IL GENOMA UMANOIL GENOMA UMANO

IL GENOMA UMANOIL GENOMA UMANO

GENOMIGENOMI

GENOMI

99700HIV

3,2004.6 milioniE. coli

6,00012.1 milioniS. cerevisiae

13,000137 milioniD. melanogaster

19,00097 milioniC. elegans

25,000100 milioni A. thaliana

30,0002.6 miliardi M. musculus

30,0003 miliardi Homo sapiens

GeniDimensione

Genoma (bp)Organismo

IL CARIOTIPO

CROMOSOMI

IL GENOMA UMANO

• Il genoma è la lista completa delle istruzioni necessarie per fare una persona.

• Le informazioni riempirebbero una pila di libri alta 60 metri. • Il livello di diversità del nostro DNA è dello 0.1%. • Il nostro DNA è al 98% identico a quello dello scimpanzè.• Il 97% del DNA nel genoma umano non possiede nessuna funzione

conosciuta. • Ci sono circa 2 metri di DNA in ognuna delle nostre cellule. • Ci sono 3 miliardi (3,000,000,000) di lettere nel codice DNA in ogni cellula

nel vostro corpo. • Ci sono circa 100000 milioni (100,000,000,000,000) di cellule nel corpo.• Se tutto il DNA contenuto nel corpo di una persona venisse messo in fila

coprirebbe la distanza dalla terra al sole per circa 1000 volte.

IL PROGETTO GENOMA UMANO (HGP)

NASCITA DELL’HGP

1986 – Alcuni scienziati, tra i quali Renato Dulbecco, propongono il sequenziamento del genoma umano per accelerare la lotta al cancro.

1986 - Il DOE ed il NIH gettano le basi del HGP, stanziando 5.3 milioni di dollari per un progetto pilota.

1990 - Un consorzio internazionale viene istituito, l’ HGP. Il progetto prevede un investimento di 3 miliardi di dollari in 15 anni.

PERCHÈ SEQUENZIARE IL GENOMA?

• Ricerca Biologica– Meccanismi biochimici e biomolecolari– Dinamiche di sviluppo– Tematiche antropologiche, evolutive e di biodiversità

• Medicina Molecolare e Malattie Ereditarie– Diagnosi, prevenzione, trattamento dei tumori e di

malattie ereditarie– Stimate 3000-4000 malattie ereditarie

EVENTI SUCCESSIVI

• 1994 – Viene completata la mappatura del genoma umano

• 1998 - La CELERA GENOMICS di Craig Venter annuncia l’inizio del sequenziamento del genoma umano

• 2000 - In aprile Venter annuncia il completamento del sequenziamento del genoma umano, in giugno lo stesso annuncio arriva dal HGP

• 2001 - In febbraio La CELERA pubblica sulla rivista Science i risultati, in giugno vengono pubbicati su Nature i risultati dell’ HGP

• 2003 – In aprile viene ufficilamente annunciato il completamento del PROGETTO GENOMA.

STRATEGIE DI SEQUENZIAMENTO

STRATEGIE DI SEQUENZIAMENTO

METODO GERARCHICO(Hierarchical shotgun)

HGP-PUBBLICO

WHOLE GENOME SHOTGUN

CELERA-PRIVATO

HGP VS CELERA

• METODO METODO GERARCHICOGERARCHICO

• Utilizza grandi vettori (BAC, YAC) per suddividere i cromosomi in grandi contigui

• Lo Shotgun viene fatto all’interno del singolo contiguo

• WHOLE GENOME WHOLE GENOME SHOTGUNSHOTGUN

• Il genoma viene frammentato in larga scala

• Ciascun piccolo frammento viene sequenziato

• Le sequenze vengono allineate con l’uso di supercomputer

HGP VS HGP VS CELERA

• Tempi e costi elevati nella costruzione dei contigs

• Miglior identificazione delle zone altamente ripetitive

• Minori difficoltà nell’assemblaggio finale

• Tempi e costi ridotti di analisi informatica

• Sequenziamento del genoma rapidissimo

• Costi ridotti nella fase di sequenziamento

• Grandi difficoltà nell’assemblaggio finale

• Incapacità di risolvere molti gaps

• Richiesta di tecnologie informatiche elevatissime

IL GENOMA UMANO

CELERA2.910.000.000 bp

• 26588 geni• 1.1% DNA

codificante• 2.100.000 SNPs

(1/1250 bp)

HGP• 2.900.000.000 bp• 30000 geni• 1.400.000 SNPs• 2003 - data di

conclusione del progetto

IL GENE

L’ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA

LA VARIABILITÀ GENETICA

IL PROGETTO GENOMA UMANO HA RIVELATO UNA SEQUENZA GENETICA DI TRE MILIARDI DI PAIA DI BASI CONDIVISA AL 99,9% DA TUTTI GLI INDIVIDUI.

LA MAGGIOR PARTE DI QUESTE DIFFERENZE SONO SINGOLI POLIMORFISMI NUCLEOTIDICI (SNPs) OVVERO CAMBIAMENTI DI UNA SINGOLA BASE NEL DNA.

QUESTO 0,1% DI DIFFERENZA È RESPONSABILE DELLA VARIABILITÀ FENOTIPICA E DETERMINA UNA RISPOSTA INDIVIDUALE ALL’AMBIENTE.

LE DIFFERENZE NEL GENOMA

0,1% DI DIFFERENZA

LA COMPONENTE GENETICA INDIVIDUALE DETERMINA UNA RISPOSTA DIFFERENTE AGLI STIMOLI AMBIENTALI.

Il DNA non è un’entità statica ma è soggetto a cambiamenti ereditari (mutazioni) che insorgono casualmente e che sono alla base del PROCESSO EVOLUTIVO

Un determinato locus è definito POLIMORFICO qualora almeno l’1%* degli individui siano eterozigoti per quel carattere

Un locus è POLIMORFICO se 2 o più alleli sono mantenuti in una popolazione

LA VARIABILITÀ GENETICA

POLIMORFISMI E MUTAZIONI

Alterazioni fenotipiche Alterazioni funzionali

VARIABILITA’ GENETICA

VARIABILITÀ DEL CODICE GENETICO

VARIABILITA’ FRA INDIVIDUI

VARIABILITA’ FRA SPECIE

BIODIVERSITA’

EVOLUZIONE

RISULTATI DEL HGP

• SEQUENZIAMENTO E MAPPAGGIO GENOMA UMANO

• IDENTIFICAZIONE DEI GENI• SEQUENZIAMENTO E MAPPAGGIO GENOMA

ORGANISMI MODELLO• SVILUPPO DI TECNOLOGIE CORRELATE• STUDIO DELLE IMPLICAZIONI ETICHE, SOCIALI E

LEGALI• DIFFUSIONE DEI DATI RACCOLTI

•STUDIO DELLA FUNZIONE GENICA

•DISTRIBUZIONE E FUNZIONE DEL DNA NON-CODIFICANTE

•COORDINAZIONE DI ESPRESSIONE GENICA, SINTESI

PROTEICA E REGOLAZIONE POST-TRASCRIZIONALE

•INTERAZIONE PROTEICA

•CONSERVAZIONE EVOLUTIVA DELLE FUNZIONI

•CORRELAZIONE FRA VARIAZIONI DEL DNA E SUSCETTIBILITA’

ALLE MALATTIE

• GENI COINVOLTI IN PATOLOGIE MULTIGENICHE (CANCRO)

•GENETICA DELLO SVILUPPO (CELLULE STAMINALI)

LE SFIDE FUTURE

U.S. Department of Energy Genome Programs, Genomics and Its Impact on Science and Society, 2003

IMPLICAZIONI LEGALI, ETICHE E SOCIALI

1. Chi può avere accesso ad informazioni genetiche personali e come queste potranno essere usate?

2. Chi conserva e controlla tali informazioni?

3. Possono i geni influenzare l’individuo in un particolare aspetto della vita?

4. Potrà una persona controllare il suo aspetto?

5. Qual è il livello di “diversità” considerato accettabile?

6. Chi può possedere e manipolare il DNA?

Timori nell’uso dell’informazione genetica

– Per le assunzioni– Per le assicurazioni (sulla salute e nella

previdenza)– Nei processi– Nell’istruzione (immaginate un Q.I. Genetico!!!)– Nelle adozioni– Per scopi militari– Altri motivi

http://www.ornl.gov/hgmis/elsi/elsi.html

IMPLICAZIONI LEGALI, ETICHE E SOCIALI