Genoma umano, sequenziamento del

genoma umano, sequenziamento del

genòma umano, sequenziaménto del. – Il progetto di sequenziare il genoma umano (HGP, Human genome project) è stato approvato nel 1989 dal Congresso americano e ha avuto inizio nel 1991, con una durata prevista di 15 anni. L’HGP è stato condotto da un consorzio internazionale (IHGSC, International human genome sequencing consortium), a cui hanno partecipato ricercatori appartenenti a 16 istituzioni tra Stati Uniti, Gran Bretagna, Francia, Germania e Cina. Gli obiettivi iniziali dell’HGP erano i seguenti: a) determinare la sequenza dei 3 miliardi di paia di basi (bp) che costituiscono il DNA umano; b) identificarne i geni; c) conservare le informazioni ottenute in banche dati pubbliche; d) sviluppare strumenti informatici per l’analisi dei dati; e) trasferire le tecnologie derivate al settore pubblico; f) affrontare gli aspetti di ordine etico, legale e sociale che sarebbero sorti con la realizzazione del progetto. Grazie al rapido progredire dei mezzi tecnici impiegati per la lettura delle sequenze di DNA, i ricercatori sono riusciti a completare il progetto con più di due anni di anticipo. Una delle ragioni per cui si è giunti a una conclusione anticipata dell’HGP è stata la competizione che si è sviluppata fra i laboratori del consorzio pubblico e un’impresa privata, la Celera genomics. Nel giugno del 2000, in una conferenza stampa congiunta alla quale hanno preso parte Francis Collins, del National human genome research institute (NHGRI), e John Craig Venter, della Celera genomics, è stata annunciata la prima stesura operativa della sequenza del genoma. Questa stesura e l’interpretazione iniziale delle sequenze assemblate sono state pubblicate congiuntamente nel 2001. Questa versione incompleta copriva il 90% del genoma con un tasso di errore di 1/1000 bp, comprendeva più di 150.000 interruzioni e soltanto il 28% della sequenza aveva raggiunto la sua forma completa. Una versione più accurata del genoma umano è stata annunciata al pubblico nell’aprile 2003: in essa erano presenti meno di 400 interruzioni, il 99% della sequenza del genoma era completa e il tasso di errore era inferiore a 1/10.000 bp. La sequenza completa dell'ultimo cromosoma umano è stata pubblicata nel 2006.

Organizzazione del genoma umano. – Il genoma umano è costituito da una componente complessa, il genoma nucleare, che comprende circa 30.000 geni, e da una più semplice, il genoma mitocondriale, con 37 geni. La maggior parte del DNA codificante è utilizzata per produrre mRNA (RNA messaggero) e quindi polipeptidi, ma una minoranza non trascurabile (tra il 5% e il 10%) dei geni umani specifica RNA non codificante (v. ). Il genoma mitocondriale è una molecola di DNA circolare lunga 16.569 bp; principalmente a doppio filamento, possiede una piccola porzione caratterizzata da una struttura di DNA a tripla elica detta DNA 7S. Esso contiene 37 geni privi di introni e con una densità di 1/0,45 chilobase (kb): 24 codificano RNA (22 molecole di tRNA e 2 molecole di rRNA). I 13 geni rimanenti codificano polipeptidi che sono sintetizzati sui ribosomi mitocondriali. A differenza della sua controparte nucleare, il 93% circa della sequenza del DNA mitocondriale è codificante. Le sequenze codificanti di alcuni geni mostrano una certa sovrapposizione e, nella maggior parte degli altri casi, le sequenze codificanti di geni vicini sono contigue o separate da una o due basi non codificanti. L’unica regione priva di DNA codificante è la regione dell’ansa D, la quale contiene i promotori per la trascrizione del DNA mitocondriale che permettono la trascrizione di grandi trascritti multigenici. Gli RNA maturi si ottengono successivamente mediante il taglio di questi trascritti. È interessante sottolineare che il DNA mitocondriale è ereditato esclusivamente per via materna: nella formazione dello zigote, lo spermatozoo fornisce solamente il DNA nucleare, dunque i maschi non possono trasmettere i propri mitocondri alle generazioni successive. Il genoma nucleare costituisce più del 99% del DNA cellulare; è suddiviso in 24 tipi diversi di molecole lineari di DNA a doppio filamento, a ciascuna delle quali si legano istoni e altre proteine non istoniche, formando i cromosomi.

International HapMap project ed ENCODE. – Il progetto internazionale HapMap ha preso avvio nell’ottobre del 2002 grazie a un consorzio di scienziati di sei nazioni con lo scopo di ottenere una mappa del genoma umano e identificare i geni correlati a malattie come l’asma, il cancro, il diabete e le patologie cardiologiche. Inoltre, esso dovrebbe permettere lo studio dei fattori genetici che contribuiscono alla variazione individuale ai rischi ambientali, alla suscettibilità alle infezioni e all’efficacia di farmaci e vaccini. Il progetto ENCODE (Encyclopedia of DNA elements) si prefigge di creare un’enciclopedia degli elementi funzionali codificati nel DNA, e quindi di identificare e di localizzare con precisione tutti i geni codificanti o meno e tutti gli altri elementi funzionali contenuti nella sequenza del DNA (The ENCODE project consortium, 2007). La creazione di questo catalogo monumentale aiuterà gli scienziati a scrutare e utilizzare in maniera più efficace la sequenza del genoma umano, al fine di produrre nuove strategie per la prevenzione e il trattamento delle malattie. In una fase iniziale, i gruppi di ricerca partecipanti svilupperanno metodi efficaci e ad alta capacità per analizzare in maniera completa approssimativamente l’1% del genoma umano. L’analisi di questi primi 30 milioni di basi del genoma umano consentirà di sperimentare e paragonare una varietà di tecnologie utili all’identificazione degli elementi funzionali del DNA umano.