un organismo geneticamente modificato,
1980(il capitolo
solo possibile ma anche quasi inevitabile
15 discendenza:
enzima, che viene prodotta da un p
Utilizzareda
le informazioni
sui genitori
dell’intero generazione
campo, che(Pè1). passato
un
considera questi argomenti più in dettaglio). un batterio a cui sono stati dati 4 plasmidi (molecole circolari
sufficiente per mantenere lo stato di s
riluttante addiintromettermi
in unai discussione
Quando i cambiamenti derivati dalla microevoluapproccio relativo
singoli geni a quello
di quegliaiindividui.
di DNA) che gliSono
permettono
metabolizzare
componenti del
che riguarda campi in cui non ho grande
zione si accumulano tanto da far sì che due membri di
normale, quindi, compensa il mutant
petrolio non raffinato.
I plasmidi
naturalmente
presenti
genomico.
Una aver
casadedotto
farmaceutica
o un
3. Dopo
i genotipi,
derivare gli alleli
conoscenza,
e mi sarei sono
aspettato
che ciò di cui voglio
sesso opposto di una stessa popolazione non possano più
batteri, maparlare
non tutti
4 contemporaneamente
nello stesso
fosseegià
noto ai biologi.
nante. La situazione è simile in pia
avere prole fertile, si ha la macroevoluzione,nei
ovverosia
laboratorio possibili
biotecnologico
che cerca
di dagli individui.
in ogni gamete
prodotto
tipo
di
batterio.
la formazione di una nuova specie. Prima di considerare
con una lunghezza ridotta risultano
usare parte
di una
sequenza
Hardy continuava spiegando come i biologi, mate4. Unire
questi
gametigenica
in tutteinleun
combinazioni possibili
le schiaccianti prove genetiche dell’evoluzione, questo
avesserotransgenico,
non correttamente
dedotto
capitolo discute l’interessante ma inusuale situazione
in maticamente
enzima che attiva un ormone della cr
test deve richiedere
il permesso
per l’uso
di Calcolare i
Primo brevetto
per un inetti,
organismo
un topo
che
1988
per
rivelare
tutti
i
possibili
genotipi.
dai
lavori
di
Mendel
che
i
tratti
dominanti
avrebbero
cui certe frequenze alleliche restano costanti, una condiproduce unadovuto
proteina
umana
suo lat te.
L’Università
di
Tt producono l’ormone in quantità
quella sequenza
a chi
neladetiene
il brevetto.
aumentare
nellenel
popolazioni,
mentre
quelli receszione chiamata equilibrio di Hardy-Weinberg.
rapporti
per
generazione
F.
Soluzione di un problema
Il significato di dominanza e
La segregazione
Cronologia degli sviluppi tecnologici
La foresta dei brevetti
Harvard brevetta l’“OncoMouse”, un topo transgenico per il
cancro umano.
1
Tuttavia,5.molte
compagnie
offrono “panPer estendere
le previsioni
per la generazione F2,
nelli” di test, per esempio per varie malate
1
tie legate alripetere
cuore oi passaggi
per condizioni
1992 Ad una compagnia biotecnologica viene accettato un brevetto
3 e 4. che si
molto ampio su tutte le forme di cotone transgenico. Alcuni
trovano per lo più negli Ebrei Ashkenazi.
gruppi, preoccupati che questo potesse limitare la libertà dei
Le compagnie
devono
richiedere
l’uso di
Come
esempio,
consideriamo
i capelli ricci,
contadini, contestano il brevetto molte volte.
molte sequenze coperte da brevetto.C La
è l’allele dominante, che
sfida è amplificata
nel caso
molterecessivo, entrambi i
1996–1999 Compagnie biotecnologiche brevettano parziali sequenze
conferisce capelli
ricci, edelle
c è l’allele
geniche e certi geni che causano malattie come basi per
compagnie
che offrono test genetici al congenotipi CC e Cc risulteranno in capelli ricci. Una persona
sviluppare
test
medici.
Le sezioni Soluzione di un problema accompagnano
sumatore che analizzano il DNA dei clienti
con un genotipo cc ha come fenotipo capelli lisci.
alla ricerca di molte migliaia di SNP, cerEssendoci
troppe lungo
domande diilbrevetti
su geni e genomi,
2000
lo studente passo
dopo
passo
processo
di
Wendy ha dei bei capelli ricci e suo marito Rick ha
cando “associazioni” più che diagnosi. Se
i requisiti per dimostrare l’utilità di una sequenza di DNA
i capelli lisci. Il padre di Wendy è calvo, ma una volta
vengono resi più restrittivi.
analisi genetica.
ogni SNP venisse brevettato e il possessore
aveva i capelli ricci, e sua madre ha i capelli dritti. Qual
dei diritti richiedesse dall’1 al 5% dei pro2003 I tentativi di brevettare parti del genoma umano che non
è latest
probabilità
che la bambina
di Wendy e Rick abbia
fitti, questi
non potrebbero
essere sviGli Strumenti di revisione
diproteine
ciascun
capitolo,
codificano per
fanno infuriare
i ricercatori come
che
I passaggi
da 1non
a 5 mostrano
come risolvere
luppati acapelli
meno lisci?
che la
compagnia
possostengono l’accesso libero alle informazioni.
glossari e linee temporali delle varie scoperte, sono
il problema:
sedesse tutti
i diritti per i singoli SNP.
I requisiti per i brevetti devono abbracciare nuove e più
Coloro che lavorano nel campo dei
utili per lo studio2007
e per
i riferimenti
bibliografici.
complesse
definizioni di “gene”.
Indicare i possibili genotipi: CC, Cc = ricci; cc = dritti
test e dei1.prodotti
che usano le sequenze di
2. Determinare
i genotipi:
Rick dev’essere cc, perché ha i
2010 Le compagnie che offrono test genetici direttamente al
DNA definiscono
il bisogno
di brevettare
capelli
lisci. Wendy
dev’essere
Cc, perché sua madre ha
consumatore cercano di brevettare test per più geni e per SNP.
ogni SNP o pezzettino
di DNA
la “forei capelliDato
drittiche
e quindi
le ha
dato il suo allele c.
sta dei brevetti”.
queste
compa3. Determinare
gameti: gli
spermatozoi di Rick possono
gnie nascono
ad una ivelocità
maggiore
portare
solol’ufficio
c. La metà
degli può
ovociti di Wendy portano
della velocità
con cui
brevetti
geni donando il DNA dei loro bambini poi devono pagare
C e metà
gestire le richieste di brevetto
sul portano
DNA, il c.governo degli
per
i
test
sviluppati
dalla
ricerca.
Unite i gameti:
Lewis prime pagine III.indd 18
Stati Uniti ha deciso di4.intervenire.
Un comitato ha sugL’analisi delle informazioni contenute nel genoma
giungere la stessa altezza delle piante
Si dice che i caratteri recessi
“perdita di funzione” (“loss of functio
recessivo di solito provoca la perdita
proteine normali e la funzione. Al co
alcune malattie ereditarie dominanti
“guadagno di funzione” (“gain of fun
patologie risultano dall’azione di un
che interferisce con la funzione dell
La malattia di Huntington (HD) è una
of function”. Nella HD l’allele mutan
fica per una proteina troppo lunga, ch
zionamento della proteina normale a
nate cellule cerebrali. La malattia d
“gain of function”, perché le persone
copia del gene non hanno la malatti
codificata dall’allele mutante HD de
non assente, per causare la malattia.
Le malattie recessive tendono
e producono i sintomi prima rispet
nanti. Alleli recessivi che causano
gono nelle popolazioni perché gli in
sani li passano alle generazioni suc
12:30:05
rio, se24-10-2011
una mutazione
dominante che
Capitolo 9
Struttura e replicazione del DNA
219
Riepilogo
9.1 Gli esperimenti che identificarono e
descrissero il materiale genetico
1. Il DNA codifica le informazioni che la cellula utilizza per
sintetizzare le proteine. Il DNA può anche replicarsi,
trasmettendo le sue informazioni.
2. Molti ricercatori hanno descritto il DNA come il
materiale ereditario. Miescher individuò il DNA nei
nuclei dei globuli bianchi. Garrod collegò l’ereditarietà
alle anomalie degli enzimi. Griffith identificò un
“principio trasformante”, in grado di trasmettere
la virulenza nei batteri che causano la polmonite;
Avery, MacLeod e McCarty scoprirono che il principio
trasformante è il DNA; Hershey e Chase confermarono
che il materiale genetico è il DNA e non la proteina.
3. Levene descrisse le tre componenti di un blocco
costituente del DNA e scoprì che compaiono nel DNA
in quantità uguali. Chargaff scoprì che la quantità di
adenina (A) corrisponde alla quantità di timina (T), e
la quantità di guanina (G) è pari a quella della citosina
(C). A e G sono purine, C e T sono pirimidine. Rosalind
Franklin ha dimostrato che la molecola è un certo tipo di
elica. Watson e Crick hanno dedotto la struttura del DNA.
Ciascun capitolo è chiuso da un Riepilogo,
organizzato per punti.
5. I gradini della doppia elica del DNA consistono di
coppie di basi complementari (A con T e C con G)
legate da ponti idrogeno. I “montanti” sono catene
di zuccheri e fosfati alternati, che corrono in filamenti
antiparalleli gli uni agli altri. Il DNA è iper-avvolto e
complessato con proteine per formare la cromatina.
9.3 La replicazione del DNA –
il mantenimento delle
informazioni genetiche
9.2 La struttura del DNA
Le Domande riassuntive permettono di
valutare l’apprendimento.
6. Meselson e Stahl dimostrarono la natura
semiconservativa della replicazione del DNA con
esperimenti di variazione di densità.
7. Durante la replicazione, i due filamenti di DNA si
separano in numerosi punti della molecola. Le forcelle
di replicazione si formano nel momento in cui i legami
idrogeno si rompono tra le coppie di basi. L’enzima
primasi costruisce brevi primer di RNA che vengono
sostituite da sequenze di DNA alla fine del processo.
Successivamente, la DNA polimerasi aggiunge le basi
di DNA, e le ligasi ripristinano l’integrità dello scheletro
zucchero-fosfato.
8. La replicazione procede in direzione da 5’ a 3’, quindi su
un filamento il processo dev’essere discontinuo.
4. Un nucleotide è un monomero del DNA. Si compone
di un desossiribosio, un fosfato e una base azotata.
www.mhhe.com/lewisgenetics9
Le risposte a tutte le domande alla fine del capitolo possono
essere trovate sul sito www.mhhe.com/lewisgenetics9.
Troverete inoltre altri quiz pratici, animazioni, video e un
vocabolario per aiutarvi a memorizzare il materiale di questo
capitolo.
Domande riassuntive
1. Elencate i componenti di un nucleotide.
2. Quali sono le differenze tra una purina e una pirimidina?
3. Il DNA specifica e regola la sintesi proteica della cellula. Se una cellula contiene tutto il materiale genetico necessario
per effettuare la sintesi proteica, perché il suo DNA dev’essere replicato?
4. Perché una struttura del DNA in cui ogni tipo di base potesse formare legami idrogeno con uno qualsiasi degli altri tre
tipi non sarebbe in grado di produrre una molecola che potesse essere facilmente replicata?
5. Quale parte della molecola di DNA codifica le informazioni?
6. Spiegate in che modo il DNA è una molecola direzionale in senso chimico.
Capitolo 22
539
Genomica
Quesiti pratici
1. Quando venne discussa per la prima volta l’idea del
sequenziamento del genoma umano, alcuni ricercatori
pensavano che sarebbe stata troppo diretta e noiosa, e
che ammassare grandi quantità di informazioni non era
creativo. Citate un modo in cui il sequenziamento del
genoma si è rivelato più complicato e/o più creativo di
quanto previsto.
2. Suggerite una specie di cui credete dovrebbe essere
sequenziato il genoma e quali informazioni pensate
che potrebbero essere rivelate dalla sua sequenza.
3. Un enzima di restrizione taglia una sequenza di DNA
nei seguenti pezzi:
T TA ATAT CG
CG T TA ATAT CG C TAG
GC T TCGT T
A ATAT CG C TAG C T G C A C T T CG T
TAG C T G C A
G T TA ATAT CG C TAG C T G C A
Quanto è lunga la sequenza originale? Ricostruitela.
4. Indicate una variante genica di cui vorreste sapere la
presenza nel vostro genoma, una che non vorreste
possedere e una che considerate irrilevante.
5. Un gene umano appena identificato ha delle
controparti (omologhi) nei batteri, nel lievito, nei
nematodi, A. thaliana, nei moscerini della frutta, nei
topi e negli scimpanzè. Un secondo gene ha omologhi
solo nei moscerini della frutta, nei topi e negli
scimpanzè. Che cosa suggerisce questa informazione
riguardo alla funzione di questi due geni umani uno
rispetto all’altro?
6. I titoli dei giornali riguardanti il sequenziamento
genomico di animali inusuali come un tunicato o
il pesce palla spesso servono come materiale per
i comici. Perché è scientificamente importante
sequenziare il genoma di vari organismi?
Attività sul web
7. Inventate un “omica”. Consultate omics.org per
suggerimenti.
8. Andate sul sito internet della Genetic Alliance e
descrivete un’organizzazione che si occupa di una
specifica malattia.
9. Consultate la banca dati http://www.hgvs.org/dblist/
glsdb.html e descrivete tre diverse mutazioni che
causano una particolare malattia.
10. Andate sul sito internet dell’ELSI (http://www.genome.
gov/10001618). Analizzate una preoccupazione della
società che deriva dalla genomica e come questa
potrebbe riguardare voi direttamente.
11. Andate sul sito internet per The Institute For Genomic
Research (http://www.jcvi.org/). Elencate 5 specie i
cui genomi sono stati sequenziati e le malattie che
causano negli umani.
Casi studio e risultati della ricerca
12. Dopo lo tsunami che ha devastato i Paesi attorno
all’Oceano Indiano, il 26 Dicembre 2004, molti
organismi mai visti prima sono stati depositati sulla
spiaggia. I ricercatori hanno raccolto dei campioni e
hanno sequenziato il loro DNA cercando di classificare
i pesci. Considerate la seguente sequenza di otto basi
che è simile fra le varie specie.
a) Scrivete le sequenze del DNA dei pesci più simili.
b) Quali posizioni nella sequenza sono altamente
conservate?
c) Quali posizioni nella sequenza sono le meno
conservate?
d) Quale sito probabilmente non è essenziale e da cosa
lo capite?
3HVFH
3HVFH
3HVFH
3HVFH
3RVL]LRQH &
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7
* 7 $
& & 7
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&
* &
I Quesiti pratici aiutano gli studenti a sviluppare
la loro capacità di risolvere i problemi.
Le Attività sul Web incoraggiano gli studenti
ad utilizzare gli strumenti ed i database più
aggiornati per l’analisi genetica.
Le sezioni sui Casi studio e risultati della
ricerca usano storie prese dai media o di fantasia,
come base per formulare quesiti che richiedano
allo studente di analizzare dei dati o prevedere
dei risultati.
Facendo leva sull’interesse degli studenti sulle
scienze forensi, le domande contenute nel
Campo giuridico danno modo di riflettere
sui principi di genetica che stanno alla base
della raccolta e dell’utilizzo delle informazioni
genetiche nelle indagini giudiziarie.
e) Un celacanto in questo locus riporta la sequenza
CTACTGGT. Quale dei pesci misteriosi è il parente
più vicino del celacanto?
Campo giuridico
13. Questo libro ha trattato molti tipi di informazioni
genetiche, da SNP che rappresentano singole basi a
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pattern di SNP che coprono tutto il genoma e varianti
nel numero di copie, da mutazioni in un solo gene a
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Iconografia dinamica
Prospettive multi-livello
Le illustrazioni che descrivono strutture complesse mostrano visuali micro- e macroscopiche, per aiutare gli
studenti a visualizzare la relazione
tra i diversi livelli di complessità.
0LWRVL
0HLRVL 0HLRVL
,
,,
3DUHWHGHO
WXEXOR
3HQH
7HVWLFROR
&HOOXOD 6SHUPDWRFLWD 6SHUPDWRFLWD &HOOXOHGHOOR 6SHUPDWR]RL
GLSORLGH SULPDULR
VHFRQGDULR VSHUPDLQYLDDSORLGL
GLSORLGH
DSORLGH
GLVYLOXSSR
DSORLGL
7XEXOR
VHPLQLIHUR
Illustrazioni
combinate
8WHUR
*LRUQR
*LRUQR
*LRUQR
*LRUQR
7XEDXWHULQD
FHOOXOH
FHOOXOH
0RUXOD
0DVVD
FHOOXODUH
LQWHUQD
=LJRWH
)HFRQGD]LRQH
,PSLDQWRGHOOD
EODVWRFLVWL
*LRUQR
Nella descrizione di particolari strutture, i disegni sono associati a microfotografie, per dare
agli studenti il meglio di
entrambe le prospettive:
il realismo delle foto e la
chiarezza dei disegni.
(PEULRQH
*LRUQR
6WUDWRPXVFRODUH
2YXOD]LRQH
GHOVHFRQGR
RYRFLWD
(QGRPHWULR
2YDLR
&UHVWH
0HPEUDQD
HVWHUQD
0HPEUDQD
LQWHUQD
+P
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Contenuti complessi inseriti nel
giusto contesto
,UHFHWWRULGLPRUWHGLXQDFHOOXODFRQGDQQDWD
OHJDQRXQDPROHFRODVHJQDOH$OOҋLQWHUQR
GHOODFHOOXODYHQJRQRDWWLYDWHOHFDVSDVL
Le informazioni sui livelli molecolari e cellulari
sono inserite in contesti familiari, per aiutare gli
studenti nel fare le giuste connessioni.
/HFDVSDVLGLVWUXJJRQRYDULHSURWHLQH
HDOWULFRPSRQHQWLFHOOXODUL
/DFHOOXODDVVXPHXQDVSHWWRRQGXODWR
9HVFLFROH
)UDPPHQWLFHOOXODUL
/LVRVRPD
,IDJRFLWLDWWDFFDQRH
LQJOREDQRLUHVLGXL
FHOOXODUL,FRPSRQHQWL
FHOOXODULYHQJRQR
GHJUDGDWL
3RURQXFOHDUH
0HPEUDQDQXFOHDUH
,JHQLFKHFRGLILFDQRSHUOHSURWHLQH
GHOODWWHHSHUDOFXQLHQ]LPLYHQJRQR
WUDVFULWWLLQP51$
/ҋP51$HVFHDWWUDYHUVR
LSRULQXFOHDUL
0LWRFRQGULR
/ҋP51$VLPXRYHYHUVRODVXSHUILFLH
GHO5(UXJRVRGRYHOHSURWHLQH
YHQJRQRVLQWHWL]]DWHVXLULERVRPL
XWLOL]]DQGRJOLDPPLQRDFLGL
SUHVHQWLQHOFLWRSODVPD
P51$
0HPEUDQD
SODVPDWLFD
*RFFHOLSLGLFKH
,OLSLGLYHQJRQRVLQWHWL]]DWL
QHO5(OLVFLR
/DVLQWHVLGHJOL]XFFKHULH
LOULSLHJDPHQWRGHOOHSURWHLQH
DYYHQJRQRQHOOҋDSSDUDWRGHO*ROJL
HQWUDPEHOHPROHFROHYHQJRQRSRL
ULODVFLDWHLQYHVFLFROHFKHVL
HVWURIOHWWRQRGDOODSDUHWH
GHOOҋDSSDUDWRGHO*ROJL
/HYHVFLFROHFDULFKHGLSURWHLQH
H]XFFKHULVLVSRVWDQRYHUVROD
PHPEUDQDSODVPDWLFDSHU
HVVHUHULODVFLDWH/HJRFFH
OLSLGLFKHDFTXLVLVFRQRXQR
VWUDWRGLOLSLGLGDOODPHPEUDQD
SODVPDWLFDQHOPRPHQWRLQFXL
)DVH
IXRULHVFRQRGDOODFHOOXOD
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$FRQ7H*FRQ&
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7
7
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I processi complessi sono illustrati come una serie di passi progressivi, per renderne più facile la
comprensione. Questo esempio mostra le interazioni tra gli organelli nella produzione e secrezione di una sostanza a tutti familiare: il latte.
,ILODPHQWLSDUHQWDOLVL
VURWRODQRHVLVHSDUDQR
LQGLYHUVLSXQWL
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Illustrazioni di processi
0ROHFRODGL'1$
SDUHQWDOH
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