Nel 2003, il Progetto Genoma Umano ha fatto la storia sequenziando il 92% del genoma umano. Ma da allora per quasi due decenni, gli scienziati hanno lottato per capire il restante 8%. Ora, un team di quasi 100 scienziati del consorzio Telomere-to-Telomere (T2T) è riuscito a rivelare l’intero genoma umano, la prima volta che è stato completamente sequenziato, secondo i ricercatori.
Evan Eichler, ricercatore dell’Howard Hughes Medical Institute presso l’Università di Washington e leader dello studio: “Avere queste informazioni complete ci consentirà di capire meglio come ci uniamo come un organismo individuale e come variamo non solo tra gli altri umani ma tra le altre specie“.
La nuova ricerca introduce 400 milioni di lettere nel DNA precedentemente sequenziato, ovvero il valore di un intero cromosoma. Il genoma completo consentirà agli scienziati di analizzare come il DNA differisce tra le persone e se queste variazioni genetiche svolgono un ruolo nella malattia.
La ricerca, pubblicata giovedì sulla rivista Science, era precedentemente in prestampa, consentendo ad altri team di utilizzare la sequenza nei propri studi.
Fino ad ora, non era chiaro cosa codificassero questi geni sconosciuti
“Si scopre che questi geni sono incredibilmente importanti per l’adattamento”, ha detto Eichner. “Contengono geni di risposta immunitaria che ci aiutano ad adattarci e sopravvivere a infezioni, parassiti e virus. Contengono geni che sono… molto importanti nel predire la risposta ai farmaci”.
Eichner ha anche affermato che alcuni dei geni recentemente scoperti sono persino responsabili del fatto che i cervelli umani siano più grandi di quelli di altri primati, fornendo informazioni su ciò che rende unici gli esseri umani.
L’importanza di decodificare e comprendere il genoma umano 3:13
Il restante 8% del genoma umano aveva lasciato gli scienziati senza parole per anni a causa della sua complessità. Per prima cosa, conteneva regioni di DNA con ripetizioni multiple, rendendo difficile concatenare il DNA nell’ordine corretto secondo i precedenti metodi di sequenziamento.
I ricercatori si sono affidati a due tecnologie di sequenziamento del DNA emerse nell’ultimo decennio per realizzare questo progetto: il metodo di sequenziamento del DNA di Oxford Nanopore, che può sequenziare fino a un milione di lettere di DNA alla volta ma con alcuni errori, e il metodo di sequenziamento PacBio HiFi DNA, in grado di leggere fino a 20.000 lettere con una precisione del 99,9%.
Sequenziare il DNA è come risolvere un enigma, ha detto Eichner. Gli scienziati devono prima rompere il DNA in parti più piccole e quindi utilizzare macchine di sequenziamento per metterle insieme nell’ordine corretto. I precedenti strumenti di sequenziamento potevano sequenziare solo piccole sezioni di DNA alla volta.
Con un puzzle da 10.000 pezzi, è difficile ordinare correttamente i piccoli pezzi del puzzle quando si assomigliano, proprio come lo è mettere in sequenza piccole sezioni di DNA ripetitivo. Invece, con un puzzle da 500 pezzi è molto più facile mettere in ordine i pezzi più grandi o, in questo caso, i segmenti più lunghi di DNA.
Una seconda sfida è stata trovare cellule con un solo genoma
Le cellule umane standard contengono due set di DNA, una copia materna e una paterna, ma questo team ha utilizzato il DNA di un gruppo di cellule chiamato mola idatiforme completa, che contiene un duplicato del set di DNA paterno.
La mola idatiforme completa è una rara complicanza della gravidanza causata dalla crescita anormale delle cellule che hanno origine nella placenta.Questo approccio semplifica il genoma in modo che gli scienziati debbano sequenziare solo un set anziché due set di DNA.
Poiché il team di ricerca ha utilizzato un insieme duplicato di DNA, gli scienziati non sono stati in grado di sequenziare originariamente il cromosoma Y. Secondo l’autore principale dello studio, Adam Phillippy, il team è riuscito a sequenziare il cromosoma Y utilizzando un diverso insieme di cellule.
Un set completo di 24 cromosomi sequenziati è disponibile presso l’Università di Santa Cruz Genome Browser.
Rompere questa sequenza senza interruzioni ha un prezzo elevato
Phillippy, che è anche capo della sezione di informatica genetica del National Human Genome Research Institute, ha affermato che, in totale, il progetto è costato qualche milione di dollari o più. Ma questa è una frazione dei quasi 450 milioni di dollari che sono costati allo Human Genome Project per raggiungere la sua sequenza finale nel 2003. E con la nuova tecnologia, il sequenziamento sta diventando sempre più accessibile.
Per ora, il sequenziamento del genoma è troppo costoso e richiede tempo per tutti. Ma la ricerca è in corso utilizzando questo genoma per identificare se alcune differenze genetiche sono legate a tumori specifici. Conoscere le variazioni genetiche potrebbe anche consentire ai medici di personalizzare meglio i trattamenti, ha affermato Michael Schatz, un altro ricercatore del team e professore di computazione e biologia alla Johns Hopkins University.
Phillippy dice che spera che entro i prossimi 10 anni, il sequenziamento del genoma degli individui possa diventare un test medico di routine dal costo inferiore a $ 1.000. La sua squadra continua a lavorare per questo obiettivo.
Charles Rotimi, direttore scientifico del National Human Genome Research Institute, ha affermato in una dichiarazione che questo risultato scientifico “ci avvicina alla medicina individualizzata per tutta l’umanità”. Rotimi non è stato coinvolto nelle ricerche.
Vocabolario del DNA
“E’ come avere un vocabolario del DNA”, spiega il genetista Giuseppe Novelli dell’Università di Tor Vergata. “Abbiamo dei termini di riferimento che finalmente rendono possibile fare la diagnosi di alcune malattie”. Alcune si devono a frammenti di DNA mancanti.