il progetto genoma marta franceschetti. classe: v a liceo psicopedagogico momento del percorso...
TRANSCRIPT
Il progetto GENOMA
Marta Franceschetti
Classe:
Va Liceo Psicopedagogico
Momento del percorso formativo
Mod.1 – Mendel e la Genetica Classica
Mod.2 – Acidi nucleici e Sintesi delle Proteine
Mod.3 – Genetica Molecolare
Regolazione dell’espressione genica
Tecnologie del DNA ricombinante
Il progetto Genoma Umano
Obiettivi Didattici
1) Definizione, Scopi e prospettive di un Progetto Genoma
2) Fasi necessarie al sequenziamento
3) Tappe storiche del Progetto Genoma Umano
4) Era post genomica
5) Implicazioni Etiche e Politiche
Obiettivi Formativi
• Importanza della collaborazione e condivisione dei risultati scientifici
• Ogni nuova conoscenza scientifica ha implicazioni etiche e sociali
Prerequisiti:
- Struttura di DNA e RNA
- Meccanismi di Duplicazione, Trascrizione e Traduzione
- Mappatura Genetica
- Plasmidi e Virus come vettori genetici
GENOMA: Insieme delle informazioni genetiche depositate nella sequenza del DNA delle cellule.
Progetto Genoma Umano: si propone di descrivere completamente il genoma umano mediante il sequenziamento del DNA
Determinazione della sequenza lineare delle basi che lo
compongono (3.12 x109 bp)
Obiettivi del Progetto Genoma Umano:
1. Creazione di accurate mappe fisiche dei cromosomi umani
2. Sviluppo di tecnlogie di supporto e di attrezzature per la ricerca
3. Espansione delle reti di comunicazione e della capacità di
archiviazione ed elaborazione dei dati.
• Identificazione di alterazioni nella sequenza di DNA determinanti lo sviluppo di patologie umane – geni malattia.
• Comprendere le basi genetiche dell’evoluzione e del funzionamento dell’organismo umano.
Per ottenere la Sequenza del DNA:
A. Suddividere il DNA in frammenti più piccoli
B. Amplificazione dei segmenti di DNA
C. Sequenziamento vero e proprio
D. Analisi dei dati (Bioinformatica)
Suddividere il DNA in frammenti più piccoli:
• Meccanicamente
• Utilizzando Enzimi di Restrizione
Amplificazione dei plasmidi e del
segmento esogeno
Scoperti nel 1978 nei batteri come
meccanismo di difesa
dall’infezione di patogeni
Costruzione di una Genoteca – Banca Genomica
Amplificazione mediante PCR (K. Mullis 1985)
SequenziamentoMetodo di Sanger (1977)
Didesossinucleoside
Ogni nucleotide si associa ad una colorazione diversa: ddATP ddTTP ddGTP ddCTP
Consente di avere un’unica reazione ed un’unica corsia
Sequenziamento Automatico: marcatori fluorescenti rilevati da laser
Ordinamento dei segmenti per sovrapposizione di sequenza - Bioinformatica
DNA Genomico
Clonaggio in vettori per grossi inserti di DNA (YAC, BAC, PAC) e assemblaggio per zone di sovrapposizione
Subclonaggio in vettori da sequenziamento
Sequenziamento
Frammenti casuali derivanti da rottura meccanica del DNA clonati in vettori da
sequenziamento
Sequenziamento automatico
Ricostruzione computerizzata della sequenza genomica
Consorzio PubblicoApproccio Top Down
Celera GenomicsApproccio Whole Genome Shotgun
Diverso modo di procedere tra:
1985 K. Mullis inventa la PCR per amplificare frammenti di DNA.
1986 R.Dulbecco e L.Hood lanciano l'idea di sequenziare l'intero genoma Umano.
1990 Negli Stati Uniti nasce ufficialmente lo Human Genome Project (HGP), sotto la guida di James Watson. Negli anni successivi Regno Unito, Giappone, Francia, Germania, Cina si uniscono al progetto formando un consorzio pubblico internazionale. In Italia il progetto genoma nasce nel 1987 ma si interrompe nel 1995.
1992 Craig Venter lascia l'NIH. Fonda la compagnia privata Celera Genomics, portando avanti un progetto genoma parallelo.
1993 F. Collins e J. Sulston diventano direttori rispettivamente del National Human Genome Research Center negli USA e del Sanger Center in Inghilterra, i 2 principali centri coinvolti nel HGP.
2000 (Giugno) Francis Collins e Craig Venter annunciano congiuntamente di aver completato la "bozza" del genoma Umano.
2001 La bozza completa del genoma umano (che gli inglesi chiamano working draft) è pubblicata su Nature (quella del consorzio pubblico) e su Science (quella della Celera).
LE TAPPE DEL PROGETTO GENOMA
Febbraio 2001: Pubblicazione del Genoma Umano
Alla fine, tutti e 2 gli approcci sono stati utili: quello di Venter per la sua efficienza, automazione e rapidita’, quello del consorzio pubblico per ordinare esattamente le
sequenze ripetute
Dopo il sequenziamento…
Il gene umano medio
Lunghezza 17.000 coppie di basi (17 kb)17.000 coppie di basi (17 kb)
Numero di esoni 77
Lunghezza dell’esone 100-200 nucleotidi100-200 nucleotidi
Lunghezza dell’introne 200-2.000 nucleotidi200-2.000 nucleotidi
Il numero di geni stimato scende da 50.000-100.000 a circa 30.000
Progetti Ancillari – Sequenziamento del Genoma di altri organismi
H. Sapiens 3000 million bases 30,000 M. Musculus (mouse) 3000 million bases 30,000Drosophila (fruit fly) 180 million bases 13,061Arabidopsis (plant) 100 million bases 25,000C. elegans (roundworm) 97 million bases 19,099S. cerevisiae (yeast) 12.1 million bases 6,034E. coli (bacteria) 4.67 million bases 3,237
Organismo Stima dimensioni Genoma Stima n°di geni
Che cosa ci rende umani?
Inoltre il 60% delle proteine umane previste mostra similarità di sequenza con proteine presenti in altre specie (drosofila, lievito)
IPOTESI regolazione genicaefficienza di splicinginterazioni proteina-proteina
• Le sequenze altamente conservate è più probabile codifichino per
proteine funzionalmente importanti.
• Informazioni sull’evoluzione.
• Determinazione delle peculiarità umane rispetto ad altre specie.
• Studio della funzione genica in condizioni normali o patologiche indotte
in modelli sperimentali.
Utilità della Genomica Comparativa
Progetti Ancillari – Human Genome Diversity Project
• La variabilità genetica è determinata dalle mutazioni che rendono due
individui diversi.
• Il Genoma Umano nucleare di due individui è conservato per il 99,9%,
il rimanente 0,1% racchiude quelle differenze che rendono i due
individui diversi.
Ricaduta immediata: poiché le sequenze finali sono state ottenute
sovrapponendo la sequenza di individui diversi, è stato possibile indivisuare
un numero molto alto di polimorfismi di singoli nucleotidi (SNPs)
GeneFenotipo
Che cosa è cambiato? Problema: Identificazione della corrispondenza
Era Pre-GenomicaAnalisi genetica
classica
Era Post-GenomicaAnalisi genetica
inversa
• Carattere• Identificazione prodotto genico implicato• Sequenza genica putativa• Ricerca in banca dati• Isolamento del gene e sua caratterizzazione
• Sequenza di DNA• Analisi bioinformatica• Funzione putativa• Analisi Funzionale
Ma ancora…La sequenza del DNA non è sufficiente
1) Identificazione di tutti i geni (???)
2) Studio della loro espressione e funzione, in condizioni sia fisiologiche che patologiche
3) Comprensione del ruolo biologico delle sequenze intergeniche
Con la Genomica…
• Trascrittomica • Proteomica • Genomica Strutturale• Knockout studies• Terapia Genica• Test diagnostici
E’ possibile brevettare le sequenze nucleotidiche che compongono i vari geni?
•La ricerca sul genoma umano ha un valore universale e
quindi dovrebbe essere patrimonio di tutti.
• Ma l’elevato costo, sia umano sia tecnologico, può
essere sostenuto solo con la vendita delle conoscenze
acquisite.
• Brevettabilità dei geni implicati in gravi malattie
ereditarie di cui si potrebbe avere un test diagnostico.
• Determinismo genetico – Influenza ambientale
…
Nel 1999 Venter avanzò la richiesta di brevettare tutte le sequenze geniche di cui era in possesso fino a quel momento.
Il governo americano decise che non si può brevettare una sequenza, ma solo la conoscenza che si ha su di essa.
Quindi per brevettare un gene è importante conoscerne la funzione o almeno la potenziale rilevanza.
Fine