Conosci il tuo DNA

Il Libro dell Anno 2012

Gilberto Corbellini

Conosci il tuo DNA

In meno di dieci anni si è passati dal completamento del Progetto Genoma Umano a sequenziamenti sempre più rapidi e meno costosi. La finalità principale è lo sviluppo della farmacogenomica.

In Italia è ora possibile far sequenziare il proprio genoma, senza dover ricorrere a qualche società privata straniera. A quasi dieci anni dall’annuncio del completamento del Progetto Genoma Umano (2003), cinque anni dopo la pubblicazione delle prime sequenze complete di genomi personali, quelli di James D. Watson e di J. Craig Venter, e due anni dopo la pubblicazione del primo studio clinico, sul New England Journal of Medicine, che utilizzava i dati del sequenziamento di un genoma individuale, l’Unità di funzione del genoma del Centro di genomica traslazionale e bioinformatica del San Raffaele di Milano annuncia di disporre della tecnologia più avanzata per identificare rapidamente, cioè in pochi giorni, l’intero genoma di una persona.

Si tratta di macchine prodotte dalla ditta Illumina Inc., che sequenziano il DNA in modo automatico, e di potentissimi calcolatori che affidati a uno staff di bioinformatici, matematici, genetisti e clinici sono in grado di estrarre dai dati biochimici informazioni di interesse biologico e/o medico. Il centro milanese di ricerca genomica può sequenziare con buona definizione un genoma individuale al prezzo di circa 8000 euro. Niente, se si considera che il Progetto Genoma Umano costò tre miliardi di dollari, che sequenziare il genoma di Watson costò circa un milione di dollari, e che ancora nel 2011 se ne pagavano circa 60.000.

Il prezzo minimo, all’inizio del 2012, lo offre proprio Illumina Inc. a medici e ricercatori: 4000 dollari. Si stima che entro un anno o al massimo due, sequenziare un genoma costerà circa 1000 dollari. Nel frattempo, l’Archon X Prize Genomics, che nel 2006 aveva stanziato un premio di dieci milioni di dollari per il team che fosse riuscito a sequenziare 100 genomi in meno di dieci giorni al costo di 10.000 dollari a genoma, ha rilanciato il 4 ottobre 2011 un nuovo premio, sempre di dieci milioni di dollari, per il team che entro fine febbraio 2013 riuscirà a sequenziare 100 genomi, in meno di 30 giorni, al 98% completi, al prezzo massimo di 1000 dollari. I 100 genomi saranno donati da centenari, con l’obiettivo quindi di scoprire anche qualche segreto riguardo la longevità.

Ma in tutta questa eccitazione competitiva concentrata su costi e velocità, che si può dire sull’utilità di far sequenziare il proprio genoma? Al di là della moda o delle curiosità prosopografiche o genealogiche – ovvero se si è curiosi di sapere se si è discendenti di Gengiz Khan o della sua famiglia – che cosa si può sapere sui rischi di ammalarsi o di andare incontro a effetti indesiderati se si assume qualche particolare farmaco? In realtà, poco. Qualcuno ha provato a farsi sequenziare il genoma da società diverse (Navigenics, 23andMe, DeCode o Knowme) e ognuna ha fornito risultati diversi.

Questo perché le varianti usate per predire i rischi di malattia o le predisposizioni, gli SNP, sono scarsamente predittivi.

Del resto, per le varianti medicalmente utili sono già disponibili i test genetici o farmacogenomici, e la Food and Drug Administration tiene una lista aggiornata dei farmaci che vanno somministrati con test farmacogenomici perché la loro efficacia o rischiosità dipende dal profilo genetico individuale.

Al momento sono 110. Ora, bisogna pensare che le malattie ereditarie causate da mutazioni in un singolo gene sono circa 4000, e sono solo il 2-3% di tutte le malattie. Le restanti, che sono anche le più comuni, hanno tutte più o meno una base genetica, ma sono multifattoriali e dipendono dall’interazione tra un numero variabile di geni tra loro e con l’ambiente. Per questo sono dette ‘malattie complesse’ e l’obiettivo della ricerca è di esaminarle nelle diverse componenti causali.

I dati sui genomi individuali sono fondamentali. Ma per il momento si stima che una riduzione di oltre il 50% dell’impatto sanitario dovuto a malattie come diabete, infarto, ictus e cancro del colon-retto possa essere ottenuta modificando lo stile di vita. La possibilità di ricavare informazioni utili dai genomi individuali dipenderà dalla disponibilità di un numero significativo di dati sulla variabilità individuale. Cosa che sta facendo, dal 2008 ‘The 1000 Genomes Project’, che ha sequenziato 1000 genomi individuali anonimi con lo scopo di studiare la variabilità genetica in rapporto ai profili fenotipici. Ma soprattutto dipenderà dall’opportunità di correlare dati genetici e biografici, senza anonimizzare. È l’obiettivo, quest’ultimo, del ‘Personal Genome Project’, lanciato dal genetista di Harvard George Church (v. pag. 402), che parte dal presupposto che i dati genetici non sono qualcosa di eccezionale, cioè da proteggere più di qualsiasi altra informazione, e che solo se saranno trattati come ogni altra informazione clinica sarà possibile disporre di un sufficiente numero di casi per collegare i profili genetici con le storie personali, in modo da esaminare le componenti genetiche e ambientali delle malattie complesse e quindi disporre di informazioni davvero utili per dare un senso ai dati genomici individuali.

Uno sguardo alle tecnologie

Sono numerose le metodiche di cui la genomica si avvale: negli ultimi anni una tecnologia molto promettente è quella dei microarray o biochips: supporti di plastica o di vetro, sui quali vengono fissati, su linee parallele, gli acidi nucleici capaci di riconoscere e legarsi con molecole complementari. La lettura del microarray avviene mediante uno scanner che misura la fluorescenza prodottasi in seguito all’interazione con molecole target. Vengono poi utilizzati specifici programmi bioinformatici per l’analisi dei dati, che rendono possibile la valutazione di qualsiasi tipo di fenomeno vitale con una velocità e una precisione mai raggiunte in precedenza: si possono infatti analizzare circa 54.000 geni contemporaneamente e quindi ottenere un’informazione globale di tutto il genoma in un tempo relativamente breve.

Gengiz Khan: un avo prolifico

Uno studio pubblicato da alcuni genetisti inglesi qualche anno fa ipotizza che il grande condottiero mongolo Genghiz khan (regno 1206-1227) possa essere stato l’uomo con il maggior numero di discendenti: ve ne sarebbero attualmente nel mondo almeno 16 milioni. La supposizione nasce dal fatto che i ricercatori hanno riscontrato la presenza di un certo tipo di cromosoma Y in popolazioni residenti nelle regioni geografiche che all'epoca costituivano i confini geografici dell’impero mongolo. Queste le loro argomentazioni: il cromosoma Y viene direttamente trasferito da padre in figlio, praticamente invariato attraverso le generazioni, fatte salve le mutazioni casuali. Queste mutazioni casuali, una volta identificate, possono essere tracciate fino al momento in cui sono comparse per la prima volta, definendo un’unica linea di discendenza: in questo particolare caso, è stato riscontrato che la linea di discendenza si è originata circa 1000 anni fa, proprio all’epoca di Genghiz khan.

Non è dunque azzardato concludere, come fanno gli autori dello studio, che solo lui, a quell’epoca, si trovasse in una posizione così privilegiata da poter essere il vertice di cotanta discendenza, grazie ai numerosi figli avuti da mogli e concubine, come tramandano le fonti.

I polimorfismi a singolo nucleotide (SNP)

Variazioni in un singolo sito nel DNA rappresentano le alterazioni genomiche più frequenti. Per esempio, nel genoma umano si stima la presenza di 5410 milioni di SNP. Poiché gli SNP sono molto conservati nel corso dell’evoluzione e all’interno della popolazione, essi possono essere utilizzati come perfetti marcatori genotipici. Attualmente, nelle banche dati pubbliche sono registrati più di due milioni di SNP con frequenze alleliche note. Individuare queste variazioni è molto utile perché è possibile associarle con la suscettibilità a malattie genetiche oppure con l’efficacia della risposta a farmaci dei singoli individui. Questo tipo di studi ora è in grande espansione e, analizzando i polimorfismi della popolazione, i medici sperano di poter compiere scelte terapeutiche su misura per il singolo paziente.

Le parole

■    Farmacogenomica

Tra i settori della genomica con maggiore potenziale a livello clinico c'è la farmacogenomica che è un’applicazione delle tecniche e dei metodi della genomica allo scopo di individuare i geni associati a specifici fenomeni patologici, di scoprire e realizzare farmaci e di indagare le cause della diversa risposta a essi in funzione della variabilità genetica individuale.

■    Genomica

La genomica è una branca della genetica che studia la caratterizzazione molecolare e l’espressione di interi genomi. Il termine è stato coniato alla fine degli anni Novanta del secolo scorso e in esso si compendiano i nuovi campi della genetica nati dal progetto di sequenziamento del genoma umano. Si distinguono una genomica strutturale, che mira a identificare l’insieme dei geni in un genoma, e una genomica funzionale, che intende invece analizzare le modalità di espressione dei geni e le loro interazioni.

■    Proteomica

Complementare alla genomica è la proteomica: questa branca della biologia analizza, anziché i geni, i loro prodotti, ossia le proteine, ed è finalizzata a confermare i risultati che vengono ottenuti dall’analisi dell’espressione genica e ad attribuire un ruolo funzionale ai geni, e quindi alle proteine, identificati.