Riavvio del genoma umano

Il Progetto Genoma Umano è stato uno dei più grandi trionfi dell'umanità. Ma la mappa genetica ufficiale che è risultata nel 2003, nota come genoma di riferimento, non è più all'altezza del compito.

Così affermano gli scienziati che progettano una nuova mappa universale che, secondo loro, combinerà i genomi di centinaia, e alla fine migliaia, di persone per creare un vero riferimento che rifletta tutta l'umanità.

Il problema con la mappa genetica esistente è che rappresenta solo un modo in cui il genoma di una persona potrebbe apparire. La nuova mappa, chiamata genoma grafico, o pan-genoma, userebbe la matematica per riflettere ogni possibile svolta o svolta che il genoma di una persona potrebbe prendere mentre ruota a spirale attorno a 46 cromosomi.

È una tecnologia molto nuova. Ma in meno di cinque anni, tutti lo useranno, prevede Gabor Marth, un genetista dell'Università dello Utah.

La matematica dietro l'idea è la teoria dei grafi. Hai già familiarità con i grafici se conosci il gioco Six Degrees of Kevin Bacon. Ogni attore è un nodo e se hanno recitato in un film insieme, questo è un vantaggio. Il gioco consiste nel trovare il minor numero di margini necessari per raggiungere Kevin.

In un genoma grafico, l'obiettivo sarà trovare un percorso attraverso le lettere genetiche che corrisponda esattamente al tuo. Se viene rappresentato ogni possibile percorso, che è l'idea generale, renderà le interpretazioni dei genomi più veloci, meno costose e più accurate.

Sono stati sequenziati meno di 250.000 genomi di persone, ma questa cifra è destinata a raddoppiare ogni anno poiché il sequenziamento del genoma diventa un modo di routine per diagnosticare le malattie negli ospedali pediatrici e nei centri oncologici. Alcuni si aspettano che alla fine ogni neonato avrà il suo genoma decodificato.

Determinare con precisione in che modo ognuno di questi differisce dagli altri è dove entrerebbe in gioco la nuova mappa genetica. Il laboratorio di Marth nello Utah è uno dei numerosi team accademici che lavorano su prototipi di grafici del genoma che saranno presentati a un organismo di standardizzazione a giugno.

C'è anche interesse commerciale. La società di genetica 23andMe sta sviluppando grafici e aziende come Google stanno osservando da vicino, afferma Benedict Paten, ricercatore presso l'Università della California, a Santa Cruz. Tutti sono interessati ad avere l'umanità rappresentata in una struttura di dati fondamentale, dice.

Il problema con l'attuale riferimento non è solo che ha ancora delle lacune, o che include il DNA imbullonato insieme da una dozzina di persone anonime, alla moda di Frankenstein. È che, come unico resoconto dei tre miliardi di lettere che compongono i geni umani, non può essere facilmente utilizzato per dire in che modo il tuo potrebbe differire.

Il problema sorge quando viene sequenziato un nuovo genoma, utilizzando macchine veloci che distruggono il DNA in milioni di piccoli frammenti. Per rimontarli, i pezzi sono allineati contro il riferimento, che, come l'immagine sulla parte anteriore di una scatola di puzzle, funge da guida. Ma in genere circa il 5 percento dei dati del DNA di una persona non si adatta da nessuna parte.

Più sei diverso dal riferimento, più difficile è adattarsi a tutti i pezzi, afferma David Mittelman, direttore scientifico di Tute Genomics, una società di bioinformatica. E se non trovi le differenze, non trovi il rischio.

L'Internazionale Consorzio di riferimento del genoma che mantiene il riferimento ha cercato di tenere il passo, intonacandolo di note appiccicose scientifiche. Queste sequenze alternative, molte legate al sistema immunitario umano, ora includono più di 150 geni e più di 3,6 milioni di lettere genetiche. Ma queste note a piè di pagina sono scomode e, per la maggior parte, semplicemente ignorate.

In molti casi, non fa differenza. Due persone qualsiasi condividono la stragrande maggioranza delle loro lettere DNA, oltre il 99 percento. E il genoma di riferimento è in grado di evidenziare le differenze più comuni, che sono le modifiche alle singole lettere del DNA all'interno dei geni.

Ma è brutto segnalare alcuni pezzi più grandi di DNA che possono andare persi, essere aggiunti o riorganizzati. E questi sono importanti: alcuni sono stati collegati all'autismo (vedi Risolvere l'enigma dell'autismo), mentre altri sembrano essere parti fondamentali di ciò che ci separa dalle scimmie.

È un po' una lacuna se l'essenza di ciò che ci rende umani è in queste regioni altamente variabili, afferma Alex Lash, Chief Informatics Officer della Simons Foundation, a New York, che sta supportando il lavoro su un genoma a grafo a Santa Cruz.

Lash afferma che l'idea di costruire un genoma grafico è ad alto rischio, dal momento che miliardi di dollari sono stati investiti in software e sforzi scientifici a supporto dell'attuale riferimento e le persone potrebbero non voler cambiare.

Resta anche da dimostrare quanto sarà grande il progresso di un genoma grafico, afferma Deniz Kural, CEO di Seven Bridges Genomics. La sua azienda ha sviluppato una rappresentazione grafica del genoma utilizzando informazioni pubbliche sul DNA di 70.000 persone, nonché strumenti per analizzarlo. Ora sta testando quanto siano davvero più accurati i genomi assemblati usando il grafico.

Kural afferma che la quantità di dati necessaria per descrivere, matematicamente, ogni possibile variazione del genoma umano potrebbe stare su un'unità flash; è solo circa un gigabyte. Descrivere il significato di tali variazioni è un'impresa molto più ampia, che comprende decine di migliaia di articoli scientifici.

Gli scienziati coinvolti nello sviluppo di un approccio grafico affermano di aspettarsi che la loro idea vincerà, anche a costo di archiviare in profondità la mappa creata dall'originale Human Genome Project. È una cosa ridicola da fare, calpestare tutti attraverso la lente di questo genoma di riferimento, afferma Michael Schatz, ricercatore di bioinformatica presso il Cold Spring Harbor Laboratory. È stata una pietra miliare enorme avere quella prima rappresentazione del genoma, ma ora lo stiamo superando. È ora di riavviare.

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