orso castano : la complessita' della geno,ica e della pos genomica ed ancor di piu' della epigenomica , cioe'dellom studio dell'ambiente sul DNA e degli altri operatori intracellulari come l'mRna CHE INTENVENGONO SULLA COSTRUZIONE DELLE PROTEINE , DEV E TENER CONTO SIA DELLA COMPLESSITA' (ADDIRITTURA SONO MOLTI I GENI CHE INTERVENGONO , A NCHE DISTANTI TRA LORO) E DELLA IMPREVEDIBILITA' DEI FATTORI AMBIENTALI. qUALE MODELLO TEORICO PUO' GFAR FRONTE A QUESTI PROBLEMI .vEDREMO. fINORA TUTTI GLI ALGORITMI APPAIONO TROPPO SEMPLICI
da Wikipedia : Il ruolo dell'ingegneria genetica nella post-genomica
L'ingegneria genetica è oggi il gold standard nella ricerca sulle proteine. Tra gli strumenti di base che essa mette a disposizione figurano i seguenti.
- Studi di loss of function (dall'inglese, perdita di funzione). Si tratta di esperimenti, genericamente chiamati di knock-out, che permettono di ingegnerizzare un organismo in modo tale da eliminare l'attività di un determinato gene. Ciò permette di studiare il difetto causato da questa mutazione, e può essere utile come screening iniziale della funzione di un gene. Spesso viene utilizzato in biologia dello sviluppo. Un esperimento di knock-out viene messo a punto attraverso la manipolazione in vitro di un costrutto di DNA che, nelle versioni base di un esperimento di knock-out, consiste nel gene di interesse modificato a sufficienza per perdere la funzione originale. Questo costrutto può essere poi inserito in una cellula incoltura, all'interno della quale sarà in grado di sostituire la versione originale (detta wildtype) del gene. Se le cellule che ricevono tale costrutto sono cellule staminali, esse possono essere inserite in una blastocisti, a sua volta inserita nell'utero di madri surrogate. Con questa tecnica, chiamata Embryonic Stem Cell Transfer (dall'inglese, trasferimento di cellule staminali embrionali), è possibile realizzare un organismo transgenico. Un metodo più semplice per lo screening di knock-out, che tuttavia può essere applicato solo ad animali meno complessi, consiste nell'induzione di mutazioni casuali in una popolazione molto ampia (ad esempio diDrosophila melanogaster, il moscerino della frutta). La progenie verrà strettamente analizzata alla ricerca della mutazione che si intende studiare. Tale metodo è correntemente utilizzato per gli organismi unicellulari, specialmente prokaryota, e talvolta per le piante.
- Studi di gain of function (dall'inglese, acquisizione di funzione). Si tratta della logica controparte della produzione di knock-out. Sono spesso portati avanti insieme ai knock-out per valutare in modo più fine la funzione dei geni in esame. I procedimenti che vengono svolti per introdurre una mutazione ''gain of function sono molto simili a quelli utilizzati per produrre knock-out. In questo caso il costrutto porterà con sé alcuni accorgimenti tali da incrementare l'espressione della proteina (come ad esempio un promotore forte).
- Studi con traccianti. Permettono di individuare l'esatta localizzazione e l'interazione della proteina in esame. Un metodo per ottenere ciò consiste nella sostituzione del gene wildtype con un gene di fusione, contenente il gene originale fuso con una terminazione visibile dall'operatore. Un esempio di tali terminazioni visibili è la GFP(dall'inglese Green Fluorescent Protein, proteina fluorescente verde). Tale proteina è molto utile perché permette nella maggior parte dei casi un corretto funzionamento della proteina originale con cui è fusa: uno dei principali problemi legato a questo tipo di tecnica consiste infatti nell'instabilità della maggior parte delle proteine di fusione. Il desiderio dell'operatore in questo tipo di saggi, infatti, è quello di seguire la proteina, non di modificarne i parametri strutturali e funzionali. Una strategia attualmente in sviluppo per migliorare la stabilità dei prodotti di fusione è la possibilità di realizzare code facilmente riconoscibili attraverso la somministrazione di anticorpi.
La scoperta delle basi molecolari delle malattie ha compiuto enormi progressi negli ultimi decenni; per esempio, si conoscono molti geni la cui mutazione causa l'insorgenza di tumori, e inoltre sono stati identificati tutti i geni responsabili dei difetti genetici più frequenti di tipo mendeliano e si dispone di strumenti per la diagnostica molecolare degli agenti infettivi patogeni più diffusi.
- Allo stesso tempo queste scoperte hanno ancor più evidenziato la complessità dei sistemi biologici e la necessità di applicare le discipline genomiche e postgenomiche alla ricerca biomedica.
In particolare, per alcuni settori della medicina è lecito attendersi ricadute concrete nei prossimi anni grazie agli sviluppi della genomica e della postgenomica. Il primo traguardo consiste, come già descritto, nell'identificazione dei geni che predispongono o contribuiscono all'insorgenza di malattie multigeniche e multifattoriali di elevato impatto sulla popolazione, quali vari tipi di tumori, le malattie cardiovascolari, la demenza e altre neuropatologie, il diabete e così via. La maggior parte di queste scoperte sarà dovuta all'utilizzazione di tecnologie a elevata produttività, come l'analisi degli SNPs che già oggi prevede applicazioni nelle quali vengono analizzati milioni di dati al giorno. Ci si può attendere, in un futuro non troppo lontano, che sia possibile valutare il nostro personale rischio di sviluppare una patologia comune (per es., una malattia cardiovascolare) in base alla particolare combinazione di geni ereditata e quindi poter ricorrere a misure preventive quali una dieta appropriata o farmaci adatti per quel tipo di patologia.
La tipizzazione del DNA genomico per un certo numero di SNPs permette anche, in linea di principio, di studiare come il materiale ereditario individuale influenzi la risposta dell'organismo alla somministrazione dei farmaci, e quindi di trovare per ognuno il trattamento farmacologico più efficace, limitando al tempo stesso gli effetti collaterali. Questo intreccio di genomica e farmacologia (a sua volta un esempio di ricerca postgenomica) è stato chiamato 'farmacogenomica'. Un esempio pratico di come la farmacogenomica rappresenti una forma di 'medicina personalizzata' è il caso del farmaco abacavir nel trattamento delle infezioni da HIV. Il 4% degli individui trattati con questo farmaco sviluppa una specifica reazione di ipersensibilità che determina gravi effetti collaterali. Lo studio del genoma ha identificato i marcatori genetici (SNPs) che comportano per il paziente una probabilità del 97% di sviluppare la reazione negativa. Quindi, è oggi possibile evitare gli eventi non favorevoli con un semplice test sul DNA prima che i pazienti assumano il farmaco.
Un aspetto importante della farmacogenomica, che ha attratto gli investimenti di tutte le multinazionali farmaceutiche, risiede nell'identificazione di nuovi bersagli molecolari per i farmaci; è noto, infatti, che le proteine con cui interagiscono i farmaci attuali sono in totale meno di 500 e che le ricerche di nuovi farmaci con i sistemi di screening tradizionali producono sempre più raramente nuovi bersagli. Le oltre 100.000 proteine identificate dalla proteomica rappresentano invece altrettanti potenziali bersagli per i farmaci del futuro.
Un altro sviluppo della postgenomica di grande interesse medico e commerciale è legato alla diagnostica molecolare: è stato dimostrato che l'identificazione di profili proteici o dell'espressione di RNA caratteristici di specifiche patologie può avere valore diagnostico e prognostico.
Per esempio, è stato riportato che l'analisi del profilo delle proteine del sangue mostra differenze tra il sangue di un individuo sano e quello di pazienti con carcinoma delle ovaie. Sebbene ancora sperimentali (identificano il tumore nel 95% dei casi) questi test sono comunque estremamente incoraggianti per future applicazioni che possiedono il vantaggio sia di non essere invasive sia di rilevare modifiche del profilo proteico già dagli stadi iniziali della malattia.
Diagnostica e predizioni sull'evoluzione delle malattie si possono effettuare anche con i microarray. Un esempio in questo senso è rappresentato dal Lymphochip sviluppato da una collaborazione tra ricercatori del NIH e della Stanford University. Il Lymphochip contiene oltre 18.000 frammenti di DNA corrispondenti a geni associati allo sviluppo normale e patologico dei linfociti umani e permette di caratterizzare in grande dettaglio l'espressione genica dei linfociti umani nelle condizioni più svariate. È stato dimostrato che, utilizzando il Lymphochip, si possono distinguere diversi tipi di un tumore del sangue chiamato DLBCL (diffuse large B cell lymphoma) che rappresenta, dopo il linfoma di Hodgkin, il più frequente tumore delle cellule B. È stato inoltre osservato che i profili trascrizionali permettono di riconoscere due gruppi di pazienti DLBCL la cui prognosi differisce assai nettamente. Tali gruppi, altrimenti non distinguibili, vanno quindi sottoposti a terapie differenziate sin dalla diagnosi con vantaggi per entrambi.
Con la stessa logica del Lymphochip e del tumore DLBCL sono in fase avanzata di ricerca applicazioni simili allestite con appositi microarray per i tumori del seno e il mieloma multiplo.
9. Conclusioni
Collins, uno dei principali coordinatori del Progetto genoma umano e direttore del National human genome research institute (NHGRI), in un suo editoriale, intitolato Microarrays and macroconsequences, ha analizzato le 'macroconseguenze' della tecnologia genomica e postgenomica sugli aspetti scientifici così come gli effetti che tali studi avranno sulla società. Per questo motivo è stato istituito, sin dall'inizio del Progetto genoma umano, un progetto parallelo denominato ELSI (Ethical, legal and social implications) a sua volta ripartito in quattro aree di attività: (1) privacy ed equità nell'uso e nell'interpretazione delle informazioni genetiche (per es., le eventuali conseguenze della futura disponibilità dell'informazione genetica individuale nei rapporti del cittadino con i datori di lavoro, con le compagnie di assicurazione e con la società in senso lato); (2) adozione a livello clinico delle nuove tecnologie genetiche (quali criteri adottare per l'introduzione delle nuove tecnologie diagnostiche e con quali conseguenze; quando e con quali costi verrà adottata la 'medicina personalizzata' al momento in cui questa sarà disponibile; cercare di capire se l'introduzione della medicina genetica avrà l'effetto di diminuire, oppure al contrario aumentare, il divario nell'accesso alla sanità delle varie popolazioni del pianeta); (3) controversie legate alla ricerca genetica (in particolare esaminare le conseguenze della ricerca genetica in tutti i settori non medici, per es., quello agroindustriale e l'ambiente; come cittadini abbiamo avuto recentemente un'anticipazione del contenuto di questi temi a causa delle controversie suscitate dalla commercializzazione degli organismi geneticamente modificati, OGM); (4) istruzione e informazione dei cittadini e dei professionisti (uno degli obiettivi principali è naturalmente di informare esaurientemente i cittadini in modo che le decisioni sugli usi di queste ricerche possano essere prese democraticamente; altri obiettivi riguardano la valutazione delle conseguenze che le nuove conoscenze scientifiche hanno su specifici aspetti filosofici, legali ed etici; si auspica che i risultati della ricerca genetica potranno modificare i concetti di razza, gruppo etnico, clan, identità familiare e individuale e potranno finalmente definire normali le malattie e le caratteristiche fisiche e comportamentali).
Il progetto ELSI e altri analoghi in Europa hanno probabilmente un'importanza equivalente a quella della ricerca primaria, non ultimo per il fatto che la comunità scientifica non ha alcun interesse a mantenere segreti sulle proprie attività, ma anzi desidera che i risultati della ricerca e le loro applicazioni siano effettivamente compresi, valutati ed eventualmente apprezzati dai cittadini.
È stato scritto che gli storici del futuro indicheranno nel completamento della sequenza del genoma umano l'evento scientifico più significativo del XX sec.; si può sostenere con certezza che quanto fin qui avvenuto non smentisce questa affermazione.
Bibliografia
Collins 2003: Collins, Francis S. - Green, Eric D. - Guttmacher, Alan E. - Guyer, Mark S., A vision for the future of genomics research, "Nature", 422, 2003, pp. 835-847.
Wulfkuhle 2003: Wulfkuhle, Julia D. - Liotta, Lance A. - Petricoin, Emanuel F.,Proteomic applications for the early detection of cancer, "Nature reviews cancer", 3, 2003, pp. 267-275.
Siti internet
The institute for genomic research (http://www.tigr.org/ ).
Genoma programs of the US department of energy office of science (http://DOEgenomes.org ).
Genomics & Genetics at the Sanger institute, sequencing genomics projects,Caenorhabditis genome sequencing projects (http://www.sanger.ac.uk/Projects/C_elegans/ ).
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