Il Genoma Umano e

La Bioinformatica

Marin Vargas, Sergio Paul

Gennaio 2014

La Bioinformatica

� L'acido desossiribonucleico o deossiribonucleico (DNA), che si trova nel nucleo della

cellula, è un acido nucleico che contiene le informazioni genetiche necessarie alla

biosintesi di RNA e proteine, molecole indispensabili per lo sviluppo ed il corretto

funzionamento della maggior parte degli organismi viventi.

� Nel 1859 Charles Darwin pubblicò la suateoria sull'evoluzione delle specie nellibro L'origine delle specie.libro L'origine delle specie.

� Nel 1865 Gregor Mendel, ipotizzò leLeggi dell'ereditarietà .

� Nel 1869 il biochimico svizzero FriedrichMiescher, isolo per la prima volta lamolecola di DNA.

� Nel 1953 James Watson e FrancisCrick presentarono, sulla rivista Nature,il primo modello accurato della strutturadel DNA a doppia elica. (Utilizzaronoparte del lavoro di Rosalind Franklin).

� Nel 1962 James Watson, Francis Crick eMaurice Wilkins vinsero il Premio Nobelper la medicina.

� Tra il 1959 e il 1966 Marshall Warren Nirenberg (biochimico statunitense),

interpretò il ruolo del DNA/RNA nella sintesi proteica svelando il codice genetico.

� Nel 1968, tali studi gli valsero il Premio Nobel insieme a Robert Holley ed Har

Gobind Khorana.

� Frederick Sanger è stato il primo a determinare una sequenza proteica completa

di una proteina, determino la sequenza degli aminoacidi dell'insulina. Questo gli

fece guadagnare il suo primo premio Nobel per la chimica nel 1958.

� Nel 1975, sviluppò il metodo della terminazione della catena per il

sequenziamento del DNA, conosciuto poi come metodo Sanger.

� Nel 1977, usò questa tecnica per sequenziare con successo il genoma del virus

PhageΦ-X174, questo fu il primo genoma sequenziato completamente.PhageΦ-X174, questo fu il primo genoma sequenziato completamente.

� Nel 1980 vince il suo secondo Nobel, per il metodo di sequenziamento del DNA.

� Nei primi anni 80, Renato Dulbecco, premio Nobel per la medicina del 1975, esortò alla comunità

scientifica affermando che se si voleva capire il cancro bisognava sequenziare tutto il genoma umano.

� Il progetto genoma umano cominciò all’incirca l’anno 1988, inizialmente guidato da James

Watson (National Center for HumanGenome Research) e poi da Francis Collins.

� Oltre agli USA, il consorzio internazionale (Human Genome project o HGP) era formato anche

da genetisti del Regno Unito, della Francia, della Germania, del Giappone, della Cina e dell'India.

� Il costo del progetto fu ipotizzato in 1 dollaro a base e 15 anni di lavoro� più di 3 miliardi di dollari !!!� Nel 1998, Craig Venter fondò la Celera Genomics, sfidando la velocità del progetto genoma umano.� Nel 1998, Craig Venter fondò la Celera Genomics, sfidando la velocità del progetto genoma umano.

� Nel 2000 fu annunciato il completamento del progetto, finendo in un sostanziale pareggio tra l’ HGP e

la Celera Genomics diVenter (anche se realmente il genoma è stato completato nel 2003).

� Nel 2003 si completo il sequenziamento del genoma del Human Genome Project, composto da una

mescolanza di 6 individui (della città di Buffalo), al costo di 3 miliardi di dollari e 15 anni di lavoro.

� Nel 2002 è stato completato il sequenziamento del genoma del topo.

� Nel 2003 la Celera Genomics completo il sequenziamento di Craig Venter, la prima persona con il

genoma completamente sequenziato a un costo di 30 milioni di dollari.

� A fine del 2005 cominciò il progetto "Jim", della società “454 Life Sciences”, con una nuova tecnologia

fu sequenziato il genoma di James Watson, completato nel 2008 a un costo di 1 milione di dollari.

� Nel 2010 il costo del sequenziamento di un intero genoma è sceso a qualche migliaia di dollari e pochi� Nel 2010 il costo del sequenziamento di un intero genoma è sceso a qualche migliaia di dollari e pochi

mesi di lavoro.

� Oggi (fine 2013) il costo è di circa 4.000 dollari e 10 giorni di lavoro.

� Si ipotizza che nel 2015 si arriverà a un costo di 1.000 dollari e a meno di una settimana di lavoro.

�Clone-by-Clone sequencing (Sanger)

�Whole-genome shotgun sequencing (Sanger)

�Pyrosequencing (derivato dal metodo Sanger)

� Con l’enorme quantità di dati ottenuti tramite il sequenziamento ad alto

rendimento del DNA è nata la Bioinformatica del DNA.

� James Watson: “I bioinformatici sono dei matematici cioè persone brave con i

numeri, le quali possono trovare nuovi modi di analizzare le molecole del DNA”.

� Adesso il fattore limitante non sonno le macchine ma le persone, queste persone

(i Bioinformatici) devono essere in grado di analizzare ed interpretare il DNA.

Attualmente siamo alla versione hg19 (human genome 19) del genoma umano e� Attualmente siamo alla versione hg19 (human genome 19) del genoma umano e

sono a disposizionemigliaia di terabyte di dati da analizzare (non solo da umano).