Il Secolo Del Gene

ENCODE PROJECT Il Progetto Genoma Umano continua. Dopo la mappatura dei tre miliardi di lettere che compongono il DNA, il Progetto ENCODE (ENcyclopedia of DNA Elements), un'impresa nata dalla collaborazione internazionale di oltre 80 paesi e 35 équipe di ricerca, promette una prima interpretazione della mastodontica mole di dati prodotta dai sequenziamenti genomici (i primi risultati sono stati pubblicati su Nature lo scorso giugno). Oltre 200 analisi per descrivere il comportamento del nostro codice genetico, o meglio, di una sua piccola porzione: 30 milioni di basi nucleotidiche, pari all'1%. I ricercatori sono riusciti a capire come e dove si svolgono determinate funzioni biologiche, mettendo in discussione certi dogmi e rivalutando quello che finora è stato chiamato “DNA spazzatura”, ovvero DNA non-codificante. “L'immagine tradizionale del nostro genoma come un insieme ben ordinato di geni indipendenti viene rimessa in discussione”, ha annunciato il consorzio internazionale di ricerca. Dalle analisi è risultato che il DNA spazzattura, che è la maggior parte, è trascritto in molecole di RNA (acido ribonucleico) che svolgono una funzione fondamentale per la regolazione dell’attività del DNA stesso. “I nuovi dati indicano che il genoma contiene pochissime sequenze inutilizzate”, ha dichiarato in un comunicato il consorzio e il Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare e di Bioinformatica (EMBL-EBI) che ha guidato lo studio, insieme al National Human Genome Research Institute (NHGRI), parte dei National Institutes of Health (NIH) statunitensi. In alcune di queste sequenze sono state scoperte strutture di cromatina (insiemi di geni e proteine che formano i cromosomi) sostanzialmente analoghe a quelle che si trovano in regioni attive del DNA, che producono proteine. La presenza di aree simili nel DNA di altri mammiferi suggerisce la possibilità che esista un grande insieme di elementi neutrali biochimicamente attivi che fungono da “magazzino” della selezione naturale. PROGETTO BIOSAPIENS In Europa, i luminari del settore si sono riuniti nella Rete di eccellenza denominata “BioSapiens”, nell'ambito dell'aria tematica «Scienze della vita, genomica e biotecnologia per la salute» del Sesto programma quadro. Finora, uno dei principali risultati del progetto è stato lo sviluppo di nuovi strumenti di bioinformatica e la loro integrazione nei sistemi esistenti di gestione dei dati biologici, che sono stati testati e convalidati da scienziati di tutto il mondo nell'ambito del progetto internazionale ENCODE. «I nostri risultati evidenziano principi importanti nell'organizzazione di elementi funzionali del genoma umano, fornendo nuove prospettive su tutto, dalla trascrizione del DNA all'evoluzione dei mammiferi», ha commentato il partner del progetto BioSapiens Ewan Birney, del Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare, che ha diretto i lavori di analisi dei dati.

Il progetto BioSapiens durerà ancora un anno e in questo periodo i ricercatori prevedono di perfezionare i loro strumenti per la prossima fase del progetto ENCODE, che comporta l'annotazione del restante 99% del genoma umano. Il progetto BioSapiens non è tuttavia ristretto alle attività di ricerca, esso prevede anche una componente formativa. «Vi è un'esigenza reale di una formazione in bioinformatica», ha spiegato il professore Alfonso Valencia del Centro nazionale spagnolo per la ricerca sul cancro e coordinatore di contatto di BioSapiens. Esiste già una lista d'attesa per i corsi, che introducono i partecipanti ai concetti di base della bioinformatica e li istruiscono sull'uso degli strumenti disponibili nella loro ricerca. Il dottor Frederick Marcus, funzionario competente per il progetto presso la Commissione Europea, ha dichiarato che “la ricerca bioinformatica rimarrà una questione prioritaria per la Commissione nell'ambito del

Settimo programma quadro (7 PQ) essendo una parte assolutamente essenziale della ricerca in materia di salute”.

Progetto BioSapiens per svelare i segreti del genoma umano 05 dicembre 2007 DESERTI GENETICI Secondo uno studio di ricercatori della School of Medicine della Stanford University e della University of California di Santa Cruz, gran parte del DNA non-codificante umano controlla in realtà l'espressione genica (i risultati dello studio sono apparsi lo scorso aprile sull'edizione online dei Proceedings of the National Academy of Sciences). Gill Bejerano, assistente professore of Biologia dello Sviluppo e di Computer Science alla Stanford University, ha scoperto che più di 10.000 frammenti di geni quasi identici “punteggiano” i cromosomi umani. Molti di questi frammenti si trovano in zone cromosomiche espanse prive di geni che i genetisti chiamano “deserti genetici”. Queste sezioni sono però piene di frammenti di DNA utili, inclusi quelli descritti da Bejerano e di suoi colleghi, che preferiscono chiamarle “giungle regolatorie”. In particolare, i ricercatori hanno trovato queste sequenze abbondanti vicino a geni che aiutano le cellule a rimanere attaccate. Geni che giocano un ruolo cruciale nella fase di cescita e sviluppo degli organismi animali, perché aiutano le cellule a migrare verso la corretta posizione per formare organi e tessuti. Le 10.402 sequenze studiate dal gruppo di Bejerano, in collaborazione con quello di David Haussler, professore di Ingegneria Molecolare alla University of California di Santa Cruz, sono resti di pezzi di DNA chiamati “trasposoni”, elementi presenti nei cromosomi capaci di duplicarsi e spostarsi da una posizione all'altra del genoma. Secondo Bejerano, quando un trasposone finisce in una regione dove non è necessario, lentamente accumula mutazioni finché non ritorna alla sua sequenza originale, e infatti il genoma è pieno di questi trasposoni decadenti; quando invece viene a trovarsi in una zona dove risulta utile, rimane stabile, influenzando l'attività dei geni più vicini. L'idea che i trasposoni svolgano un ruolo attivo nella regolazione genica era stata avanzata, per la prima volta, nel 1956, dal premio Nobel Barbara McClintock, che per prima scoprì i trasposoni.

Mysterious Snippets Of DNA Withstand Eons Of Evolution ScienceDaily 07 ottobre 2008 SPAZZATURA EVOLUTIVA Secondo uno studio condotto da Peter Andolfatto, un biologo dell'Università della California di San Diego (pubblicato sul numero del 20 ottobre scorso di Nature), il DNA spazzatura riveste un'importanza fondamentale anche in chiave evolutiva, dato che queste regioni noncodificanti svolgono un ruolo importante nel mantenimento dell'integrità genetica di un organismo. “Il sequenziamento del genoma completo dell'uomo, del moscerino, dei nematodi e delle piante”, ha spiegato il ricercatore, “ha rivelato che in tutte queste specie il numero di geni codificanti è molto più simile del previsto. Mentre, curiosamente, le maggiori differenze funzionali sembrano essere legate proprio al DNA spazzatura”. Usando un approccio rivolto alla popolazione genetica invece che al singolo genoma, sviluppato di recente, Andolfatto ha dimostrato che le regioni di DNA spazzatura - che nel moscerino ammontano a circa l'80% del genoma totale - evolvono più lentamente di quelle del DNA codificante, a causa, si suppone, delle pressioni della selezione naturale. “Sembrano resistere all'acquisizione di nuove mutazioni”, dice ancora Andolfatto.

Dunque, il confronto delle sequenze genomiche di specie così diverse suggeriscono l'ipotesi che all'origine delle differenze evolutive fra gli esseri umani e i loro parenti più prossimi possano esserci proprio le regioni non codificanti. “I miei risultati”, dice Andolfatto, “supportano l'idea che le differenze adattive tra le specie siano dovute più ai cambiamenti della regolazione genica che non all'evoluzione proteica”. E dunque anche all'attività del DNA spazzatura.

UCSD Study Shows 'Junk' DNA Has Evolutionary Importance ScienceDaily 20 ottobre 2005 IL SECOLO DEL GENE “Il Secolo del Gene” (Garzanti, 2001), della storica e filosofa della scienza Evelyn Fox Keller, analizza il “Progetto Genoma” criticando radicalmente il riduzionismo genetico: “Il primato del gene quale concetto fondamentale per spiegare struttura e funzione biologica appartiene ormai al secolo scorso”, scrive la Keller. Mentre i geni vengono brevettati a ritmo crescente, mentre i media ci deliziano quasi quotidianamente con la scoperta dei geni “dell'alcolismo” o “dell'omosessualità” (ultimi arrivati sono il gene della sterilità e quello dell'autismo, ndr), la Keller scommette che il maggior successo del Progetto Genoma, e di tutti i suoi derivati, sarà quello di accelerare la sepoltura del concetto di gene: “Oggi siamo in uno di quei momenti preziosi in cui il successo insegna l'umiltà [...] Per quasi cinquant'anni ci siamo illusi che la scoperta delle basi molecolari dell'informazione genetica avrebbe svelato 'il segreto della vita', che bastasse decodificare il messaggio nella sequenza dei nucleotidi per capire 'il programma' che fa di un organismo quello che è”. In effetti, i risultati delle ricerche genetiche stanno sgretolando il paradigma del riduzionismo genetico. Il Nobel Walter Gilbert diceva che il nostro genoma può entrare in un compact disc, e che il contenuto di quel cd corrisponde ad un essere umano. Francis Crick, uno dei due scopritori del DNA, disse, sbrigativamente: “il DNA fa l'RNA, l'RNA fa le proteine e le proteine fanno noi”. Per non parlare del “gene egoista” di Dawkins, secondo cui “i geni sono le unità base dell'egoismo”. Ci si è resi conto che le cose sono molto più complesse: un gene può essere coinvolto nella sintesi di molte proteine (a volte decine, o persino centinaia), una proteina, viceversa, può avere a che fare con più geni, e un certo frammento di DNA può venire riorganizzato e trascritto in molte maniere diverse. Non solo. I geni non segnano il destino di un organismo, perché la loro attività dipende fortemente dalle relazioni con l'ambiente esterno. In certi casi (nei batteri, per esempio, come quelli che vivono nell'organismo umano), persino le mutazioni sembrano aumentare in risposta a stress ambientali. Insomma, si è capito che il genoma è un tutto fluido, dinamico, complesso, intelligente, che non può essere ridotto a mero determinismo; che il DNA spazzatura non è affatto da buttare nel secchio; che i geni non sono affatto egoisti; che la genomica non è sufficiente a dare delle risposte senza la metagenomica (lo studio delle relazioni tra genomi); che l'evoluzione è un processo sistemico. Già quindici anni fa, uno storico della biologia come Richard Burlan diceva: “la struttura del DNA è un dato di fatto, ma nessun dato di fatto ci dice cosa sia un gene”. Secondo il biologo Peter Portin, “il vecchio termine di gene, essenziale in una precedente fase di analisi, è diventato inutile”. Il genetista William Gelbart ha decretato: “i geni hanno fatto il loro tempo, non sono più oggetti materiali, ma meri concetti che hanno accumulato molta zavorra storica”. La Keller, dunque, proprio nel momento in cui il gene, nell'immaginario mediatico, diventava icona, mito, la parola del “linguaggio di Dio”, ha auto il coraggio di dire che era giunto il momento di sbarazzarsene. Anche se, “è improbabile”, scrive, “che i biologi smettano di parlarne nei prossimi anni”. Perché il gene “è una comoda stenografia per gli scienziati”. E perché “è uno strumento di persuasione indubbiamente efficace,

non solo per promuovere programmi di ricerca e ottenere finanziamenti, ma anche e forse soprattutto per vantare i prodotti di un'industria biotech in rapida espansione”. La graduale demolizione del determinismo genetico che lo stesso Progetto Genoma ha innescato, ha comunque segnato l'inizio di una nuova era post-genomica. Il secolo del gene, in questo senso, è finito. APPENDICE 1900 - Riscoperta delle leggi della trasmissione ereditaria dei caratteri, che Mendel aveva pubblicato nel 1865 e che avevano come assunto l'esistenza di fattori discreti - “elementen” - i geni, che determinano i caratteri e che si trasmettono da una generazione all'altra. 1902 - Walter S. Sutton ipotizza che i fattori mendeliani, i geni, siano localizzati sui cromosomi. Archibald Garrod dimostra l'ereditarietà mendeliana di alcuni disturbi metabolici, che attribuisce a errori innati e che lo portano a ipotizzare che i fattori mendeliani controllino le reazioni biochimiche. 1910-1911 - Thomas Hunt Morgan inizia a mappare i geni dei cromosomi del moscerino della frutta Drosophila melanogaster sulla base del principio che quando due geni sono vicini sul cromosoma possono essere ereditati insieme: attraverso il confronto tra l'ereditarietà delle regioni cromosomiche e quella dei caratteri o delle malattie genetiche specifiche si possono localizzare i geni e costruire delle mappe di associazione genetica. 1944 - Oswald T. Avery Colin MacLeod e Maclyn McCarty stabiliscono che il DNA è il materiale ereditario. 1953 - James Watson e Francis Crick propongono la struttura a doppia elica per il DNA, che prevede l'accoppiamento complementare tra le 4 basi nucleotidiche A:T; G:C. 1956 - Viene stabilito che il patrimonio cromosomico completo dell'uomo è di 46 cromosomi. 1961-1966 - Viene decifrato il codice genetico, ovvero stabilito il rapporto tra le 64 triplette possibili a partire dalle 4 basi nucleotidiche del DNA, e i 20 aminoacidi che formano le proteine. 1967 - Mary Weiss e Howard Green introducono la tecnica dell'ibridazione delle cellule somatiche che rende più agevole la mappatura dei geni umani. 1972 - Paul Berg costruisce la prima molecola DNA ricombinante in vitro utilizzando gli enzimi di restrizione. Vengono realizzati con successo i primi esperimenti di clonazione del DNA. 1973 - Stanley Cohen, Annie Chang e Herbert Boyer costruiscono il primo batterio ricombinante. Si tiene la prima conferenza sulla mappatura dei geni umani. 1974 - Cohen e Boyer ottengono l'espressione di un gene estraneo trapiantato in un batterio con la tecnica del DNA ricombinante. 1975 - Si tiene la conferenza di Asilomar che propone una moratoria sugli esperimenti con il DNA ricombinante in assenza di linee guida per la sicurezza delle manipolazioni genetiche. 1977 - Per la prima volta un gene umano viene ricombinato e inserito in un batterio per clonare una proteina, la somatostatina. Fred Sanger, già premio Nobel come inventore del metodo per sequenziare le proteine, sviluppa un metodo nuovo ed efficiente per sequenziare il DNA (contemporaneamente Walter Gilbert e Allan Maxam inventano un metodo analogo). 1978 - Boyer costruisce una versione sintetica del gene dell'insulina e lo inserisce in un batterio. La Genentech, fondata nel 1976 dallo stesso Boyer insieme a Swanson, otterrà il permesso di commercializzare l'insulina prodotta mediante ingegneria genetica nel 1982 e quindi il brevetto. 1978-1980 - Vengono sviluppate nuove tecniche basate sull'ibridazione molecolare e l'utilizzazione come marcatori delle variazioni individuali del DNA per mappare fisicamente i geni e le sequenze geniche sui

cromosomi. Grazie alle nuove tecniche e alla collaborazione internazionale tra i mappatori, i geni mappati passano da 579 nel 1981 a 1.879 nel 1991: tra questi vengono mappati il gene della corea di Huntington (1983), il gene per la distrofia muscolare (1987) e il gene per la fibrosi cistica (1989). 1980 - Viene concesso il primo brevetto su una forma di vita geneticamente modificata, un microrganismo che si nutre di petrolio. Kary Mullis inventa la tecnica della PCR che consente di moltiplicare in vitro le sequenze di DNA. 1981 - Viene prodotto il primo animale transgenico. 1983 - Viene inventato il primo sequenziatore automatico. 1986 - Viene proposto da diversi biologi molecolari, tra cui Renato Dulbecco, di sequenziare completamente il genoma umano. 1988 - Viene concesso il brevetto per un topo transgenico altamente suscettibile al tumore del seno. 1989 - Viene creato il National Center for Human Genome Research (NCHGR), guidato da James Watson per mappare e sequenziare tutto il DNA umano entro il 2005 con un costo di 3 miliardi di dollari. Il progetto viene formalmente varato il 1° ottobre 1990. 1992 - Craig Venter crea l'Institute for Genomics Research. 1993 - Francis Collins assume la direzione del National Human Genome Research Institute (ex NCHGR). 1995 - Viene pubblicata la prima sequenza completa del genoma di un organismo vivente diverso da un virus, il batterio Haemophilus influenzae. Il risultato è stato ottenuto da Craig Venter applicando una nuova tecnica - “whole genome shotgun” - che consiste nel frammentare l'intero genoma, sequenziare automaticamente i pezzi e quindi ricostruirne l'ordine attraverso potenti algoritmi di calcolo. Viene inventata da James Sikela una nuova tecnica per mappare i geni, una specie di codice a barre, che consiste di sequenze definite e uniche tali per cui possono essere facilmente localizzate sui cromosomi insieme al gene da cui sono state prodotte. 1996 - Viene riportato il sequenziamento completo del primo organismo complesso, il lievito Saccharomyces cerevisiae. 1997 - Viene costruito il primo cromosoma umano artificiale e annunciata la clonazione di un mammifero, Dolly. 1998 - Viene pubblicata una prima bozza della mappa del genoma umano, che mostra la localizzazione di più di 30.000 geni. Viene pubblicata la sequenza completa del primo genoma di un animale, il verme Caenorhabditis elegans. Venter e la Perkin Elmer Corporation fondano la Celera Genomics con l'intento di sequenziare tutto il genoma umano in tre anni con il metodo whole genome shotgun. 2000 - Viene pubblicata la sequenza completa del genoma di Drosophila melanogaster e viene annunciato dalla Celera Genomics il sequenziamento di tutte le basi nucleotidiche del DNA umano con il metodo whole genome shotgun. (Pubblicato su Ecplanet 06-12-2007) biosapiens European Bioinformatics Institute Stanford University Medical Center National Human Genome Research Institute The ENCODE Project: ENCyclopedia Of DNA Elements (ENCODE)

DISCRIMINAZIONE GENETICA IL GENOMA MANCANTE Dna Spazzatura Pseudo Genetica THE PROTEIN GRID REGOLAZIONE GENETICA Metagenomica IL DNA E’ MOBILE EVOLUZIONE SISTEMICA EVOLUZIONE SISTEMICA 2 EVOLUZIONE SISTEMICA 3 PROGETTO 1.000 GENOMI

BIOLOGIA SINTETICA INVASIONE MOLECOLARE MERCANTI DI IMMORTALITA’ IL NOSTRO FUTURO POSTUMANO

VIAGGIO ALLUCINANTE IL PROMETEO POSTMODERNO NATURA Vs. CULTURA