Due decenni dopo che lo Human Genome Project ha prodotto la prima bozza di sequenza del genoma umano, finalmente la sequenza completa. Secondo i ricercatori, avere una sequenza completa e priva di gap delle circa 3 miliardi di basi (o “lettere”) nel nostro DNA è fondamentale per comprendere l’intero spettro della variazione genomica umana e per comprendere i contributi genetici a determinate malattie.
Il lavoro è stato svolto dal consorzio Telomere to Telomere, che comprendeva la leadership dei ricercatori del National Human Genome Research Institute, parte del National Institutes of Health; Università della California, Santa Cruz; e Università di Washington, Seattle. NHGRI è stato il principale finanziatore dello studio.
Le analisi della sequenza completa del genoma si aggiungeranno in modo significativo alla nostra conoscenza dei cromosomi, comprese mappe più accurate per cinque bracci cromosomici, il che apre nuove linee di ricerca. Questo aiuta a rispondere alle domande di biologia di base su come i cromosomi si segregano e si dividono correttamente.
Il consorzio T2T ha utilizzato la sequenza del genoma ora completa come riferimento per scoprire oltre 2 milioni di varianti aggiuntive nel genoma umano. Questi studi forniscono informazioni più accurate sulle varianti genomiche all’interno di 622 geni clinicamente rilevanti.
“La generazione di una sequenza del genoma umano veramente completa rappresenta un incredibile risultato scientifico, fornendo la prima visione completa del nostro progetto di DNA”, ha affermato Eric Green, MD, Ph.D., direttore di NHGRI. “Queste informazioni fondamentali rafforzeranno i numerosi sforzi in corso per comprendere tutte le sfumature funzionali del genoma umano, che a loro volta rafforzeranno gli studi genetici sulle malattie umane”.
La sequenza del genoma umano ora completa sarà particolarmente preziosa per gli studi che mirano a stabilire visioni complete della variazione genomica umana o di come il DNA delle persone differisce.
Tali intuizioni sono vitali per comprendere i contributi genetici a determinate malattie e per utilizzare la sequenza del genoma come parte di routine dell’assistenza clinica in futuro. Molti gruppi di ricerca hanno già iniziato a utilizzare una versione preliminare della sequenza completa del genoma umano per le loro ricerche.
Il sequenziamento completo si basa sul lavoro dello Human Genome Project, che ha mappato circa il 92% del genoma, e sulla ricerca intrapresa da allora. Migliaia di ricercatori hanno sviluppato strumenti di laboratorio, metodi computazionali e approcci strategici migliori per decifrare la sequenza complessa. Sei articoli che comprendono la sequenza completata appaiono in Science, insieme ad articoli complementari in diverse altre riviste.
Genoma: l’ultimo ostacolo superato
Quest’ultimo 8% include numerosi geni e DNA ripetitivo ed è paragonabile per dimensioni a un intero cromosoma. I ricercatori hanno generato la sequenza completa del genoma utilizzando una linea cellulare speciale che ha due copie identiche di ciascun cromosoma, a differenza della maggior parte delle cellule umane, che trasportano due copie leggermente diverse.
I ricercatori hanno notato che la maggior parte delle sequenze di DNA appena aggiunte erano vicino ai telomeri ripetitivi (estremità lunghe e finali di ciascun cromosoma) e ai centromeri (sezioni centrali dense di ciascun cromosoma).
“Sin da quando abbiamo avuto la prima bozza di sequenza del genoma umano, determinare la sequenza esatta di regioni genomiche complesse è stato impegnativo”, ha affermato Evan Eichler, Ph.D., ricercatore presso la University of Washington School of Medicine e co-presidente del consorzio T2T. “Sono entusiasta di aver portato a termine il lavoro. Il progetto completo rivoluzionerà il modo in cui pensiamo alla variazione genomica umana, alla malattia e all’evoluzione”.
Il costo del sequenziamento di un genoma umano utilizzando tecnologie di “lettura breve”, che forniscono diverse centinaia di basi di sequenze di DNA alla volta, è di poche centinaia di dollari, essendo diminuito in modo significativo dalla fine del Progetto Genoma Umano. Tuttavia, l’utilizzo di questi metodi di lettura breve da soli lascia ancora alcune lacune nelle sequenze genomiche assemblate.
L’enorme calo dei costi di sequenziamento del DNA va di pari passo con maggiori investimenti in nuove tecnologie di sequenziamento del DNA per generare letture di sequenze di DNA più lunghe senza compromettere l’accuratezza.
Nell’ultimo decennio sono emerse due nuove tecnologie di sequenziamento del DNA che hanno prodotto letture di sequenze molto più lunghe. Il metodo di sequenziamento del DNA di Oxford Nanopore può leggere fino a 1 milione di lettere di DNA in una singola lettura con una precisione modesta, mentre il metodo di sequenziamento del DNA di PacBio HiFi può leggere circa 20.000 lettere con una precisione quasi perfetta.
I ricercatori del consorzio T2T hanno utilizzato entrambi i metodi di sequenziamento del DNA per generare la sequenza completa del genoma umano. “Utilizzando metodi di lunga lettura, abbiamo compiuto progressi nella nostra comprensione delle parti più difficili e ricche di ripetizioni del genoma umano“, afferma Karen Miga, Ph.D., co-presidente del consorzio T2T il cui gruppo di ricerca presso l’Università della California, Santa Cruz è finanziata da NHGRI.
“Questa sequenza completa del genoma umano ha già fornito nuove informazioni sulla biologia del genoma e non vedo l’ora che arrivi il prossimo decennio di scoperte su queste regioni appena rivelate”.
Secondo il co-presidente del consorzio Adam Phillippy, Ph.D., il cui gruppo di ricerca presso NHGRI ha guidato lo sforzo di rifinitura, il sequenziamento dell’intero genoma di una persona dovrebbe diventare meno costoso e più semplice nei prossimi anni.
“In futuro, quando qualcuno avrà il proprio genoma sequenziato, saremo in grado di identificare tutte le varianti nel loro DNA e utilizzare tali informazioni per guidare meglio la propria assistenza sanitaria”, ha affermato Phillippy.
“Completare davvero la sequenza del genoma umano è stato come indossare un nuovo paio di occhiali. Ora che possiamo vedere tutto chiaramente, siamo un passo più vicini alla comprensione del significato di tutto ciò”.
Molti ricercatori e tirocinanti all’inizio della carriera hanno svolto ruoli fondamentali, inclusi i ricercatori della Johns Hopkins University, Baltimora; Università del Connecticut, Storrs; Università della California, Davis; Howard Hughes Medical Institute, Chevy Chase, Maryland; e il National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland.
