Il Genoma Umano

Vedi anche Cellula, Biologia Molecolare

Hanno finito:
Nel 2000 gli scienziati sono riusciti a leggere l’intero codice della vita umana:
la catena del DNA, il nostro patrimonio genetico.
La prima lettura completa di un genoma umano, annunciata nel 2001, 
ha richiesto 10 anni di lavoro e 3 miliardi di dollari. 
Oggi, grazie a biotecnologie come la Pcr e all'informatica, 
un genoma si legge in una settimana con la spesa di 300 dollari.

Con grande sorpresa, i biologi hanno scoperto che l’uomo ha poco più di ventimila geni, un numero stranamente piccolo se si pensa che certe piante ne hanno fino a 200 mila.

Non solo: Questi nostri 20 mila geni rappresentano soltanto il 2 per cento del genoma, e finora abbiamo lavorato solo su questo misero 2 per cento. 

Possibile che il restante 98 per cento non abbia motivo di esistere? Per anni è stato considerato Dna-spazzatura.
Ora abbiamo capito che non è così. Il 98 per cento del genoma ha una importanza decisiva nel programmare il 2 per cento che costituisce i geni e codifica le proteine. 

Stiamo scoprendo un mondo intero di Rna e micro-Rna, in parte a forma di filamenti, in parte a forma di piccoli cerchi, e stiamo cercando di capire come funzionano e che cosa fanno. 

Usare in biologia oncologica questo strumento è come avere un super-telescopio in astronomia. Queste tecnica è appunto un super-microscopio, che ci permette di vedere là dove il cancro ha aperto la sua breccia nella cellula sana.

 

Il Progetto genoma umano si è posto un obiettivo ambizioso: prendere i due metri di DNA che ognuno di noi porta in ogni sua cellula, strettamente avvolti in 46 gomitoli (i cromosomi), srotolarli e "decodificarli" cioè mettere una dietro l’altra gli oltre tre miliardi di lettere chimiche di cui sono composti. La semplice trascrizione della sequenza riempirebbe 350.000 pagine di una rivista (senza foto).

Una immensa frase che suonerebbe più o meno così: ATGGGCACCMTGCA...
in tutte le pagine (le quattro lettere A, C, G, T, sono le 4 molecole che in diversa combinazione formano la catena).

Il lavoro ormai procede a passo di corsa: nei laboratori il ritmo di decodifica è arrivato a 12 mila basi al minuto (ogni base è una lettera). Nel marzo scorso la sequenza nota ha superato i due miliardi di basi (in tutto sono 3.200.000.000): ci sono voluti quattro anni di lavoro per ottenere il primo miliardo e solo quattro mesi per il secondo. Nel giro di poche settimane il terzo.

LA CHIAVE DI VITA E MORTE

Un lavoro lungo e "noioso", ma molto utile: disseminati lungo la catena si trovano infatti i 40 mila geni umani, tutte le istruzioni che servono per "costruire" e tenere in vita ognuno di noi.
Non solo: sul DNA c’è scritto anche a quali malattie siamo predisposti, quanto a lungo possiamo vivere, che tipo di personalità abbiamo.

Sulla catena c’è perfino la storia della nostra specie.
Se non sono le risposte ai quesiti che da sempre si pone l’umanità
(Chi siamo? Da dove veniamo? Dove andiamo?)
ci vanno molto vicino.

Ecco perché gli scienziati studiano i geni umani: ripararli quando "si rompono" in modo da eliminare le malattie ereditarie e guarire il cancro sono i primi (ancora lontani) obiettivi, ma potenzialmente si può andare molto più in là. La totale conoscenza del DNA equivale a capire come funziona l’organismo nei più piccoli dettagli cioè a entrare nei meccanismi della vita e (perché no?) della morte. E, chissà, magari a poterli controllare.

UN GENE SOLO, 700 VERSIONI

«Stiamo appoggiando il primo mattone di un enorme edificio del quale non conosciamo nemmeno il progetto. Ma dieci anni fa sembrava impossibile anche solo mettere questo mattone.
Ora che abbiamo "letto" tutto il DNA (o quasi) dobbiamo capire come funzionano i geni e soprattutto qual è il ruolo di ciascuno di essi all’interno della cellula. In questo campo quasi ogni giorno c’è una nuova scoperta» dice Paolo Vezzoni, ricercatore del CNR e tra i principali artefici del Progetto Genoma in Italia.

Le prime attenzioni si sono concentrate sui geni che, quando non funzionano, causano le 5 mila malattie ereditarie note (ormai i geni sono stati quasi tutti identificati). Ma gli scienziati si sono accorti che non era sufficiente.
Un esempio: dopo aver scoperto qual era il gene che provoca la fibrosi cistica (malattia genetica tra le più comuni, colpisce una persona su 2500) i ricercatori si sono accorti che ne esistono 700 diverse "versioni", tutte in grado di provocare la malattia. Ancora più complesso è lo studio dei geni che, se danneggiati o attivati nel momento sbagliato, possono provocare il cancro: a seconda dell’organo colpito, del tipo di tumore e dello stadio della malattia, il funzionamento del DNA cambia.
Insomma, per ottenere una cura davvero efficace per molte malattie occorre conoscere il genoma e il suo funzionamento nei minimi particolari. Ecco le scoperte più interessanti realizzate in questi ultimi mesi.

NEL GENOMA NON C’E ORDINE

Srotolare la catena del DNA ha fornito un’informazione sorprendente: i geni non sono mai disposti in ordine sulla doppia elica.
Anzi: in alcuni punti se ne trovano centinaia tutti in fila e poi per lunghi tratti sul filamento non c’è più nulla.
Gli studi hanno infatti dimostrato che ben il 95-97% della catena DNA è inutile, sembra cioè non contenere istruzioni per la cellula. A cosa serve, allora? «Probabilmente in passato ha avuto un ruolo importante.

Potrebbe contenere geni "fossili" che servivano ai nostri lontani antenati ma che oggi hanno perso ogni funzione» aggiunge Vezzoni. Per scoprirlo bisognerebbe mettere a confronto i genomi di molte specie, ma per ora sono stati studiati solo quello del moscerino della frutta (decifrato pochi mesi fa) e quello dei topi da laboratorio.
Intanto si è scoperto che una parte del DNA inutile è invece utilissimo: lunghe sequenze "senza senso" avvolgono i punti più delicati dei cromosomi quando le cellule si duplicano, in modo da difendere i preziosi geni dall’aggressione di alcuni enzimi della cellula, che potrebbero spezzarli.
Tuttavia il mistero rimane: esiste un pesce, il Fugu rubripes, che ha pochissimo DNA, molto meno di altri pesci di uguale taglia e con simili modalità di vita. Sembrerebbe quindi che almeno in questo caso, avere tanto DNA "silenzioso" rispetto a quello utile, non sia necessario.

LA MAGGIOR PARTE NON SERVE ?

Inoltre, i geni hanno una "strana" forma: spesso sono lunghi centinaia di migliaia di basi (mantenendo il paragone già usato, almeno una decina di pagine di rivista), ma la parte "funzionante" di essi è molto piccola (in media 10 mila basi) e divisa in pezzi, separati dal cosiddetto DNA spazzatura.
Le parti silenziose all’interno dei geni si chiamano "introni" e talvolta sono tanto lunghe da contenere, nascosti come in un cavallo di Troia, altri piccoli geni.
La catena del gene per il fattore ottavo (proteina che aiuta la coagulazione del sangue), per esempio, è lunga ben 186 mila basi e nei suoi introni sono stati trovati 3 piccoli geni la cui funzione è ancora sconosciuta.

Le sorprese, però, sono venute soprattutto dal funzionamento dei geni:

Spesso uno stesso gene può dare origine a proteine diverse. Succede se le istruzioni che contiene non vengono copiate completamente: si formeranno così per esempio una lunga proteina che si trova sulla membrana cellulare (il gene è stato trascritto in modo completo) oppure una proteina più piccola, che quindi va in circolo nella cellula (il gene è stato trascritto solo in parte).

Di più: molti geni si attivano solo in una particolare fase della vita dell’individuo (feto, bambino, adulto) e solo in alcune parti dell’organismo. La cosiddetta "regolazione" dei geni (cioè le istruzioni che dicono a un pezzo di DNA di funzionare in un modo invece che in un altro) è però ancora in gran parte sconosciuta.

TOPI CHE "NON FUNZIONANO"

Una volta individuato un gene lungo la catena, bisogna capire a che cosa serve. Il modo più efficace è manipolare embrioni di topo in modo che nascano privi di quel gene (praticamente tutti i geni umani hanno un "analogo" nel topo) e stare a vedere che cosa succede: i topi potrebbero avere problemi al metabolismo, all’equilibrio, all’apprendimento o anche morire entro pochi giorni dalla nascita, o nell’utero materno.

I genetisti possono così scoprire in quale tessuto il gene "funziona" e in quale stadio della vita. «Peccato che non basti: un gene potrebbe avere una funzione nel feto per cui il topolino muore prima di nascere, ma non potremo sapere se quel gene ha una funzione anche nell’adulto. Inoltre quando "rompiamo" un gene lungo c’è sempre il pericolo di disattivare anche un piccolo gene che si trova "nascosto" nella sequenza e non possiamo sapere se i danni o le reazioni che vediamo nel topolino siano davvero da attribuire a quel gene o a un altro» fa notare Vezzoni.

Nonostante questi limiti recentemente sono stati scoperti e studiati molti geni coinvolti nello scambio di informazioni tra neuroni cerebrali, che potrebbero insegnarci parecchio sul funzionamento della mente.

E’ stato perfino trovato il gene che fa crescere il nervo ottico: una speranza per i ciechi. Inoltre è in via di sperimentazione la terapia genetica del cancro, basata sull’impiego di sostanze capaci di fermare la proliferazione dei vasi sanguigni che lo nutrono.

Sugli animali già funziona.

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