Sequenziamento del Genoma e Medicina Personalizzata PDF

6.2 biologia applicata 26/10/2023 Consigliata la visione del film “Gattaca” SEQUENZIAMENTO DEL GENOMA E MEDICINA PERSONALIZZATA MACCHINARI PER IL SEQUENZIAMENTO DEL GENOMA Intorno al 1995 il DNA era sequenziato in laboratorio utilizza...

6.2 biologia applicata 26/10/2023 Consigliata la visione del film “Gattaca” SEQUENZIAMENTO DEL GENOMA E MEDICINA PERSONALIZZATA MACCHINARI PER IL SEQUENZIAMENTO DEL GENOMA Intorno al 1995 il DNA era sequenziato in laboratorio utilizzando fosforo radioattivo e lastre autoradiografiche, sulle quali comparivano delle micro-bande come risultato finale. Le lastre venivano lasciate un intero giorno in freezer e il giorno successivo venivano sviluppate in una camera di sviluppo. Se il procedimento era stato svolto correttamente si potevano ottenere un massimo di 1000 basi sequenziate al giorno. Attualmente nei laboratori di ricerca una singola macchina è in grado di sequenziare fino a 600 miliardi di basi in un giorno. Nel 2001 il costo dei primi sequenziamenti si aggirava intorno ad 1 miliardo di euro. Oggi per sequenziare un genoma basta possedere una specifica macchinetta dotata di cavo USB (del costo di circa €1000). Caricando nel CHIP (del costo di circa €100) contenuto all’interno, questa è in grado di sequenziare un genoma nel giro di circa 4 ore. Esistono anche sequenziatori di dimensioni minori collegabili direttamente alla porta USB del cellulare. Al contrario i macchinari che furono usati da Craig Venter più di vent’anni fa per sequenziare per la prima volta il genoma erano estremamente ingombranti. L’evoluzione dei macchinari, l’abbassamento dei costi e la riduzione dei tempi di attesa suggerisce che si andrà sempre più verso un trattamento delle patologie estremamente personalizzato, eseguito a partire dal genoma dell’individuo. Ma perché è importante sequenziare il genoma di un singolo individuo? MEDICINA PERSONALIZZATA Dal punto di vista pratico il sequenziamento del genoma serve per guidare le terapie. Un singolo farmaco non ha gli stessi effetti su tutti pazienti a cui è stato somministrato. Ci si è infatti resi conto che determinati farmaci agiscono solo su una certa percentuale di persone e ciò è determinato dalle diverse sequenze che ognuno presenta all’interno del genoma. Sbobinatore: Costanza Moretto Revisore: Elettra Gaia Mottola 6.2 biologia applicata 26/10/2023 Oggi, quindi, si cerca di cambiare il paradigma terapeutico usato in tutti questi anni: dopo la diagnosi della malattia vengono fatti diversi tentativi, con vari farmaci, finché non si trova quello corretto per la cura della malattia. Ma fino a quando il farmaco adatto non viene trovato, la patologia continua a progredire. Attualmente invece viene eseguito un test genetico dell'individuo, si comprende qual è la sua predisposizione genetica per una determinata patologia. Una volta che la patologia compare viene eseguita una diagnosi ed è affidata subito la terapia corretta, basata sul genoma dell’individuo, senza dover procedere per tentativi. Esempio: Angelina Jolie dopo aver avuto due lutti in famiglia (mamma e zia) a causa del tumore al seno ha fatto delle analisi genetiche e ha scoperto di essere portatrice di varianti pericolose dei geni BRCA1 e BRCA2, responsabili dello sviluppo dei tumori al seno. Si è fatta perciò asportare seno e ovaie per prevenzione. In futuro ogni individuo sarà trattato in maniera diversa ed estremamente specifica. Oggi, infatti, trattando un gruppo di persone con la stessa terapia, è possibile ottenere 4 riscontri diversi: 1. È tossica e la malattia peggiora. 2. Non è tossica, ma non ottengo benefici. 3. Non è tossica e ottengo benefici. 4. È un po' tossica, ma si hanno lo stesso benefici. APPLICAZIONI PRATICHE DELLE TERAPIE BASATE SUL GENOMA: o G-diet: il corpo risponde in maniera differente a ciò che si introduce con la dieta in base ai geni della persona. Sono perciò create delle diete personalizzate in seguito a un’analisi genomica. o La cura dei tumori: ogni tumore è diverso dall’altro, perché in ognuno ci sono degli specifici marcatori, per cui ciascuno sarà affrontato con una terapia diversa. o Diagnosi genetiche prima dell’impianto di ovuli fecondati. Pubblicazione sul New England, febbraio 2022: È stato eseguito un sequenziamento ultrarapido (con macchinetta piccola), infatti sono state impiegate 7 ore e 18 minuti dall’arrivo del campione di sangue in laboratorio, per il sequenziamento e comprensione della patologia. Sbobinatore: Costanza Moretto Revisore: Elettra Gaia Mottola 6.2 biologia applicata 26/10/2023 DIFFERENZE E SIMILARITÀ’ DEI GENOMI Oltre al genoma umano, sono stati sequenziati anche genomi di altre specie. Il genoma più semplice è di circa 200000 basi, mentre il più complesso ne ha circa 10 milioni. Il genoma dei batteri è circa 1000 volte più piccolo di quello umano (circa 4/5 milioni di basi). Quasi tutti i mammiferi hanno più o meno la stessa quantità di genoma, costituito da circa tra i 3 e i 5 miliardi di basi. QUANTO SIAMO DIVERSI? Uno dei primi genomi confrontanti con quello umano è stato quello dello scimpanzé, constatando che tra i due la differenza è dell’1,23% (di circa 1 nucleotide su 100). Questo confronto è stato eseguito per fare dei test; infatti, essendo uguali al 98,77% c’è una buona probabilità che se un farmaco sia efficace sia sugli scimpanzé che sull’uomo. Ma quella differenza dell’1,23% comprende zone rilevanti del genoma e quindi manifesta differenze significative come: - La forza muscolare; le scimmie, infatti, sono molto più forti dell’uomo, perché presentano una struttura delle fibre del muscolo diversa. - La capacità di parlare. Questa caratteristica è dovuta ai geni che sono coinvolti nella fonazione, che sono diversi tra le scimmie e gli umani. Sono stati sequenziati anche i genomi di batteri e piccoli vermi, come ad esempio: C. elegans (un vermetto molto utile per testare l’effetto di droghe e alcool sul sistema nervoso), Drosofila, Stafilococco, Cholera, Salmonella, E. Coli, Peste, Meningite. CONFRONTI TRA GENOMI DI SPECIE SIMILI Ad occuparsi di questi confronti è la genetica comparata. 1. Confrontando il genoma di un mammut conservato nel permafrost e quello di un elefante: - Ha evidenziato una differenza nella crescita del pelo, che ha portato a nuove informazioni su questa negli animali in generale. Correlabile anche alla calvizie nell’uomo. 2. Confronto tra la Cannabis e la Canapa, le quali sono la stessa pianta ma hanno effetti molto diversi: La Cannabis contiene l’enzima che sintetizza il ∆9 -Tetrahydricannabinolo, (THC), mentre nella Canapa la produzione di questa sostanza è inattiva. Il THC ha effetti ricreativi, ma se fumato a lungo, sin da giovani, può portare a mutazioni epigenetiche. 3. La peste nera (Yersinia pestis), che è arrivata in Europa dall’Asia attraverso i ratti presenti sulle navi nel 1350. In quel periodo muore da un terzo a metà della popolazione europea. La peste, sia bubbonica che polmonare, è tutt’ora presente principalmente in Asia, America e Madagascar, ma la mortalità è nettamente inferiore rispetto al 1300. Nel 2011 viene fatto il primo sequenziamento della peste bubbonica del 1350 (conservata in ossa e denti dei morti di peste nel 1350 ora sepolti in una zona di Londra) e viene confrontata con quella odierna. I risultati mostrano che le due tipologie sono praticamente identiche e che la differenza di mortalità è esclusivamente legata all’evoluzione delle condizioni igieniche e delle terapie antibiotiche. La peste del periodo Giustiniano (600 d.C.), invece, è contraddistinta da batteri totalmente diversi rispetto a quella del 1350. Sbobinatore: Costanza Moretto Revisore: Elettra Gaia Mottola 6.2 biologia applicata 26/10/2023 LA MENINGITE B Rino Rappuoli è uno dei più grandi scienziati italiani, nonché uno dei principali responsabili della scoperta e lo sviluppo dei vaccini. Lui si occupò e contribuì a sviluppare i vaccini per la meningite A, C, Y e W. Per 40 anni Rappuoli e alcuni colleghi hanno lavorato per trovare il vaccino per la meningite B, ma con scarsi risultati. Il batterio della meningite B ha infatti sulla superficie degli zuccheri posseduti anche dall’uomo e se fossero state eseguite vaccinazioni, si sarebbero formati anticorpi anche verso l’organismo umano. Per risolvere questo problema Rappuoli, nel 1956, andò negli USA da Craig Venter e chiese il sequenziamento della meningite di tipo B. Ciò permise di avere un diverso approccio, perché conoscendo tutti i geni del batterio, fu in grado di analizzarli e comprendere quali fossero rilevanti e di identificare le proteine responsabili per poter sviluppare una risposta immunitaria. Così facendo riuscì a creare anche il vaccino per la meningite B. Sbobinatore: Costanza Moretto Revisore: Elettra Gaia Mottola