È stata ricostruita la prima sequenza di DNA umano completa. Si tratta del cromosoma X.
Questo è stato possibile grazie ad uno studio condotto dagli scienziati del National Human Genome Research Institute (NHGRI), in collaborazione con gli esperti dell’Università della California Santa Cruz.
Il lavoro potrebbe accendere una nuova luce sulle associazioni tra le variazioni di sequenza e l’insorgenza di malattie specifiche. Con importanti implicazioni sulle domande riguardo l’evoluzione e la biologia umane. Il cromosoma X, infatti, è collegato a una serie di patologie, tra cui emofilia, malattia granulomatosa cronica e distrofia muscolare di Duchenne.
Lo studio
Gli scienziati hanno sequenziato una cellula molto particolare in cui i cromosomi X erano identici. Li hanno divisi il meno possibile e analizzati grazie a strumenti diversi, come il sequenziamento a nanopori.
Queste metodologie servono per ottenere sequenze di DNA ultra lunghe e riassemblare poi le informazioni ottenute, raggiungendo livelli di continuità, completezza e accuratezza senza precedenti.
Come afferma Karen Miga, ricercatrice presso il Genomics Institute dell’Università della California Santa Cruz e coautrice dell’articolo:
“Con il sequenziamento dei nanopori, otteniamo letture ultra lunghe di centinaia di migliaia di coppie di basi che possono estendersi su un’intera regione di ripetizione. Questo ci consente di aggirare alcune delle sfide che riguardano questo campo di analisi. Stiamo iniziando a scoprire che alcune delle regioni in cui vi erano lacune nella sequenza di riferimento sono in realtà tra le più ricche per variazione nelle popolazioni umane”.
Il metodo
Il DNA passa attraverso molecole organiche – tramite una sorta di foro di dimensioni nanometriche – in una membrana a cui è applicata una differenza di potenziale (una carica elettrica). Per attraversare il foro, deve srotolare la catena di basi, permettendo così la “lettura” di ognuna di loro, che a loro volta compongono i filamenti dalle variazioni di segnale elettrico. Proprio procedendo in questo modo è stato possibile ricostruire sequenze ultralunghe di centinaia di migliaia di basi che si ripetono in determinate regioni.
L’importanza di questa tecnica
Questa tecnica innovativa è in grado di colmare i buchi che attualmente si hanno nella sequenza cosiddetta di “riferimento” (cioè quella utilizzata quando si legge un pezzo di DNA per vedere se c’è una mutazione).
Fino ad oggi per leggere la grande quantità di informazioni contenute nel genoma, si doveva “fare a pezzi” il DNA e dividerlo in segmenti diversi. Successivamente poi questi dovevano essere assemblati. Un po’ come un puzzle. Naturalmente poi andando a rimettere insieme i pezzi, era possibile perdere qualcosa. Spesso restava qualche buco, fonte di problemi, perchè rendeva impossibile avere tutte le informazioni. Per questo motivo di tanto in tanto risultavano letture incomplete oppure non precise.
Alcuni ostacoli, però, sono rimasti in piedi. Ma gli scienziati sono stati in grado di superarli brillantemente. Per poter completare il cromosoma X, per esempio, il team ha dovuto risolvere manualmente diversi vuoti nella sequenza. Che riguardavano principalmente il centromero, una regione di DNA ripetitivo che nel cromosoma X comprende 3,1 milioni di coppie di basi. Gli scienziati hanno identificato le varianti all’interno della sequenza di ripetizione che fungevano da marker. E le hanno utilizzate poi per allineare le letture lunghe e collegarle tra loro.
L’inizio di una nuova era
Eric Green, direttore del NHGRI, ha sottolineato l’importanza di questo studio, dichiarando:
“La capacità di generare sequenze veramente complete di cromosomi e genomi è un’impresa tecnica che ci potrà aiutare a comprendere a fondo la funzione del genoma e l’uso delle informazioni genomiche nelle cure mediche”.
Il lavoro rientra nell’iniziativa del consorzio co – fondato da Phillippy e Miga Telomere – to – Telomere (T2T), che mira a generare una sequenza di riferimento completa dell’intero genoma umano entro il 2020.
Se si riuscirà effettivamente ad applicare la stessa tecnica a tutti i cromosomi, per adesso non ci è dato saperlo. Ciò che è certo è che il fatto che sia stata ricostruita la prima sequenza di DNA umano completa segna l’inizio di una nuova era nella ricerca genomica.
Anna Gaia Cavallo