La prima ricostruzione completa di un cromosoma umano, da telomero a telomero, rappresenta un’importante pietra miliare per la ricerca genomica.
di Lisa Ovi
Tre miliardi. Questo è il numero approssimativo di «lettere» del DNA presenti in ogni genoma individuale. La pubblicazione nel 2003 della prima sequenza completa del genoma umano fu il trionfante risultato del Human Genome Project, uno dei progetti di ricerca più ambiziosi mai intrapresi in campo biomedico.
Nessun altro genoma di vertebrato è stato studiato tanto a fondo come quello umano, eppure, a distanza di quasi due decenni, ci sono ancora lacune nella mappa a noi nota. Ora, per la prima volta, dei ricercatori hanno determinato la sequenza completa di un cromosoma umano da un’estremità all’altra (da “telomero a telomero”), senza lacune e con un livello di precisione ineguagliato.
Autrice principale dello studio pubblicato su Nature è Karen Miga, ricercatrice del Genomics Institute presso la UC Santa Cruz, secondo cui il progetto è stato reso possibile da nuove tecnologie di sequenziamento che consentono “letture ultra-lunghe”, come la tecnologia di nanopore sequencing, o sequenziamento a nanopori, introdotta per la prima volta proprio alla UC Santa Cruz.
Le sequenze ripetitive di DNA sono comuni in tutto il genoma e hanno sempre rappresentato una sfida per il sequenziamento in quanto la maggior parte delle tecnologie coinvolte produce “letture” relativamente brevi della sequenza, che devono quindi essere assemblate come un puzzle per ottenere la corretta sequenza del DNA. I numerosi segmenti di sequenze ripetitive producono brevi letture che appaiono quasi identiche, come una grande distesa di cielo blu nel puzzle, senza indizi sul numero delle ripetizioni o sull’ordine in cui vanno assemblate. Il sequenziamento a nanopori permette la lettura di centinaia di migliaia di coppie di basi in lunghi segmenti di pieni di sequenze ripetute, aggirando così parte del problema.
Colmare le lacune rimanenti nella sequenza del genoma umano apre ai ricercatori nuove regioni della mappa in cui cercare possibili associazioni tra variazioni nel DNA e malattie o altri indizi per trovare risposta ad importanti domande sulla biologia umana e sull’evoluzione.
Karen Miga e Adam Phillippy, coautore dello studio e ricercatore del National Human Genome Research Institute (NHGRI), hanno condotto lo studio combinando l’utilizzo del sequenziatore a nanopori MinION della Oxford Nanopore Technologies con altre tecnologie di sequenziamento della PacBio, della Illumina e le mappe ottiche della BioNano Genomics. Utilizzando queste tecnologie, il team ha generato una ricostruzione del genoma più completo di ogni predecessore in termini di continuità, completezza e accuratezza.
Ciononostante, ottenere il sequenziamento completo del cromosoma X ha richiesto comunque un intervento manuale dei ricercatori quando si è trattato di risolvere il mistero del centromero, una del DNA notoriamente difficile da decifrare. Nel caso del cromosoma X, il centromero comprende una regione di DNA altamente ripetitivo, con 3,1 milioni di coppie di basi (le basi A, C, T e G formano coppie nella doppia elica del DNA e codificano le informazioni genetiche nella loro sequenza). I ricercatori sono stati in grado di identificare varianti di riferimento all’interno della sequenza da utilizzare per allineare e connettere le letture e così ricostruire l’intero centromero.
L’utilizzo di tre diverse piattaforme di sequenziamento ha permesso di limare la sequenza e conseguire il livello di precisione senza precedenti che caratterizza la nuova pubblicazione.
Sotto il nome del consorzio aperto Telomere-to-Telomere (T2T), fondato da Miga e Phillippy per perseguire la ricostruzione completa del genoma umano, i ricercatori continueranno ad elaborare il completamento di tutti i cromosomi CHM13. La natura aperta del consorzio T2T rende il progetto uno sforzo comunitario, a cui molte persone dedicano tempo e risorse.
(lo)
