Si decifra il genoma umano

DAL CORRISPONDENTE DI SVEGLIATEVI! IN GRAN BRETAGNA

“IL PRIMO progetto in cui la biologia diventa big science”, la sesta delle “sette meraviglie del mondo moderno”: entrambe le definizioni si riferiscono al Progetto Genoma, uno sforzo internazionale per decifrare l’uomo! Che cos’è un genoma? È la totalità del patrimonio genetico, che avete ereditato in parte da vostro padre e in parte da vostra madre ma che ora appartiene solo a voi.

I genetisti sir Walter Bodmer e Robin McKie hanno soprannominato il Progetto Genoma “il Libro dell’uomo”. Ma leggere questo libro non è affatto semplice. “L’uomo non troverà mai una collezione di libri di istruzioni più importante di questa”, sostiene James Watson, uno degli scienziati che hanno scoperto la struttura dell’ormai famosa molecola di DNA. “Una volta interpretati”, dice, “i messaggi genetici codificati nelle molecole di DNA provvederanno le risposte definitive alle basi chimiche dell’esistenza umana”.

Come tutte le imprese scientifiche grandi e costose, il Progetto Genoma ha sia sostenitori che scettici. “Il Progetto Genoma potrebbe costituire la massima violazione della privacy”, avverte il divulgatore scientifico Joel Davis, “oppure potrebbe essere uno strumento straordinario che aprirà la strada a una nuova vita, alla salute, alla guarigione”. Ma indipendentemente dai risultati che il progetto conseguirà, Davis è convinto che “rivoluzionerà il campo della genetica” e che “potrebbe rimodellare completamente la natura dell’Homo sapiens.” Nel 1989 George Cahill, vicepresidente dello Howard Hughes Medical Institute, era ottimista. “Ci dirà tutto”, disse. “Evoluzione, malattie . . . tutto si baserà sul contenuto di quel nastro meraviglioso che si chiama DNA”.

Un’impresa colossale

Nel 1988 un gruppo internazionale di scienziati creò l’Organizzazione Genoma Umano, detta anche HUGO (da Human Genome Organization), per coordinare il lavoro dei ricercatori del genoma nei paesi partecipanti. HUGO, che può contare su un budget di circa 3 miliardi e mezzo di dollari, trasferisce i risultati ottenuti dai ricercatori in una banca dati computerizzata. Anche se i computer attualmente ne leggono migliaia di componenti ogni giorno, il genoma umano è talmente complesso che gli scienziati non pensano di completarne la decodifica che nel prossimo secolo. La rivista Scientific American stima che se il genoma fosse pubblicato in forma di libro ci vorrebbe “un terzo della vita di un uomo” per leggerlo tutto.

Dopo molti dibattiti gli scienziati hanno concordato di seguire la seguente strategia. Per prima cosa si prefiggono di mappare il genoma per individuare la posizione dei 100.000 geni. Poi si tratterà di sequenziare il genoma, nella speranza di scoprire l’ordine degli elementi costitutivi fondamentali che formano ciascuno di questi geni. L’obiettivo finale è sequenziare il restante 95-98 per cento di materiale genetico.

Conseguire questi obiettivi significherà scoprire tutto quello che c’è da sapere sulla vita umana? Il genoma umano contiene davvero ‘la più importante collezione di libri di istruzioni’ che l’uomo abbia mai trovato? Il Progetto Genoma arriverà a determinare la cura per tutti i mali dell’uomo? Gli articoli che seguono prendono in esame queste domande.

Ciò che fa di voi “voi”

PRIMA che fosse avviato il Progetto Genoma gli scienziati avevano già imparato molte cose sul nostro patrimonio genetico. Per questo sui giornali si leggono spesso termini come “geni”, “cromosomi” e “DNA”, man mano che viene annunciata una scoperta dopo l’altra nell’ambito di ciò che secondo i ricercatori fa di noi quello che siamo. Il Progetto Genoma ora tenta di edificare su questo fondamento e leggere tutto il nostro codice genetico.

Prima di vedere in che modo gli scienziati fanno questo, leggete il riquadro “Il progetto umano”, a pagina 6 di questa rivista.

Localizzare i geni

Come spiegava l’articolo precedente, il primo obiettivo del Progetto Genoma è stato scoprire in quali punti dei cromosomi umani sono localizzati i geni. Un “cacciatore di geni” paragona questo compito a “cercare una lampadina bruciata in una casa senza indirizzo in una via sconosciuta di una città anonima in un paese straniero”. Secondo la rivista Time l’impresa è “ardua quanto trovare un numero di telefono senza avere l’indirizzo o il cognome della persona”. Come fanno, dunque, gli scienziati ad affrontare questa sfida?

I ricercatori studiano alcune famiglie per localizzare i geni che determinano la trasmissione ereditaria di caratteristiche somatiche o predisposizioni ben note. Ad esempio, hanno localizzato geni responsabili di daltonismo, emofilia e palatoschisi (fessurazione congenita del palato) in determinate zone di uno dei cromosomi. Queste mappe cromosomiche cosiddette “di associazione” sono molto approssimate: indicano la posizione del gene con un’approssimazione di circa cinque milioni di coppie di basi.

Per conseguire una maggiore precisione gli scienziati vogliono compilare una mappa fisica. Uno dei metodi che seguono a questo scopo è quello di tagliare copie del DNA in frammenti di dimensioni casuali in cui poi cercano speciali sequenze che fungono da marcatori. Naturalmente, più numerosi sono i frammenti e più difficile è ordinarli. Se si paragona ogni frammento di DNA a un libro su uno scaffale ben identificato di una biblioteca, localizzare un gene è come “cercare una citazione in un libro solo anziché doverla cercare in tutta la biblioteca”, spiega la rivista New Scientist. Queste mappe fisiche restringono il campo di ricerca a qualcosa come 500.000 coppie di basi. Verso la fine del 1993 a Parigi, presso il Centro per gli Studi sul Polimorfismo Umano, un’équipe di scienziati guidata dal dott. Daniel Cohen ha prodotto quella che la rivista Time ha definito “la prima mappa completa, anche se rozza, del genoma umano”.

Il prossimo obiettivo del progetto è elencare l’esatta sequenza dei componenti chimici di ciascuno dei nostri 100.000 geni, come pure di altre parti del genoma. Ma man mano che gli scienziati migliorano le loro capacità di leggere il DNA, scoprono che il genoma è più complesso di quanto immaginavano.

Leggere il genoma

I geni costituiscono solo dal 2 al 5 per cento del nostro genoma. Il resto è spesso definito “DNA spazzatura”. Un tempo alcuni ricercatori pensavano che queste sequenze cosiddette inutili si fossero formate accidentalmente nel corso dell’evoluzione. Ora credono che alcune di queste zone non occupate da geni regolino la struttura del DNA e contengano informazioni di cui i cromosomi hanno bisogno per duplicarsi nel corso della divisione cellulare.

I ricercatori hanno cercato a lungo di capire cos’è che attiva o disattiva i geni. New Scientist riferisce che potremmo avere fino a 10.000 geni che codificano la produzione di proteine chiamate fattori di trascrizione. A quanto pare, diverse di queste proteine si uniscono e quindi si incastrano in una piega del DNA come una chiave in una serratura. Una volta lì possono attivare il gene vicino facendolo entrare in funzione oppure possono reprimerlo.

Esistono poi i geni cosiddetti “balbuzienti”, in cui alcune parti del codice genetico sono ripetute più volte. Uno di questi geni contiene normalmente da 11 a 34 ripetizioni della tripletta CAG, una sequenza di tre nucleotidi che identifica un determinato aminoacido. Quando contiene 37 o più ripetizioni insorge una malattia degenerativa del cervello nota come corea (o morbo) di Huntington.

Pensate anche a cosa succede se in un gene cambia una sola lettera. Una lettera sbagliata nella sequenza di 146 lettere che codifica uno dei due componenti dell’emoglobina provoca l’anemia falciforme. L’organismo possiede, comunque, un meccanismo di correzione degli errori che controlla l’integrità del DNA quando le cellule si dividono. Si dice che un difetto in questo meccanismo possa causare il cancro del colon. Molti altri disturbi, come il diabete e il mal di cuore, pur non essendo semplicemente il risultato di un singolo difetto genetico, derivano ugualmente dall’azione combinata di molti geni difettosi.

Riscrivere il genoma

I medici si aspettano dal Progetto Genoma informazioni utili per diagnosticare e curare i mali dell’uomo. Hanno già sviluppato test che rivelano anomalie in certe sequenze di geni. Alcuni temono che persone senza scrupoli useranno i test genetici per attuare una politica eugenetica. Attualmente quasi tutti si oppongono alla terapia genetica germinale, che implica la manipolazione dei geni nelle cellule spermatiche e negli ovuli. Anche le coppie che contemplano la possibilità della fecondazione in vitro per avere un embrione geneticamente normale devono prendere decisioni non facili su cosa fare degli embrioni che non saranno scelti per l’impianto. In più, persone riflessive esprimono preoccupazione per le conseguenze che potrà avere per il nascituro una diagnosi che riveli un’apparente anomalia genetica. Molti temono che la mappatura genetica degli individui adulti influisca sui meccanismi di assunzione e di promozione sul lavoro, e persino di assicurazione. Vi è poi la spinosa questione dell’ingegneria genetica.

“Non contenti di leggere il libro della vita”, commenta The Economist, “vogliono anche scriverci dentro”. Un modo in cui i medici possono far questo è impiegando i retrovirus. Un virus può essere considerato come un gruppo di geni in un involucro chimico. Partendo da un virus che colpisce gli esseri umani, gli scienziati eliminano i geni necessari al virus per riprodursi e li sostituiscono con una versione sana dei geni difettosi del paziente. Una volta inoculato nel paziente, il virus penetra nelle cellule bersaglio e sostituisce i geni difettosi con quelli sani di cui è portatore.

Basandosi sulla scoperta di un gene capace di proteggere dal cancro della pelle, di recente gli scienziati hanno dato notizia di una cura semplice. Visto che solo un individuo su 20 è portatore di questo gene, l’obiettivo è quello di includere il gene in una pomata che lo inserirà nelle cellule della pelle. Lì esso stimolerà la produzione di un enzima che secondo i medici elimina le tossine cancerogene che attaccano il corpo.

Per quanto affascinanti siano queste tecniche, l’impiego dell’ingegneria genetica è limitato da severi controlli mentre gli scienziati lottano contro le paure del pubblico legate alle sue possibili conseguenze.

C’è ancora molto da imparare sulle complesse caratteristiche del genoma umano. In effetti “non esiste un unico genoma umano”, osserva il genetista Christopher Wills. “Ce ne sono cinque miliardi, praticamente uno per ogni essere umano sulla terra”. Il vostro genoma dice molte cose sul vostro conto. Ma dice tutto?

Il vostro genoma dice tutto di voi?

Alcuni credono che i geni siano dei piccoli dittatori che condizionano il nostro comportamento. Non a caso, di recente la stampa ha annunciato la scoperta di geni che secondo alcuni sarebbero responsabili della schizofrenia, dell’alcolismo e persino dell’omosessualità. Molti scienziati invitano alla cautela in relazione a questi possibili legami. Ad esempio, Christopher Wills scrive che alcune variazioni genetiche non fanno che “predisporre i portatori all’alcolismo”. Secondo il Times di Londra Dean Hamer, esperto di genetica molecolare, avrebbe detto che la sessualità umana è di gran lunga troppo complessa per essere determinata da un solo gene. In effetti un volume di aggiornamento dell’Encyclopædia Britannica riferisce: “Non è stato però identificato nessun gene specifico che predisponga all’omosessualità, e il lavoro fatto finora dovrà essere confermato da altri”. (1994 Britannica Book of the Year) In più, la rivista Scientific American osserva: “I comportamenti umani sono assai difficili da definire e, in pratica, ciò che si vuol fare risalire a una base genetica si può spiegare come effetto di fattori ambientali”.a

Fatto interessante, in una serie televisiva della BBC sul codice genetico (Cracking the Code), il genetista David Suzuki ha detto di credere che “le circostanze personali, la religione e persino il sesso possono modificare il modo in cui i nostri geni influiscono su di noi. . . . Il modo in cui i geni influiscono su di noi dipende dalle nostre circostanze”. Di conseguenza egli avverte: “Se leggete sui giornali che gli scienziati hanno scoperto un gene dell’alcolismo, o della delinquenza, o dell’intelligenza, o di qualsiasi altra cosa, prendete la notizia cum grano salis. Per dire in che modo un determinato gene influisce su una persona gli scienziati dovrebbero sapere tutto anche dell’ambiente in cui quella persona vive, e forse neanche questo basterebbe”.

Non basterebbe di certo, perché esiste anche un altro fattore che può influire su chi siete. L’articolo che segue spiega cos’è questo fattore e come può influire su di voi per il vostro bene.

[Nota in calce]

[Riquadro/Diagramma alle pagine 6 e 7]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

Il progetto umano

• Il vostro corpo è composto da circa cento trilioni di cellule, che contengono quasi tutte una copia completa del progetto in base al quale siete stati formati. (I globuli rossi del sangue, tuttavia, non hanno nucleo e pertanto non contengono questo progetto).

• Le cellule sono strutture complesse, simili in un certo senso a città con tanto di industrie, depositi in cui viene immagazzinata l’energia e itinerari precisi per entrare ed uscire. Il centro che coordina il tutto è il nucleo.

• Il nucleo della cellula, dov’è conservato il progetto originario, si può paragonare al municipio, dove le autorità locali in genere conservano i progetti degli edifici costruiti nella zona. Per costruire tali edifici c’è bisogno che qualcuno ordini i materiali necessari, provveda gli attrezzi e tutto ciò che serve per fare il lavoro e organizzi gli operai.

• I cromosomi contengono i dettagli del progetto. Queste 23 coppie di molecole spiraliformi di DNA strettamente impacchettate sono presenti in tutte le cellule. Se tutti i cromosomi di tutte le cellule del corpo fossero dipanati e uniti fra loro, coprirebbero la distanza tra la terra e la luna e ritorno circa 8.000 volte!

• Il DNA consiste di due filamenti uniti da coppie di sostanze chimiche dette basi, le quali sono come i pioli di una scala che però è attorcigliata a spirale. La base adenina (A) si unisce sempre alla timina (T), la citosina (C) sempre alla guanina (G). Se aprite la “scala” del DNA come aprireste una cerniera lampo, ottenete il codice genetico sotto forma di sequenza di queste quattro lettere: A, C, G e T.

• I ribosomi, come fabbriche mobili, si attaccano al messaggio codificato nell’RNA (acido ribonucleico) per leggerlo. Nel farlo, uniscono uno dietro l’altro diversi composti chiamati aminoacidi, i quali formano le proteine che fanno sì che voi siate “voi”.

• I geni sono sezioni di DNA che forniscono il modello sul quale costruire i fondamentali elementi costitutivi del corpo, le proteine. Questi geni determinano la predisposizione a certe malattie. Per leggere i geni alcuni strumenti chimici chiamati enzimi separano i due filamenti di un tratto di DNA. Altri enzimi quindi avanzano “leggendo” il gene, e contemporaneamente costruiscono una serie complementare di basi al ritmo di 25 al secondo.

[Riquadro/Immagine a pagina 8]

Come ottenere un identikit genetico

Estraete un po’ di DNA da qualche tessuto umano e frammentatelo. Immergete i frammenti in un gel, quindi applicate una corrente elettrica e fissate le macchie risultanti su una sottile pellicola di nylon. Aggiungete una sonda genetica radioattiva e fotografate il tutto. Il risultato sarà l’“impronta digitale” del DNA.

Cosa può riservarvi il futuro?

LO STUDIO del genoma umano fa già molta luce sulle malattie che potrebbero colpire una persona. Ma quali possibilità ci sono di curare o persino di prevenire queste malattie?

Più cose i ricercatori impareranno sul genoma di piante, animali ed esseri umani, più è probabile che si possano sviluppare farmaci e terapie per curare le malattie, afferma il Times di Londra. Nondimeno, secondo la rivista Industry Week gli scienziati invitano alla cautela perché tutto questo “potrebbe avvenire dai 20 ai 50 anni dopo la diagnosi”. Questa situazione, secondo il professore di biochimica Charles Cantor, lascia “praticamente . . . senza speranza”. Ma non è detto che le cose debbano stare così.

La Bibbia promette chiaramente che tutte le malattie finiranno. “[Dio] asciugherà ogni lacrima dai loro occhi, e la morte non ci sarà più, né ci sarà più cordoglio né grido né dolore”, afferma Rivelazione (Apocalisse) 21:4. Saranno i genetisti ad adempiere queste parole mediante quella che la rivista The Christian Century chiama “co-creazione genetica”? L’adempimento delle promesse della Bibbia non dipende dal completamento del Progetto Genoma, né da una “co-creazione”, e nemmeno da un graduale miglioramento dell’ambiente in cui viviamo. Esso è garantito, invece, esclusivamente dalla forza attiva di Dio, il suo spirito santo.