Progetto genoma umano

La genomica

La genetica si occupa dello studio dei singoli geni, mentre la genomica studia i geni e le loro funzioni, studia quindi tutti i geni che formano il genoma nel loro complesso e le rispettive funzioni. È una disciplina complessa infatti deve lavorare su una grande quantità di campioni di dimensioni molto piccole. La genomica è una branca della genetica e il suo scopo è quello di capire la struttura, la funzione e l'evoluzione dei genomi. La genomica si divide in due diverse aree fondamentali: - La genomica strutturale -> ramo della genomica che si occupa della natura fisica di interi genomi. - La genomica funzionale -> ramo della genomica che si occupa del trascrittoma (l'insieme dei trascritti che possono essere prodotti da un organismo, ovvero gli RNA) e del proteoma (l'insieme delle proteine codificate dal genoma). Differenze tra genetica e genomica: La genetica si occupa dello studio di uno o di pochi geni di interesse, mentre la genomica si occupa di studiare tutti i geni e le loro funzioni nel genoma.

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occupa dello studio dei geni in totale.

Human Genome Project:

Lo Human Genome Project, ovvero il progetto genoma umano, è un progetto molto importante per la storia dell'uomo, infatti, per la prima volta, si è stati in grado di leggere l'informazione genetica in modo completo, si è infatti riusciti a determinare l'ordine dei nucleotidi del proprio genoma.

Ufficialmente il progetto ebbe inizio nel 1990, tale progetto si pose diversi obiettivi, ovvero:

• Identificare tutti i geni contenuti nel DNA umano.
• Determinare la sequenza delle 3 miliardi di basi che compongono il DNA umano (fu il primo obiettivo che si posero e fu anche il primo raggiunto).
• Sviluppare tecnologie di sequenziamento più rapide ed economiche.
• Catalogare le informazioni ottenute in database informatici.
• Sviluppare programmi per l'analisi delle sequenze.
• Rispondere ai quesiti etici, legali e sociali legati allo svolgimento del progetto.

Il sequenziamento del genoma umano ebbe

riguarda la biologia umana. Nel 1990, il National Institutes of Health (NIH) e il Department of Energy (DOE) degli Stati Uniti lanciarono ufficialmente il progetto genoma umano. L'obiettivo principale del progetto era quello di sequenziare l'intero genoma umano, cioè di determinare l'ordine dei nucleotidi che compongono il DNA umano. Il progetto genoma umano fu un'impresa di enormi proporzioni. Richiese la collaborazione di scienziati di tutto il mondo e l'utilizzo di tecnologie all'avanguardia. Il sequenziamento del genoma umano fu completato nel 2003, ma ancora oggi gli scienziati stanno lavorando per comprendere appieno il significato di tutti i geni e le loro interazioni. L'importanza del progetto genoma umano è stata enorme. Ha fornito una mappa dettagliata del DNA umano, consentendo agli scienziati di studiare le basi genetiche di molte malattie e di sviluppare nuovi approcci terapeutici. Inoltre, ha aperto la strada alla medicina personalizzata, in cui i trattamenti vengono adattati alle caratteristiche genetiche di ogni individuo. Il progetto genoma umano è stato un grande passo avanti nella comprensione della biologia umana. Ha dimostrato il potere della collaborazione internazionale e dell'utilizzo delle tecnologie avanzate. Nonostante non abbia raggiunto lo stesso impatto mediatico dello sbarco sulla Luna, il progetto genoma umano ha avuto un impatto duraturo sulla scienza e sulla medicina.

Riguarda una classe di patologie, ovvero quella dei tumori. La rivista ritenne importante l'osservazione ma allo stesso tempo la riteneva troppo costosa e si sosteneva che le tecnologie non fossero abbastanza evolute.

Contemporaneamente, in America, si riunì un gruppo di ricercatori, i quali credevano fosse giunto il momento di intraprendere il percorso verso il sequenziamento del genoma umano.

Così, nel 1990 negli Stati Uniti, ebbe inizio il sequenziamento del genoma umano sotto la guida di James Watson. Agli Stati Uniti si unirono anche altri Paesi come: Giappone, Cina, Regno Unito, Francia e Germania, mentre per quanto riguarda l'Italia il progetto genoma umano nacque nel 1987 ma si interruppe nel 1995 a causa della mancanza di fondi.

La prima bozza del genoma umano fu pubblicata nel 2000, nel 2003 fu poi dichiarato un completamento della sequenza del genoma umano.

Il sequenziamento del genoma umano si ottenne mediante il metodo di sequenziamento enzimatico di Sanger.

Messo appunto proprio da Sanger negli anni '70. Il primo genoma sequenziato tramite tale metodo fu quello di un batteriofago, ovvero un virus. Sanger fu l'unica persona a vincere due premi Nobel per la chimica durante il corso della sua vita.

Nel 1987 fu realizzato il primo sequenziatore automatico del DNA il quale, rispetto al sequenziamento manuale, presenta dei vantaggi: non deve infatti essere usata la manualità del ricercatore ed è possibile sequenziare 16 campioni di DNA contemporaneamente in poche ore.

Nel 1998 fu creato un secondo sequenziatore di DNA più evoluto, chiamato ABIPRISM 3700 e fu il principale macchinario utilizzato durante il sequenziamento del genoma umano. Questo macchinario ha una produttività maggiore rispetto al primo, è infatti in grado di sequenziare 96 molecole di DNA alla volta.

IL GENOMA UMANO -> Il genoma umano è estremamente complesso, contiene infatti:

• 46 cromosomi disposti in 23 coppie.
• La dimensione è

superiore ai 3 miliardi di nucleotidi.- I geni sono circa 20'000 geni per proteine.- Soltanto una piccola porzione del genoma umano, attorno all'1%,corrisponde a regioni codificanti per proteine.Il genoma umano viene considerato come una sorta di libro di istruzioni, se sistampa la sequenza di tre miliardi di caratteri (quantità di nucleotidi presentinel genoma umano), potrebbe riempire circa 200 libri di elenchi telefonici.Fu necessario crea delle mappe del genoma che supportassero ilsequenziamento, le mappe utilizzate erano delle mappe fisiche e nongenetiche.Nelle mappe genetiche si osserva come segrega una particolare variantegenica, mentre quando si parla dimappa fisica significa che si va acollocare fisicamente, a livello deivari cromosomi, dei determinatielementi molecolari.La mappa fisica a più bassarisoluzione è la mappacromosomica, detta anchecitogenetica, la quale si basa sulbandeggio osservabile suicromosomi, il bandeggio vienecreato

utilizzando dei particolari marcatori è tipico per ogni cromosoma, ogni banda determinata ha la dimensione di alcune mega basi. Tramite il bandeggio si possono identificare le regioni presenti su ognuno dei cromosomi. Un'altra tipologia di mappa fondamentale nel progetto genoma umano è la mappa fisica di cloni, ovvero delle mappe in cui vengono posti i frammenti clonati di DNA provenienti da un intero cromosoma, tali mappe possono essere prodotte identificando i cloni che hanno inserti di DNA che si sovrappongono, in questo modo possono essere inseriti nell'ordine corretto. Esistono diversi tipi di vettori che permettono di creare dei cloni di dimensioni diverse, per quanto riguarda il progetto genoma umano vennero utilizzati i cloni BAC che permettono di contenere dei frammenti di DNA fino a 300'000 nucleotidi. In realtà, nei primi anni, vennero utilizzati dei cloni YAC, i quali potevano contenere dei frammenti di DNA ancora più grandi, in quanto avendo dei

Pezzi più grandi si credeva fosse più semplice collocarli nella posizione corretta. Ma si verificarono delle problematiche, infatti utilizzando i cloni YAC era molto difficile prendere ognuno dei cloni creati e determinarne la sequenza. Motivo per cui si preferì lavorare con i cloni BAC.

Per poter proseguire con il sequenziamento del genoma umano è stato necessario creare delle mappe di contigui di cloni, dove con contigui di cloni si intende un insieme ordinato di cloni di geni nei quali ciascun inserto clonato corrisponde ad una specifica porzione del genoma. Il sequenziamento degli inserti di un insieme di cloni non ridondanti (ovvero quei cloni che identificano almeno un pezzo di sequenza che nessuno degli altri cloni identifica) permette di ottenere la sequenza del genoma.

Altre mappe fisiche sono le mappe geniche, le quali furono prodotte solamente dopo aver terminato il sequenziamento, grazie ad esse infatti viene mostrata schematicamente la porzione dei vari geni.

sulla mappa cromosomica. La mappa di restrizione descrive l'ordine e la distanza tra i siti di taglio dei vari enzimi. La mappa fisica a più alta risoluzione è la sequenza nucleotidica di ogni cromosoma nel genoma, tale mappa è quindi la sequenza dell'intero genoma. Tra il 1990 e il 1999 è stato sequenziato meno del 10% del genoma umano, in quanto furono proprio questi gli anni in cui i ricercatori stavano creando le mappe fisiche per il sequenziamento del genoma umano. Tra il 1999 e il 2000 fu sequenziato circa l'80% del genoma perché, oltre ai nuovi macchinari, partì una sorta di competizione rappresentata dall'ingresso di una company chiamata Celera Genomics, fondata da Craig Venter. Il coordinatore di tutti i lavori riguardanti il progetto genoma umano era Francis Collins. Nel 1998 Craig Venter fondò la company Celera Genomics, ovvero una company che utilizzava dei capitali privati il cui scopo era quello di sequenziare il genoma umano.genoma umano entro l'anno 2001, tale annuncio creò scompiglio nell'ambito pubblico del sequenziamento del genoma umano, secondo il quale la fine del progetto era prevista per il 2005. Craig Venter voleva però rendere disponibili i risultati soltanto a coloro che avessero dei capitali abbastanza alti, inoltre utilizzava le nuove tecnologie per sequenziare il genoma. Il consorzio pubblico e la Celera Genomics utilizzavano due strategie totalmente diverse, Craig Venter sosteneva di poter terminare per primo il sequenziamento perché la sua strategia si basava sull'utilizzo della Whole genome shotgun sequencing, mentre il consorzio pubblico creava delle librerie genomiche contenenti dei cloni BAC per i frammenti di DNA, ciascuno dei quali veniva sequenziato e ognuna delle sequenze ottenute permetteva di assemblare l'intero genoma umano, ovvero un sequenziamento gerarchico del genoma (quindi per una data regione del genoma si andranno ad osservare i cloni ottenuti).

E si sceglierà il numero minimo di tali cloni per fare sì che tutta la regione venga identificata). Inizialmente venne utilizzato il metodo primer walking (già visto in precedenza), ma era un processo troppo lungo e faticoso, si ideò così il metodo del sequenziamento shotgun per sequenziare un clone BAC. Si prendeva quindi il clone genomico e lo si frammentava in sequenze lunghe intorno ai 2'000 nucleotidi, per fare ciò si utilizzò un sonicatore, ovvero un macchinario che emette onde sonore e permette di frammentare i cloni. Ognuno dei frammenti ottenuti veniva poi clonato in un plasmide normale e non in un BAC, venne così creata un