Settembre 23, 2021

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I ricercatori affermano di aver sequenziato l’intero genoma umano

unUn team internazionale di scienziati afferma di aver sequenziato l’intero genoma umano, comprese le parti che non sono state trovate nelle prime sequenze del genoma umano due decenni fa.

Questa affermazione, se confermata, va oltre l’impresa che i leader dello Human Genome Project e Celera Genomics hanno organizzato sul prato della Casa Bianca nel 2000, quando hanno annunciato il sequenziamento della prima bozza del genoma umano. Questa bozza storica e il successivo sequenziamento del DNA umano hanno perso circa l’8% del genoma.

Il nuovo sequenziamento del genoma colma queste lacune utilizzando la nuova tecnologia. Tuttavia, presenta varie limitazioni, incluso il tipo di linea cellulare utilizzata dai ricercatori per accelerare i loro sforzi.

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il lavoro era Dettagliato 27 maggio in prestampa, il che significa che non è stato ancora sottoposto a peer review.

“Stai solo cercando di ricercare quest’ultimo sconosciuto del genoma umano”, ha detto Karen Mega, ricercatrice dell’Università della California, Santa Cruz, che ha co-guidato il consorzio internazionale che ha creato il sequenziamento. “Non è mai stato fatto prima e il motivo per cui non è stato fatto prima è perché è difficile.”

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Mega ha confermato che non avrebbe considerato l’annuncio ufficiale fino a quando il documento non fosse stato rivisto e pubblicato su una rivista medica.

I ricercatori affermano che il nuovo genoma è un balzo in avanti, reso possibile dalle nuove tecnologie di sequenziamento del DNA sviluppate da due società private: la Pacific Biosciences di Menlo Park, in California, nota anche come BacBio, e la Oxford Nanopore, di Oxford Science Park, nel Regno Unito. Le loro tecniche di lettura del DNA hanno vantaggi molto specifici rispetto a strumenti che sono stati a lungo considerati i gold standard per i ricercatori.

Euan Birney, vicedirettore generale del Laboratorio europeo di biologia molecolare, ha descritto il risultato come un “forte round tecnico”. Ha notato che le carte originali del genoma sono state realizzate con cura perché non hanno sequenziato ogni molecola di DNA da un’estremità all’altra. “Ciò che questo gruppo ha fatto è dimostrare che possono farlo dall’inizio alla fine”. Questo è importante per la ricerca futura, ha detto, perché mostra ciò che è possibile.

George Church, un biologo di Harvard e pioniere del sequenziamento, ha descritto il lavoro come “molto importante”. Ha detto che gli piace notare nelle sue conversazioni che finora nessuno ha sequenziato l’intero genoma dei vertebrati, cosa che non è più vera, se il nuovo lavoro sarà confermato.

Un’importante domanda senza risposta: quanto sono importanti questi pezzi mancanti del puzzle umano? Il consorzio ha affermato di aver aumentato il numero di basi del DNA da 2,92 miliardi a 3,05 miliardi, con un aumento del 4,5%. Ma il numero di geni è aumentato solo dello 0,4%, a 19.669. Ciò non significa che il lavoro non possa portare anche ad altre nuove intuizioni, comprese quelle su come vengono regolati i geni, hanno sottolineato i ricercatori.

La sequenza di DNA utilizzata non proveniva da una persona, ma da una mola idatiforme, una crescita nell’utero di una donna che si verifica quando uno spermatozoo feconda un uovo che non contiene un nucleo. Ciò significa che ha 23 cromosomi, come uno spermatozoo o un uovo, e non 46.

I ricercatori hanno scelto queste cellule, che sono state conservate in laboratorio, perché questo ha reso più semplice lo sforzo computazionale per creare la sequenza del DNA. Anche il Genome Project originale istituito nel 2003 conteneva solo 23 cromosomi, ma poiché le tecniche di sequenziamento del DNA sono diventate più economiche e più semplici, i ricercatori tendevano a sequenziare tutti i 46 cromosomi.

Allen Mardis, co-direttore esecutivo dell’Institute for Genomic Medicine presso il Nationwide Children’s Hospital, è preoccupato che nuove informazioni genetiche possano cambiare a causa della conservazione di queste linee cellulari in laboratorio”.In larga misura è un residuo che si accumula quando una linea cellulare si diffonde per molti anni in coltura”.

Mega ha detto che gli studi sulla linea cellulare hanno mostrato che assomigliava alle cellule umane e che i ricercatori hanno usato cellule che erano state congelate, non circolanti, per molti anni. Il passo successivo, ha convenuto, era che il gruppo cercasse di organizzare tutti i 46 cromosomi, noti come genoma diploide.

Perché ci sono voluti 20 anni per sequenziare l’ultimo 8% del genoma, anche con il costo del sequenziamento del resto del genoma che è sceso da $ 300 milioni a $ 300? La risposta ha a che fare con il modo in cui funzionano le tecnologie di sequenziamento del DNA.

Gli attuali sequenziatori di DNA, realizzati da Illumina, prendono piccoli pezzi di DNA, li decodificano e riassemblano il puzzle risultante. Questo funziona bene per la maggior parte dei genomi, ma non nelle regioni in cui il codice del DNA è il risultato di lunghi schemi di ripetizione. Se un supercomputer contiene solo piccole parti, come può assemblare una sequenza di DNA che ripete “AGAGAGA” base su basi? Ecco come appariva l’8% del genoma mancante.

Tra queste aree “non appaiate” c’è una delle strutture più note in biologia. Se hai mai guardato i cromosomi (ripensa alla biologia del liceo), sembrano fili tenuti insieme. Questi nodi sono centrioli, che sono fasci di DNA che collegano tra loro i cromosomi. Svolgono un ruolo importante nella divisione cellulare. È pieno di ripetizioni.

In effetti, sono stati i pianeti ad attrarre Mega a voler vedere queste regioni scomparse.

“Perché le regioni che sono così fondamentali per la vita, così fondamentali per il funzionamento di una cellula, sono poste su parti del nostro genoma che questi mari tandem giganti ripetono?” Si ricorda di aver chiesto quando era una matricola.

È stata questa domanda che l’ha portata, in una discussione con il ricercatore NIH Adam Phillippe, a suggerire di iniziare la loro attuale iniziativa, chiamata Telomere 2 Telomere Consortium, dopo i telomeri, che sono le estremità del cromosoma, nel 2019. Hanno firmato Evan Eichler, un biologo dell’Università di Washington che da anni si preoccupa delle parti mancanti del genoma, in qualità di coautore.

Il lavoro è stato possibile perché le tecnologie di Oxford Nanopore e PacBio non tagliano il DNA in piccoli pezzi di puzzle. La tecnologia Oxford Nanopore fa passare una molecola di DNA attraverso un piccolo foro, risultando in una sequenza molto lunga. La tecnologia PacBio utilizza i laser per scansionare ripetutamente la stessa sequenza di DNA, ottenendo una lettura che può essere estremamente accurata. Entrambi sono più costosi dell’attuale tecnologia Illumina.

Aziende in una corsa calda. Per questo progetto, affermano i ricercatori, l’accuratezza della tecnologia di PacBio si è rivelata preziosa e hanno utilizzato Oxford Nanopore per rifinire alcune aree. Ma Oxford Nanopore stava già promettendo una nuova tecnologia più utilizzabile. “Per ora, PacBio ha il vantaggio, ma non è chiaro per quanto tempo sarà in grado di mantenerlo”, ha affermato Michael Schatz, assistente professore alla Johns Hopkins University.

Tutti i ricercatori hanno parlato di una visione di un futuro in cui invece di utilizzare un singolo genoma di riferimento, avrebbero assemblato centinaia di genomi diversi, completi, interconnessi ed etnicamente diversi che potrebbero essere utilizzati come riferimenti. Mega aiuta anche a guidare questo business. Questo è solo un passo in quella direzione.

Ma finora, dice Schatz, ci sono sempre state domande su cosa manca. Ora abbiamo finalmente i dati corretti. “Abbiamo la tecnologia giusta.”

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