La comprensione del genoma umano ha fatto un salto in avanti, grazie a due studi recenti pubblicati su Nature che offrono l’immagine più dettagliata dei nostri geni e delle varianti genetiche. Ventidue anni dopo il primo sequenziamento umano completo e dieci anni dopo il progetto dei 1000 genomi, questi nuovi lavori aggiornano e ampliano le conoscenze, svelando milioni di mutazioni e cambiamenti nel Dna umano, anche nelle regioni più difficili da leggere. Questi dati porteranno benefici alla ricerca genetica e alla diagnostica medica, soprattutto per malattie rare e tumori.
Il contesto storico e l’evoluzione delle tecnologie di sequenziamento
La prima mappa completa del genoma umano risale al 2003, frutto del progetto Human Genome Project, che analizzò il Dna di pochi individui. Dieci anni fa, il 1000 Genomes Project portò avanti quel lavoro sequenziando il codice genetico di oltre 2500 persone da varie popolazioni. Fino a pochi anni fa, il sequenziamento del Dna si basava su letture di brevi segmenti, chiamate short-read, che permettevano di analizzare solo frammenti limitati del patrimonio genetico. Questi metodi lasciavano però molte zone del genoma poco esplorate, soprattutto le regioni ripetitive e complesse.
Le tecnologie long-read e il loro impatto
Nell’ultimo lustro, la tecnologia long-read ha rivoluzionato il campo, consentendo di leggere sequenze molto più lunghe di Dna in un unico passaggio. Ciò ha reso possibile ricostruire interi cromosomi e rilevare varianti strutturali, cioè grandi cambiamenti nel Dna come spostamenti, duplicazioni o cancellazioni di tratti. Questi avanzamenti hanno dato il via a una nuova fase della genomica, focalizzata sulla piena mappatura della diversità genetica umana.
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L’analisi di 1019 genomi e la scoperta di varianti fino a oggi nascoste
Il primo degli studi ha rivisito i dati di 1019 persone provenienti da 26 gruppi etnici distribuiti su cinque continenti, riutilizzando i campioni del progetto 1000 Genomi con le tecniche long-read. Sono state identificate più di 167mila varianti strutturali, raddoppiando le mutazioni scoperte in precedenza. Ogni individuo presentava cambiamenti che coinvolgevano in media circa 7,5 milioni di lettere di Dna. Questi risultati aprono la strada a una vista più completa e meno parziale del genoma umano, perché finora la ricerca si era concentrata soprattutto su popolazioni di origine europea.
Gli scienziati hanno scoperto che molte varianti riguardano regioni ripetitive del genoma, zone finora considerate difficili o inutili da analizzare, ma che giocano ruoli chiave nella diversità genetica e nell’insorgenza di malattie. Quasi il 60% delle mutazioni individuate risultano estremamente rare, presenti in meno dell’1% delle persone analizzate. Questa rarità le rende importanti per la diagnosi di malattie genetiche, poiché aiuta a distinguere tra varianti innocue e potenzialmente dannose. Lo studio ha inoltre individuato come i “geni saltanti” o trasposoni contribuiscano a spostare tratti di Dna, creando nuove varianti.
Approfondimento su 65 genomi per una mappatura cromosomica senza precedenti
Il secondo studio ha preso in esame un numero limitato di genomi, appena 65, ma li ha esaminati con un livello di dettaglio molto più elevato, sfruttando differenti metodi di sequenziamento combinati. Questa tecnica ha permesso di ricostruire quasi completamente i cromosomi, compresi i centromeri, cioè le zone di congiunzione tra le due braccia del cromosoma, da sempre difficili da leggere.
Dettagli sulle scoperte cromosomiche
Grazie a quest’approccio, sono state scoperte grandi varianti genetiche in regioni del genoma che il primo studio e altre ricerche precedenti non avevano potuto esplorare. Questo lavoro consente di ampliare la conoscenza sulle parti più complicate del Dna umano, fornendo nuove informazioni sulle strutture molecolari che regolano la genetica individuale.
Collaborazione internazionale e impatto sulle ricerche future
I due studi uniscono due strategie: una ampia per numero di soggetti sequenziati, una più intensa per la precisione delle sequenze ottenute. Gli algoritmi sviluppati per elaborare questi dati hanno consentito di affrontare il genoma sia in profondità che in estensione. Questa doppia prospettiva arricchisce la conoscenza della variabilità genetica umana e sostiene la medicina di precisione.
Il lavoro è nato da una collaborazione tra istituti europei, come il Molecular Biology Laboratory di Heidelberg, l’Università Heinrich Heine di Düsseldorf, il Centre for Genomic Regulation di Barcellona e l’Institute of Molecular Pathology di Vienna, con il coinvolgimento di gruppi americani. I dati raccolti saranno disponibili ai ricercatori nel mondo per studiare meglio l’origine delle malattie e la diversità del nostro patrimonio genetico.
Con questi due contributi scientifici si compie un passo decisivo verso la costruzione di un atlante globale del genoma umano – il pangenoma – capace di dettagliare tutte le varianti conosciute e meno conosciute presenti nella specie. Sarà una base preziosa per migliorare la diagnosi, la prevenzione e il trattamento personalizzato di molte patologie.