Introduzione al progetto genoma umano

L'insieme delle sequenze o dei geni dell'acido nucleico che formano il DNA di un organismo è il suo genoma. In sostanza, un genoma è un progetto molecolare per la costruzione di un organismo. Il genoma umano è il codice genetico nel DNA delle 23 coppie cromosomiche di Homo sapiens, più il DNA trovato nei mitocondri umani. Le cellule uovo e spermatozoo contengono 23 cromosomi (genoma aploide) costituiti da circa tre miliardi di coppie di basi di DNA. Le cellule somatiche (ad es. Cervello, fegato, cuore) hanno 23 coppie cromosomiche (genoma diploide) e circa sei miliardi di paia di basi. Circa lo 0,1 percento delle coppie di basi differisce da una persona all'altra. Il genoma umano è circa il 96 percento simile a quello di uno scimpanzé, la specie che è il parente genetico più vicino.

La comunità internazionale della ricerca scientifica ha cercato di costruire una mappa della sequenza delle coppie di basi nucleotidiche che compongono il DNA umano. Il governo degli Stati Uniti ha iniziato a pianificare il Progetto genoma umano o HGP nel 1984 con l'obiettivo di sequenziare i tre miliardi di nucleotidi del genoma aploide. Un piccolo numero di volontari anonimi ha fornito il DNA per il progetto, quindi il genoma umano completato era un mosaico del DNA umano e non la sequenza genetica di una sola persona.

Cronologia e cronologia del progetto del genoma umano

Mentre la fase di pianificazione è iniziata nel 1984, l'HGP non è stato lanciato ufficialmente fino al 1990. All'epoca, gli scienziati hanno stimato che ci sarebbero voluti 15 anni per completare la mappa, ma i progressi nella tecnologia hanno portato al completamento nell'aprile del 2003 piuttosto che nel 2005. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) e il National Institutes of Health (NIH) hanno fornito la maggior parte dei $ 3 miliardi di finanziamenti pubblici ($ 2,7 miliardi in totale, a causa del completamento anticipato). I genetisti di tutto il mondo sono stati invitati a partecipare al Progetto. Oltre agli Stati Uniti, il consorzio internazionale comprendeva istituti e università di Regno Unito, Francia, Australia, Cina e Germania. Hanno partecipato anche scienziati di molti altri paesi.

Come funziona il sequenziamento genico

Per creare una mappa del genoma umano, gli scienziati dovevano determinare l'ordine della coppia di basi sul DNA di tutti e 23 i cromosomi (in realtà, 24, se si considera che i cromosomi sessuali X e Y sono diversi). Ogni cromosoma conteneva da 50 milioni a 300 milioni di coppie di basi, ma poiché le coppie di basi su una doppia elica del DNA sono complementari (cioè coppie di adenina con timina e coppie di guanina con citosina), conoscendo la composizione di un filamento dell'elica del DNA fornita automaticamente informazioni sul filo complementare. In altre parole, la natura della molecola ha semplificato il compito.

Mentre per determinare il codice sono stati utilizzati più metodi, la tecnica principale utilizzava BAC. BAC sta per "cromosoma artificiale batterico". Per usare il BAC, il DNA umano è stato suddiviso in frammenti di lunghezza compresa tra 150.000 e 200.000 coppie di basi. I frammenti sono stati inseriti nel DNA batterico in modo che quando i batteri si riproducessero, anche il DNA umano si replicasse. Questo processo di clonazione ha fornito DNA sufficiente per creare campioni per il sequenziamento. Per coprire i 3 miliardi di paia di basi del genoma umano, sono stati realizzati circa 20.000 diversi cloni BAC.

I cloni del BAC crearono quella che viene chiamata una "biblioteca del BAC" che conteneva tutte le informazioni genetiche per un essere umano, ma era come una biblioteca nel caos, senza modo di dire l'ordine dei "libri". Per risolvere questo problema, ogni clone di BAC è stato mappato al DNA umano per trovare la sua posizione rispetto ad altri cloni.

Successivamente, i cloni BAC sono stati tagliati in frammenti più piccoli di circa 20.000 coppie di basi di lunghezza per il sequenziamento. Questi "subcloni" sono stati caricati in una macchina chiamata sequencer. Il sequencer ha preparato da 500 a 800 coppie di basi, che un computer ha assemblato nell'ordine corretto per abbinare il clone BAC.

Poiché le coppie di basi sono state determinate, sono state rese disponibili al pubblico online e accessibili gratuitamente. Alla fine tutti i pezzi del puzzle erano completi e disposti in modo da formare un genoma completo.

Obiettivi del progetto genoma umano

L'obiettivo principale del Progetto genoma umano era di sequenziare i 3 miliardi di coppie di basi che compongono il DNA umano. Dalla sequenza, potrebbero essere identificati dai 20.000 ai 25.000 geni umani stimati. Tuttavia, anche i genomi di altre specie scientificamente significative sono stati sequenziati nell'ambito del Progetto, inclusi i genomi della mosca della frutta, del topo, del lievito e del nematode. Il progetto ha sviluppato nuovi strumenti e tecnologie per la manipolazione e il sequenziamento genetici. L'accesso del pubblico al genoma ha assicurato che l'intero pianeta potesse accedere alle informazioni per stimolare nuove scoperte.

Perché il progetto sul genoma umano era importante

Il progetto genoma umano ha costituito il primo progetto per una persona e rimane il più grande progetto di biologia collaborativa che l'umanità abbia mai completato. Poiché il Progetto ha sequenziato i genomi di più organismi, gli scienziati hanno potuto confrontarli per scoprire le funzioni dei geni e identificare quali geni sono necessari per la vita.

Gli scienziati hanno preso le informazioni e le tecniche dal Progetto e le hanno usate per identificare i geni della malattia, escogitare test per le malattie genetiche e riparare i geni danneggiati per prevenire i problemi prima che si verifichino. Le informazioni vengono utilizzate per prevedere come un paziente risponderà a un trattamento basato su un profilo genetico. Mentre il completamento della prima mappa ha richiesto anni, i progressi hanno portato a un sequenziamento più rapido, consentendo agli scienziati di studiare le variazioni genetiche nelle popolazioni e determinare più rapidamente cosa fanno i geni specifici.

Il progetto comprendeva anche lo sviluppo di un programma ELSI (Ethical, Legal and Social Implications). ELSI è diventato il più grande programma di bioetica al mondo e funge da modello per programmi che si occupano di nuove tecnologie.

fonti

• Dolgin, Elie (2009). "Genomica umana: i rifinitori del genoma." Natura. 462 (7275): 843-845. doi: 10.1038 / 462843a
• McElheny, Victor K. (2010). Disegnare la mappa della vita: dentro il progetto genoma umano. Libri di base. ISBN 978-0-465-03260-0.
• Pertea, Mihaela; Salzberg, Steven (2010). "Tra un pollo e un'uva: stimare il numero di geni umani". Biologia del genoma. 11 (5): 206. doi: 10.1186 / gb-2010-11-5-206
• Venter, J. Craig (18 ottobre 2007). Una vita decodificata: il mio genoma: la mia vita. New York, New York: Viking Adult. ISBN 978-0-670-06358-1.