Il Genoma Umano e La Bioinformatica. Marin Vargas, Sergio Paul

Transcript

1 Il Genoma Umano e La Bioinformatica Marin Vargas, Sergio Paul Gennaio 2014

2 L'acido desossiribonucleico o deossiribonucleico (DNA), che si trova nel nucleo della cellula, è un acido nucleico che contiene le informazioni genetiche necessarie alla biosintesi di RNA e proteine, molecole indispensabili per lo sviluppo ed il corretto funzionamento della maggior parte degli organismi viventi. Nel 1859CharlesDarwin pubblicò la sua teoria sull'evoluzione delle specie nel libro L'origine delle specie. Nel 1865 Gregor Mendel, ipotizzò le Leggi dell'ereditarietà. Nel 1869 il biochimico svizzero Friedrich Miescher, isolo per la prima volta la molecola di DNA. Nel 1953 James Watson e Francis Crick presentarono, sulla rivista Nature, il primo modello accurato della struttura del DNA a doppia elica. (Utilizzarono parte del lavoro di Rosalind Franklin). Nel1962JamesWatson,FrancisCricke Maurice Wilkins vinsero il Premio Nobel per la medicina.

3 Tra il 1959 e il 1966 Marshall Warren Nirenberg (biochimico statunitense), interpretò il ruolo del DNA/RNA nella sintesi proteica svelando il codice genetico. Nel 1968, tali studi gli valsero il Premio Nobel insieme a Robert Holley ed Har Gobind Khorana.

4 Frederick Sanger è stato il primo a determinare una sequenza proteica completa di una proteina, determino la sequenza degli aminoacidi dell'insulina. Questo gli feceguadagnareilsuoprimopremionobelperlachimicanel1958. Nel 1975, sviluppò il metodo della terminazione della catena per il sequenziamento del DNA, conosciuto poi come metodo Sanger. Nel 1977, usò questa tecnica per sequenziare con successo il genoma del virus Phage Φ-X174, questo fu il primo genoma sequenziato completamente. Nel1980vinceilsuosecondoNobel,perilmetododisequenziamentodelDNA.

5 Nei primi anni 80, Renato Dulbecco, premio Nobel per la medicina del 1975, esortò alla comunità scientifica affermando che se si voleva capire il cancro bisognava sequenziare tutto il genoma umano. Il progetto genoma umano cominciò all incirca l anno 1988, inizialmente guidato da James Watson(National Center for Human Genome Research) e poi da Francis Collins. Oltre agli USA, il consorzio internazionale (Human Genome project o HGP) era formato anche da genetisti del Regno Unito, della Francia, della Germania, del Giappone, della Cina e dell'india. Ilcostodelprogettofuipotizzatoin1dollaroabasee15annidilavoropiùdi3miliardididollari!!! Nel 1998, Craig Venter fondò la Celera Genomics, sfidando la velocità del progetto genoma umano. Nel 2000 fu annunciato il completamento del progetto, finendo in un sostanziale pareggio tra l HGP e la Celera Genomics di Venter(anche se realmente il genoma è stato completato nel 2003).

6 Nel 2003 si completo il sequenziamento del genoma del Human Genome Project, composto da una mescolanzadi6individui(dellacittàdibuffalo),alcostodi3miliardididollarie15annidilavoro. Nel 2002 è stato completato il sequenziamento del genoma del topo. Nel 2003 la Celera Genomics completo il sequenziamento di Craig Venter, la prima persona con il genoma completamente sequenziato a un costo di 30 milioni di dollari. A fine del 2005 cominciò il progetto"jim", della società 454 Life Sciences, con una nuova tecnologia fusequenziatoilgenomadijameswatson,completatonel2008auncostodi1milionedidollari. Nel2010ilcostodelsequenziamentodiuninterogenomaèscesoa qualchemigliaia didollariepochi mesi di lavoro. Oggi(fine2013)ilcostoèdicirca4.000dollarie10giornidilavoro. Siipotizzachenel2015siarriveràauncostodi1.000dollarieamenodiunasettimanadilavoro.

7 Clone-by-Clone sequencing(sanger)

8 Whole-genome shotgun sequencing(sanger)

9

10 Pyrosequencing(derivato dal metodo Sanger)

11

12

13

14 Con l enorme quantità di dati ottenuti tramite il sequenziamento ad alto rendimento del DNA è nata la Bioinformatica del DNA. James Watson: I bioinformatici sono dei matematici cioè persone brave con i numeri, le quali possono trovare nuovi modi di analizzare le molecole del DNA. Adesso il fattore limitante non sonno le macchine ma le persone, queste persone (i Bioinformatici) devono essere in grado di analizzare ed interpretare il DNA. Attualmente siamo alla versione hg19 (human genome 19) del genoma umano e sono a disposizione migliaia di terabyte di dati da analizzare(non solo da umano).