L'individualità di ogni organismo vivente è racchiusa nel suo patrimonio
genetico, costituito dal DNA. In particolare, l'informazione genetica
specifica di ogni organismo è costituita dalla sequenza delle 4 basi
azotate: Adenina, Citosina, Guanina, Timina.
Il patrimonio genetico di specie differenti presenta delle differenze nella sequenza genomica in misura proporzionale alla divergenza evolutiva della specie, ma che comunque consente di identificare le specie in modo non ambiguo. Costituisce quindi una sorta di carta d'identità genetica della specie.
L'analisi genetica consente anche di identificare le specie conosciute a prescindere delle loro caratteristiche morfologiche ma anche nuove specie sinora sconosciute.
Il nostro approccio è basato su un'analisi comparativa su larga scala del genoma mitocondriale e rappresenta uno strumento estremamente efficace e affidabile per l'identificazione di una specie.
Per determinare la carta d'identità genetica di un organismo (genoma) o di un insieme di organismi (metagenoma) è quindi necessario determinare la sequenza di tutte le molecole di DNA presenti nel campione. E' attualmente in corso una grande rivoluzione tecnologica che ha portato allo sviluppo di strumenti che consentono di determinare la sequenza del DNA con elevatissima efficienza e a costi estremamente contenuti.
genetico, costituito dal DNA. In particolare, l'informazione genetica
specifica di ogni organismo è costituita dalla sequenza delle 4 basi
azotate: Adenina, Citosina, Guanina, Timina.
Il patrimonio genetico di specie differenti presenta delle differenze nella sequenza genomica in misura proporzionale alla divergenza evolutiva della specie, ma che comunque consente di identificare le specie in modo non ambiguo. Costituisce quindi una sorta di carta d'identità genetica della specie.
L'analisi genetica consente anche di identificare le specie conosciute a prescindere delle loro caratteristiche morfologiche ma anche nuove specie sinora sconosciute.
Il nostro approccio è basato su un'analisi comparativa su larga scala del genoma mitocondriale e rappresenta uno strumento estremamente efficace e affidabile per l'identificazione di una specie.
Per determinare la carta d'identità genetica di un organismo (genoma) o di un insieme di organismi (metagenoma) è quindi necessario determinare la sequenza di tutte le molecole di DNA presenti nel campione. E' attualmente in corso una grande rivoluzione tecnologica che ha portato allo sviluppo di strumenti che consentono di determinare la sequenza del DNA con elevatissima efficienza e a costi estremamente contenuti.
Oggi una singola piattaforma di sequenziamento è in grado di produrre piu dati di quanti ne siano stati prodotti negli ultimi 30 anni.
La rivoluzione NGS (Next-generation sequencing) rende oggi possibile intraprendere analisi genomiche su una dimensione di scala fino a poco tempo fa inimmaginabile. Allargheremo così in modo incredibile le attuali conoscenze sulla Biodiversità.
L'esplorazione su larga scala dei dati metagenomici ci offre la straordinaria possibilità di far luce sulla complessità tassonomica di tutti i viventi... e soprattutto di ottenere una panoramica completa dei prodotti e dei processi dell'evoluzione in una grande varietà di ambienti e condizioni. Sarà possibile scoprire nuovi geni e nuove funzioni per un largo spettro di processi e applicazioni biotecnologiche.
L'insieme di materiale genetico presente in un campione ambientale, definito metagenoma, sarà rappresentativo delle specie che lo popolano. Analogamente, il metatrascittoma sarà rappresentativo delle funzioni espresse in quel determinato ambiente. Il principio base della Metagenomica è quindi che la Biodiversità di qualunque ambiente è rappresentata dal materiale genetico in esso presente.
Anche l' uomo è un ambiente estremamente complesso. Il nostro corpo è costituito da circa 10 alla tredicesima cellule, ma contiene un numero dieci volte maggiore di cellule batteriche. Il cosiddetto “microbioma umano” ha una profonda influenza sulla fisiologia dell'organismmo, sulla nutrizione, e risulta cruciale per la nostra salute. Difatti, esso fornisce nutrienti e vitamine, in risposta alle infezioni e intossicazioni di diverse sostanze tossiche. La metagenomica ora rende possibile la caratterizzazione della composizione e della dinamica di popolazione della comunità microbica umana, e le interazioni cooperative con le cellule dei tessuti umani.
La rivoluzione NGS (Next-generation sequencing) rende oggi possibile intraprendere analisi genomiche su una dimensione di scala fino a poco tempo fa inimmaginabile. Allargheremo così in modo incredibile le attuali conoscenze sulla Biodiversità.
L'esplorazione su larga scala dei dati metagenomici ci offre la straordinaria possibilità di far luce sulla complessità tassonomica di tutti i viventi... e soprattutto di ottenere una panoramica completa dei prodotti e dei processi dell'evoluzione in una grande varietà di ambienti e condizioni. Sarà possibile scoprire nuovi geni e nuove funzioni per un largo spettro di processi e applicazioni biotecnologiche.
L'insieme di materiale genetico presente in un campione ambientale, definito metagenoma, sarà rappresentativo delle specie che lo popolano. Analogamente, il metatrascittoma sarà rappresentativo delle funzioni espresse in quel determinato ambiente. Il principio base della Metagenomica è quindi che la Biodiversità di qualunque ambiente è rappresentata dal materiale genetico in esso presente.
Anche l' uomo è un ambiente estremamente complesso. Il nostro corpo è costituito da circa 10 alla tredicesima cellule, ma contiene un numero dieci volte maggiore di cellule batteriche. Il cosiddetto “microbioma umano” ha una profonda influenza sulla fisiologia dell'organismmo, sulla nutrizione, e risulta cruciale per la nostra salute. Difatti, esso fornisce nutrienti e vitamine, in risposta alle infezioni e intossicazioni di diverse sostanze tossiche. La metagenomica ora rende possibile la caratterizzazione della composizione e della dinamica di popolazione della comunità microbica umana, e le interazioni cooperative con le cellule dei tessuti umani.
Dalla Biodiversità alle Biotecnologie...
I
milioni di specie che oggi popolano la Terra, dagli organismi
unicellulari più semplici come i batteri, fino a forme di vita
multicellulari più complesse come l’uomo, sono il frutto
dell’elaborazione di miliardi di anni di evoluzione in cui la
selezione naturale ha operato in risposta a specifiche interazioni
con l’ambiente (es. mutamenti climatici) e con le altre forme di
vita che nel tempo hanno avuto origine e si sono estinte.
La decifrazione del patrimonio genetico degli organismi non solo ne facilita il riconoscimento, ma ne svela anche il corredo di geni che li caratterizza, ciascuno dotato di specifiche funzioni, che sono il risultato del processo evolutivo che ha garantito la sopravvivenza dell’organismo nel suo ambiente.
Un gene, può essere considerato come l’unità elementare del patrimonio genetico di un organismo, in grado di guidare la sintesi di una (o più) proteina/e in grado di svolgere una specifica funzione. I nuovi geni (o proteine) identificati nell’analisi metagenomica potrebbero trovare numerose applicazioni nel campo delle Biotecnologie.
La decifrazione del patrimonio genetico degli organismi non solo ne facilita il riconoscimento, ma ne svela anche il corredo di geni che li caratterizza, ciascuno dotato di specifiche funzioni, che sono il risultato del processo evolutivo che ha garantito la sopravvivenza dell’organismo nel suo ambiente.
Un gene, può essere considerato come l’unità elementare del patrimonio genetico di un organismo, in grado di guidare la sintesi di una (o più) proteina/e in grado di svolgere una specifica funzione. I nuovi geni (o proteine) identificati nell’analisi metagenomica potrebbero trovare numerose applicazioni nel campo delle Biotecnologie.
L’esplorazione del metagenoma di un certo campione ambientale ci consente di condurre analisi su larga scala della complessa dinamica degli organismi presenti in un certo ecosistema, la cui sopravvivenza e adattamento dipende dalla mutua cooperazione di più specie. In questo modo si può anche far luce sul processo evolutivo che ha condotto alla biodiversità che oggi osserviamo e alle strategie che ne hanno consentito l’adattamento all’ambiente. Ad esempio l’analisi metagenomica di campioni relativi ad ambienti estremi (freddo, caldo, arido) consente l’identifcazione di microrganismi e loro componenti (es. enzimi) in grado di funzionare in modo ottimale in queste condizioni. Analogamente si potrebbero isolare micorganismi ed enzimi in grado di bonificare siti contaminati da inquinanti di diversa natura.
... e alla bioinformatica
La bioinformatica è una disciplina scientifica dedicata alla risoluzione di problemi biologici a livello molecolare con metodi informatici.
Essa si occupa di:
Dunque grazie a questa nuova disciplina scientifica è possibile analizzare la sequenza genomica di una qualsiasi soggetto, anche ad un costo relativamente contenuto, riuscendo così ad avere uno sguardo più completo sulla loro origine e sull'appartenenza ad una specie; questo ricordiamo essere utile soprattutto nella conservazione della diversità biologica.
Essa si occupa di:
- fornire modelli statistici validi per l'interpretazione dei dati provenienti da esperimenti di biologia molecolare e biochimica al fine di identificare tendenze e leggi numeriche
- generare nuovi modelli e strumenti matematici per l'analisi di sequenze di DNA, RNA e proteine al fine di creare un corpus di conoscenze relative alla frequenza di sequenze rilevanti, la loro evoluzione ed eventuale funzione.
- organizzare le conoscenze acquisite a livello globale su genoma e proteoma in basi di dati al fine di rendere tali dati accessibili a tutti, e ottimizzare gli algoritmi di ricerca dei dati stessi per migliorarne l'accessibilità.
Dunque grazie a questa nuova disciplina scientifica è possibile analizzare la sequenza genomica di una qualsiasi soggetto, anche ad un costo relativamente contenuto, riuscendo così ad avere uno sguardo più completo sulla loro origine e sull'appartenenza ad una specie; questo ricordiamo essere utile soprattutto nella conservazione della diversità biologica.