Al via presso il Centro di Genomica Traslazionale e Bioinformatica il sequenziamento completo del genoma umano

LE INFORMAZIONI CONTENUTE NEL DNA PERMETTERANNO DI PERSONALIZZARE E MIGLIORARE PREVENZIONE, DIAGNOSI E CURA

Milano, 26 aprile 2012 – L’Unità di Funzione del Genoma del Centro di Genomica Traslazionale e Bioinformatica del San Raffaele legge oggi il DNA completo dell’uomo a fini diagnostici e terapeutici.
Il Centro, unico in Italia per il suo approccio polispecialistico e multidisciplinare, è caratterizzato da tre componenti essenziali: la tecnologia più avanzata disponibile per il sequenziamento rapido del DNA intero (Illumina HISeq 2000, Illumina MiSeq e Illumina HiScan), una struttura di bioinformatica per la gestione, conservazione e l’analisi integrata dei dati, dotata di computer ad alta capacità di calcolo, e una squadra interdisciplinare di biologi, genetisti, medici, matematici, ingegneri e bioinformatici, che si dedicano all’analisi e all’interpretazione dei dati, cruciali per rendere la sequenza utile alla diagnosi. Suddiviso in 6 Unità di lavoro, è diretto dal professor Giorgio Casari – Unità di Neurogenomica – e dal dottor Elia Stupka – Unità di funzione del Genoma – rientrato appositamente in Italia nel 2011 per avviare l’attività della sua Unità dedicata al sequenziamento del genoma umano.

Il Centro, fondato nel 2011, è nato come una struttura trasversale il cui primo scopo è collaborare con tutte le Divisioni di Ricerca e i Dipartimenti Clinici del San Raffaele per sfruttare le conoscenze sul genoma, personalizzando e migliorando prevenzione, diagnosi e cura. Il suo fine è infatti quello di tradurre i progressi nel campo della genomica in una comprensione più efficiente dei meccanismi molecolari delle malattie, identificando e implementando nuovi biomarcatori per la loro prognosi e per le terapie.
La prima fase dell’attività del Centro è stata l’acquisto delle nuove tecnologie di sequenziamento del DNA e dei computer ad alta capacità di calcolo necessari per l’analisi dei dati. In parallelo si è proceduto con il reclutamento della squadra, richiamando da tutto il mondo ricercatori di discipline diverse per formare un team affiatato. Oggi il CGTB è pronto per affrontare progetti complessi come il sequenziamento di genomi umani interi, nonché le analisi del trascrittoma e dell’epigenoma.

La mappa genetica degli uomini è costituita da 3 miliardi di caratteri che contengono le informazioni  necessarie per il funzionamento del nostro corpo. Si può paragonare il DNA a un grande libro dove le parole si associano per formare frasi con un determinato significato. Talvolta accade che una parola salti o sbiadisca e si verifichino errori che, nel caso della genomica, si traducono in predisposizione verso alcune patologie o nel verificarsi delle stesse.
Il dottor Elia Stupka, co-direttore: “La possibilità di sequenziare interi genomi in tempi brevi e le straordinarie prospettive offerte dalla bioinformatica applicata alla genomica consentono nuovi approcci allo studio della variabilità genetica individuale e all’identificazione di geni e fattori di rischio associati a malattie genetiche e multifattoriali, quali i tumori, il diabete e le malattie neurodegenerative.”
Aggiunge il professor Giorgio Casari, direttore: “La genomica, come le altre “omic disciplines” abbinate alle biologia computazionale, rappresenta uno dei bisogni più urgenti per l’intera comunità di ricerca biomedica. Il Centro fungerà da fattore moltiplicativo delle sinergie, stimolando nuove collaborazioni, nuovi progetti e nuovi approcci alle problematiche scientifiche e cliniche.”

Nei prossimi tre anni circa, l’attività dell’Unità di Funzione del Genoma focalizzerà la sua attenzione su 4 particolari linee di ricerca con ricadute sulla pratica clinica.
Si tratta di progetti ambiziosi ed economicamente impegnativi che richiedono finanziamenti importanti, tra cui quello derivante dalla campagna 5xmille del 2012 che sarà interamente dedicata alla genomica. Più rapida ed efficace sarà la lettura del genoma, prima si arriverà a comprendere i geni responsabili di alcune patologie, con la possibilità di arrivare a diagnosi rapide e allo sviluppo di una medicina personalizzata, fatta anche di farmaci intelligenti studiati per la malattia e l’individuo.
I fondi raccolti verranno impiegati per sostenere, sviluppare e potenziare gli studi sulle seguenti linee di ricerca:

• Sclerosi Multipla: un progetto in collaborazione col Centro Sclerosi Multipla del San Raffaele e il Dipartimento di Neurologia, diretti dal professor Giancarlo Comi, volto a identificare nuovi fattori genetici connessi col rischio di malattia e biomarcatori che contribuiscano alla personalizzazione dell’intervento terapeutico.
• Tumore della prostata: l’attività verrà svolta in collaborazione con il Dipartimento di Urologia del San Raffaele, diretto dal professor Patrizio Rigatti, con l’obiettivo di identificare pazienti a rischio mediante il rinvenimento di alterazioni genetiche che predispongono al tumore a confronto con i dati derivati dallo screening classico (PSA).
• Diabete Mellito Tipo I: in collaborazione con il Dipartimento Materno-Infantile, diretto dal professor Giuseppe Chiumello e il Dipartimento di Malattie Endocrino – Metaboliche, diretto dal professor Emanuele Bosi, i ricercatori si propongono di studiare i meccanismi responsabili dell’attivazione della risposta autoimmune in 200 pazienti con diabete di tipo I.
• Malattie Rare: un progetto che si propone di studiare i geni coinvolti nella Sindrome di Brugada, una malattia rara che causa anomalie nel ritmo cardiaco e colpisce nel mondo da 1 a 5 soggetti ogni 10.000 abitanti, per aumentare le diagnosi precoci. L’utilizzo delle tecniche di sequenziamento di ultima generazione permetterà di estendere rapidamente lo spettro dei possibili geni coinvolti nella malattia dando così la possibilità alle famiglie con predisposizione genetica di essere seguite da vicino.

Q&A

Le sei Unità che compongono il Centro di Genomica Traslazionale e Bioinformatica (CGTB)

Unità di Neurogenomica: Prof. Giorgio Casari
Unità di Funzione del Genoma: Dott. Elia Stupka
Unità di Biochimica del proteoma: Dott. Massimo Alessio
Unità di Genomica per la diagnosi delle patologie umane: Prof. Maurizio Ferrari
Laboratorio di NMR biomolecolare (DTI): Dott.ssa Giovanna Musco
Biogenesi e movimento degli organelli: Dott.ssa Maria Vittoria Schiaffino

Cosa sono le “omic disciplines”?
Sono tutte le discipline in ambito biomedico che sfruttano tecnologie ad alta processività per generare grandi quantità di dati in tempi brevi da campioni biologici. Le tecnologie più comuni sono quelle della genomica, proteomica e metabolomica.

Che cos’è la genomica?
La genomica è la scienza che legge e interpreta le informazioni contenute nel genoma.
Possiamo immaginare il genoma come un’enorme biblioteca: ogni libro è costituito da lettere che formano parole, le quali rappresentano specifiche informazioni necessarie per il funzionamento del nostro corpo. I contenuti vengono tramandati alle generazioni successive, ma talvolta si verificano errori di stampa, oppure col tempo le pagine possono sbiadirsi.
Anche il nostro genoma è soggetto a questo tipo di errori, la cui conseguenza è la predisposizione a certe malattie o la loro insorgenza.

Cos’è il trascrittoma?
Per trascrittoma si intende l’insieme dei geni trascritti in un particolare campione biologico. Ogni cellula umana ha lo stesso genoma, ma lo “esprime” in maniera diversa in ogni tessuto (per esempio il trascrittoma della pelle sarà diverso da quello del cuore), leggendo solo alcuni dei messaggi (geni) del genoma. Con le tecnologie di sequenziamento ad alta processività oltre a sequenziare il genoma da un paziente si possono sequenziare i trascrittomi di diversi campioni biologici (un campione di tumore, oppure di sangue) anche in diversi momenti della vita, per comprendere meglio i meccanismi di una malattia.

Cos’è l’epigenoma?
Per epigenoma si intende l’insieme di modifiche che vengono apportate al genoma durante la vita di una persona dal concepimento in poi. Queste modifiche possono essere al DNA stesso (nel qual caso si parla di metilazione del DNA) oppure alla struttura su cui poggia il DNA nei cromosomi, i cosiddetti “istoni”. Tutte queste modifiche costituiscono un ulteriore livello di analisi dei messaggi contenuti nel genoma, che possono predisporre a malattie, piuttosto che determinare che un gene venga espresso o meno in un tessuto. Sono di particolare interesse perché possono essere modifiche che avvengono, causate dall’ambiente (per esempio la dieta o i traumi psicologici) durante la gravidanza o l’età infantile, e rimanere poi nel genoma predisponendo a malattie in età adulta.

In cosa consiste il test del DNA?
In un prelievo del sangue o di un campione di saliva: il resto lo fanno le tecnologie e le persone deputate all’analisi e all’interpretazione dei dati.

Che cosa permette di “scoprire” esattamente un test del genere?
Permette in molti casi la diagnosi di malattie rare, laddove il gene non sia già conosciuto; permette di calcolare il rischio genetico di alcune malattie complesse che una persona potrebbe sviluppare, quali il diabete o le malattie cardiovascolari. Permette in alcuni casi di personalizzare la terapia di un paziente, somministrando i farmaci giusti nella maniera più mirata.
Si ottiene un catalogo completo di informazioni, il cui significato viene compreso meglio ogni mese che passa, per cui diventerà sempre più importante man mano che le nostre conoscenze aumentano

Ormai è “di moda” parlare di lettura del DNA.  Ci sono i limiti o i rischi correlati?
Nel caso delle malattie rare l’identificazione di una mutazione porta alla certezza di una malattia rara, mentre, nel caso delle malattie complesse sono l’ambiente (dieta, stile di vita, qualità dell’aria, ecc) e il genoma a contribuire, entrambi, allo sviluppo di una malattia. Quindi la propensione, rilevata tramite un test genetico, per una malattia complessa va interpretata come un “avviso” e non come una diagnosi.
Il costo attuale del sequenziamento del genoma non permette ancora di effettuare il test su ogni individuo, per cui al momento si utilizza in ambito di ricerca, e nell’ambito diagnostico si predilige il test su punti specifici del genoma, per uno scopo prefissato, a una frazione del costo.

Ci sono altri centri in Italia che sequenziano il Dna?
Si, a Milano, Verona, Udine e Cagliari, ma non sono collocati nell’ambito di un ospedale polispecialistico, e sono specializzati nella ricerca di specifiche patologie e fattori di rischio.

Quanto costa sequenziare il genoma?
Attualmente il costo si aggira intorno agli 8.000 € ma è in continua discesa. Lo scorso anno costava 20.000 € e due anni fa 100.000€. Ci sono inoltre test specifici (per esempio il sequenziamento del solo “esoma”, cioè dei geni contenuti nel genoma) che costano già meno di 1,000€. Poiché i costi continuano a calare, il San Raffaele si sta organizzando, in prospettiva, per poter effettuare il sequenziamento completo del genoma in maniera routinaria verso i propri pazienti.

Può un privato cittadino chiedere la lettura completa del suo dna?
Si, può essere interessante conoscere il proprio patrimonio genetico, indipendentemente da specifiche patologie, per risalire alle origini lontane dei propri ascendenti, per scoprire la base genetica di risposte a farmaci che si prendono comunemente, per impostare uno stile di vita volto a prevenire la comparsa di eventuali malattie o per comprendere meglio il proprio metabolismo in relazione all’attività sportiva.

Quanto tempo si impiega?
I tempi totali per un servizio commerciale sono di circa un paio di mesi.  La lettura del DNA in sé dura 10 giorni ma ci sono i tempi di estrazione e preparazione del Dna prima dell’avvio della lettura e successivamente i tempi legati all’analisi e interpretazione dei dati.

Per informazioni:

IRCCS Ospedale San Raffaele
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