L enigma del XXI secolo: decifrare il codice della vita

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1 L enigma del XXI secolo: decifrare il codice della vita David Horner Dipar9mento di Bioscienze Università degli Studi di Milano Via Celoria 26 Milano

2 Regola di Chargaff %A = %T %G = %C James Watson - Francis Crick 1953: La struttura del DNA

3 Il Dogma Centrale

4 Il Codice Gene9co la Stele di RoseSa della biologia molecolare

5 Gene9ca Molecolare ( ) Flusso dell informazione gene9ca Studi fini della regolazione di alcuni geni in sistemi modello (Uomo, Topo, E.coli, Lievito, Arabidopsis etc) Sequenziamento completo di alcuni genomi piccoli (virus/plasmidi)

6

7 Sequenziamento Sanger 1 esperimento, 3 giorni, c basi

8 Genomi plasmidi virus baseri piante alghe Inse` funghi molluschi pesci anfibi re9li uccelli mammiferi

9 Sequenziamento Sanger Automa9zzato 1 esperimento, 1 giorno, c basi

10 Genomi plasmidi virus baseri piante alghe Inse` funghi molluschi pesci anfibi re9li uccelli mammiferi

11 Febbriao 2001 (HGMP 2.7 miliardi di dollari)

12 Genomica Comparata Il sequenziamento del genoma umano è stata una pietra miliare della ricerca biologica. Ma I risulta9 furono stupefacen9: 1) Numero di geni (molto) minore dell aseso (22000) 2) Tanto DNA ripetuto di funzione ignota 3) I geni stessi sono piu complessi dell aseso Per sfrusare la sequenza per fini biomedici è necessario confrontarla con genomi di altri individui e correlare le differenze gene9che con le differenze feno9piche. Dobbiamo sequenziare tan9 genomi umani (COSTOSISSIMO!)

13 Costo di sequenziamento (per milione di basi)

14 Sequenziamento Solexa/Illumina

15 Source:

16

17 PCR a ponte

18

19

20 Sequence Colonies

21 Sequenziamento Next Genera9on 600 Gb output per experiment (4-7 days) (6 million reads of length 100nt)

22 Da 2008

23

24 Per decifrare l enigma, ci voleva. Da9 grezzi Un computer potente Un genio

25 Sinclair ZX- 81

26 Sequenziamento Next Genera9on 600 Gb output per run (6 million reads of length 100nt) Sono un bioinforma9co, faccio questo Un computer potente Un genio

27 GWAS (Carbamazepine allergia)

28 Biologo (Odia la statistica e i computer) biochemistry biophysics evolu)on genomics gene)cs molecular biology Bioinforma)ca Informa/co (non capisce la sta9s9ca o la biologia) numerical analysis algorithmics data management image analysis mathema)cs sta)s)cs Matema/co (incomprensibile agli altri esseri umani, passa il suo tempo scrivendo formule)

29 Oltre il Genoma. Diverse cellule nel nostro corpo hanno lo stesso DNA ma svolgono funzioni completamente diverse Un essere unamo ha geni, mentre un verme ne ha (bastano 3000 geni per spiegare la differenza?) Oltre cercare differenze tra genomi, dobbiamo capire come interagiscono i geni e i diversi meccanismi di regolazione

30 Trascrizione

31 Epigene9ca

32 Splicing Alterna9vo di mrna

33 RNA non- codificante

34 Applicazioni di Sequenziamento NGS RNA- Seq: Sequenziamento di mrna/cdna Quali geni vengono espressi in un dato 9ssuto/ condizione Quanto sono espressi, Quali trascri` alterna9vi vengono espressi? ChIP- Seq: Sequenziamento di DNA legata da par9colari fasori trascrizionali/istoni come vengono regola9 diversi geni? smallrna- Seq: Quali mirna/sirna vengono espressi, quale mrna regolano?

35 Degradoma Genoma TrascriSoma Epigenoma Splicing alterna9vo (Proteoma) (InteraSoma)

36 Conclusioni Nuove tecnologie (es Sequenziamento Next Genera9on ) ci hanno portato in una nuova epoca della ricerca biologica Ques9 approcci producono un a quan9tà ENORMA di da9 e richiedono l intervenzione di bioinforma9ci, persone specializzate nella ges9one ed analisi di tali da9 nel contesto biologico Giovani biologi devono capire che una base solida in informa9ca sta diventando mportante per seguire una carriera nelle scienze biologiche La Bioinforma9ca è (secondo me) anche divertente e mi ha dato l opportunità di interagire con esper9 di tan9 area diverse (ciclo cellulare, microbiologia, virologia, patologia, gene9ca agraria etc)

37 Grazie alla bioinforma9ca, ormai abbiamo un quadro chiaro sulle mala`e complesse

38 hsp:// Controllo su piante o specie animali invasivi Iden9ficazione di prodo` alimentari eso9ci o osenu9 da animali in via di es9nzione Rilevamento di frodi alimentari: prodo` alimentari surroga9, deriva9 da specie meno costose e di qualita' meno pregiata, vendu9 come specie piu' prelibate e costose

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