Questa illustrazione mostra quattro coppie di basi del DNA. Il Progetto Genoma Umano ha studiato 3,2 miliardi di queste coppie di basi! Sistema informativo per la gestione del genoma, Laboratorio nazionale di Oak Ridge Lo spazio può essere l'ultima frontiera, ma la biologia umana è l'originale sconosciuto, sfidandoci a scoprire chi siamo e da dove veniamo. DNA , l'elemento costitutivo della vita, contiene il codice genetico che informa così tanto su chi siamo. Questo codice è scritto con quattro lettere, ognuno rappresenta un diverso base . Le quattro basi sono adenina (A), che si accoppia con la timina (T), e citosina (C), che si accoppia con la guanina (G).
Gli scienziati sanno da tempo che queste quattro lettere forniscono le ricette per le proteine, che svolgono numerose funzioni corporee. Ma ci sono ancora domande a cui rispondere, compreso il modo in cui sono ordinati i 3,2 miliardi di paia di basi contenuti nel genoma umano. (Il genoma umano è l'intero fascio di DNA di una persona diviso in modo non uniforme tra 23 coppie di cromosomi.) A tal fine, il Progetto Genoma Umano ( HGP ) è stato lanciato nel 1990. Alcuni degli obiettivi ambiziosi del progetto includevano:
[fonte:Genome.gov]
Gestito dal National Institutes of Health e dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, il progetto è stato completato prima del previsto nel 2003. Una serie "finale" di risultati è stata pubblicata nel 2006, ma i dati prodotti dall'HGP vengono continuamente esaminati, analizzati e occasionalmente rivisti. Teoricamente, con i principali obiettivi raggiunti, il progetto è finito. Diamo un'occhiata ad alcune delle cose che abbiamo imparato.
Solo pochi anni prima del completamento dell'HGP, le previsioni popolari affermavano che gli umani avevano fino a 100, 000 geni. Ma le recenti stime di HGP hanno abbassato quel numero a un intervallo più modesto di 20, 000 a 25, 000 [fonte:informazioni sul progetto del genoma umano]. Inoltre, l'HGP ha contribuito a restringere la gamma di possibili geni e ad isolare alcuni candidati come contributo a malattie specifiche. Gli scienziati hanno anche rivalutato le ipotesi precedenti, come l'idea che i geni siano autosufficienti, pezzi discreti di DNA con ruoli definiti. Non è sempre così. Ora sappiamo che alcuni geni multitasking producono più di una proteina; infatti, il gene medio può produrre tre proteine [fonte:Genome.gov]. Anche, i geni sembrano afferrare il codice genetico da altri segmenti di DNA.
Prima di esaminare da vicino l'ereditarietà e i geni, fermiamoci a considerare ciò che gli scienziati hanno appreso sugli animali e su altri genomi. Alcuni di questi progetti, come mappare il genoma del topo, sono stati inclusi nell'originale Progetto Genoma Umano e possono parlarci della nostra evoluzione e del DNA.
I colori e i numeri corrispondenti sui cromosomi del topo (L) indicano i cromosomi umani (R) contenenti segmenti omologhi (simili). Immagine per gentile concessione del Lawrence Livermore National Laboratory Gli scienziati hanno mappato molti genomi animali, tra questi quello dello scimpanzé, topo, ratto, Mosca della frutta, ascaridi e pesci palla. Hanno anche tracciato alcuni genomi di piante e malattie. Queste mappe genomiche sono utili in parte perché i genomi animali possono essere paragonati ai genomi umani. Pensa a un programma televisivo procedurale della polizia in cui una stampa traslucida che mostra il DNA di un sospetto è allineata con quella delle prove del DNA. Quando tutto si allinea, c'è una partita, e la polizia ha il suo assassino. Allo stesso modo, gli scienziati possono cercare corrispondenze tra il DNA umano e quello animale. Non si aspettano partite perfette, ma esaminando dove si allineano i nostri genomi, i ricercatori possono vedere cosa abbiamo in comune con gli animali, cosa non facciamo, e prendere decisioni sugli antenati comuni e su come ci siamo evoluti. In caso di malattie che colpiscono gli animali, come il cancro che sta devastando la popolazione del diavolo della Tasmania, una migliore comprensione del DNA animale può potenzialmente portare a importanti trattamenti medici.
Abbiamo detto che uno degli obiettivi dell'HGP era quello di sequenziare i genomi di cinque "organismi modello". Questo sequenziamento è una parte importante di un campo noto come genomica comparativa . Nella genomica comparata, lo studio di un animale con un genoma meno complesso, come un topo, può fornire importanti informazioni sui geni che i topi e gli esseri umani condividono poiché siamo, infatti, geneticamente molto simile [fonte:HGP Information]. Proprio come altre forme di sperimentazione animale, esaminare il genoma di un'altra specie può dirci di più sul nostro.
Uno dei casi più intriganti di un animale il cui genoma è stato mappato è quello dell'ornitorinco. Questa creatura è sempre stata considerata una stranezza perché è uno dei pochi mammiferi che depone le uova e allatta i suoi piccoli attraverso la pelle addominale, piuttosto che con i capezzoli. Il genoma dell'ornitorinco, con i suoi 18, 500 geni, è importante perché si rifà a un'epoca in cui i mammiferi erano strati di uova [fonte:Hood]. L'evoluzione probabilmente ha portato via gli umani dagli antenati che condividiamo con l'ornitorinco circa 170 milioni di anni fa. Oggi, questa meraviglia evolutiva ha caratteristiche di mammiferi, uccelli e rettili [fonte:Hood]. Hanno anche 10 cromosomi sessuali, rispetto ai nostri miseri due.
Al di fuori del genoma umano (e ovviamente di quello dell'ornitorinco), forse nessun progetto di mappatura genetica è così avvincente come quello incentrato sulla scoperta del codice genetico di vari tipi di cancro. Il sequenziamento dei genomi del cancro consente a scienziati e medici di scoprire mutazioni genetiche che contribuiscono al cancro, potenzialmente portando a migliori metodi di rilevamento e trattamenti.
Il primo genoma tumorale completo sequenziato è stato quello della leucemia mieloide acuta, una forma grave di cancro che inizia nel midollo osseo. L'Atlante del genoma del cancro, un'organizzazione che spera di sequenziare molti tipi di cancro, ha guidato la mappatura usando sequenziamento massicciamente parallelo , che confronta il DNA normale e quello canceroso e cerca mutazioni [fonte:Kushnerov].
Se il sequenziamento del genoma del cancro dimostra l'ipotesi che ogni insorgenza di cancro produce mutazioni uniche in una particolare persona, i futuri medici potrebbero essere in grado di personalizzare i trattamenti per ogni paziente. Con molti trattamenti disponibili per alcune condizioni, è spesso un processo di tentativi ed errori per vedere cosa funziona meglio per una persona rispetto a un'altra [fonte:Aetna]. In alcuni casi, questa pratica può fare più male che bene o privare medici e pazienti del tempo prezioso necessario per arginare l'avanzata di una malattia.
Piccole variazioni nelle nostre sequenze di DNA possono influenzare cose come se sviluppiamo una malattia. Il polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) è un tipo comune di variazione. Immagine per gentile concessione del sistema informativo di gestione del genoma, Laboratorio nazionale di Oak Ridge Ora che il Progetto Genoma Umano è finito, è tempo che gli scienziati esaminino le informazioni prodotte e proseguano la ricerca correlata. Gran parte dell'attenzione post-HGP è caduta sui geni, stimolando nuove discussioni su come funziona l'ereditarietà e inducendo gli scienziati a guardare al DNA in modo diverso, mettendo da parte la tradizionale attenzione sui geni come attori dominanti all'interno del DNA. Alcuni ricercatori stanno ora esaminando il 99 o giù di lì percento del DNA che non sono geni, chiedendosi se questi pezzi del genoma precedentemente trascurati abbiano ruoli significativi da svolgere.
L'HGP e i successivi sforzi di ricerca hanno cambiato la visione consensuale dei geni e del DNA non codificante, proiettandoli come parte di un'immagine dei geni sempre più complessa, DNA e altri componenti del genoma. Per esempio, epigenetico segni , le proteine e le altre molecole attaccate al DNA, stanno ricevendo più attenzione, soprattutto per il loro ruolo apparente nell'ereditarietà. Sembra che questi segni possano anche trasmettere tratti, proprio come i geni, e i segni epigenetici fuori luogo o danneggiati possono aumentare il rischio di sviluppare il cancro e altri disturbi [fonte:Zimmer]. Uno studio del National Institutes of Health da 190 milioni di dollari spera di mappare tutti i segni epigenetici sul DNA.
Oltre a cambiare il modo in cui pensiamo ai geni, il Progetto Genoma Umano ha generato molti altri progetti. Per esempio, nel 2002, l'International HapMap Project ha iniziato a tracciare gli SNP tra i vari gruppi etnici. Da persona a persona, il codice genetico differisce di circa 10 milioni di punti (su 3,2 miliardi di paia di basi del DNA) [fonte:Aetna]. Queste differenze sono chiamate SNP -- polimorfismi a singolo nucleotide . Ma nonostante questi SNP, gli esseri umani differiscono l'uno dall'altro solo di circa lo 0,1 percento, abbastanza per garantire che nessun essere umano sia geneticamente identico, anche, A volte, Gemelli identici. Comprendere gli SNP può aiutarci a comprendere meglio la variazione genetica tra individui e gruppi etnici; produrre migliori test genetici per la predisposizione alla malattia; e contribuire allo sviluppo di trattamenti medici più personalizzati.
I progetti futuri e le aree di ricerca relative all'HGP sono apparentemente infinite. Molti milioni di dollari vengono versati in progetti come Encode, uno sforzo enormemente ambizioso per determinare il ruolo di ogni singolo pezzo di DNA nel genoma umano. (Encode sta per Encyclopedia of DNA Elements.) Ma mentre le informazioni fornite dall'HGP e dai progetti correlati porteranno probabilmente a importanti progressi medici e trattamenti per le malattie, il rapporto tra ricerca e terapie pratiche non è proprio di semplice causa ed effetto. Un solo nuovo farmaco può richiedere 10 anni di tempo di sviluppo.
Nel futuro, cerca questi fiorenti campi di ricerca, molti dei quali devono un grande debito al lavoro dell'HGP:
Nonostante tutte queste entusiasmanti scoperte e quelle che ci aspettano, potremmo non comprendere mai completamente il funzionamento interno del DNA. La definizione del gene in rapido cambiamento potrebbe dimostrarlo. Un ricercatore ha dichiarato al New York Times che la biologia umana potrebbe essere "irriducibilmente complessa" [fonte:Angier]. Noi umani possiamo fare e capire cose straordinarie:lanciare astronavi, costruire computer incredibilmente veloci, creare splendide opere d'arte, ma i nostri 3,2 miliardi di pezzi di DNA potrebbero essere troppo per le nostre menti da comprendere appieno alla fine. Nel corso del progresso umano, è stato molto più facile capire le cose che facciamo, piuttosto che ciò che ci rende.
Per ulteriori informazioni sul Progetto Genoma Umano e altri argomenti correlati come l'epigenetica, si prega di visitare i link nella pagina successiva.
Fonti
