genomica funzionale

genomica funzionale

genòmica funzionale locuz. sost. f. – Branca della genomica che mira a comprendere le modalità con cui i geni dirigono lo sviluppo e il funzionamento degli organismi e come il loro malfunzionamento induca uno stato patologico. Una volta identificata la sequenza di un gene – compito della (v.) – bisogna anche determinarne l’esatta funzione e il modo in cui interagisce con altri geni, ovvero è necessario attribuirgli una connotazione funzionale. La g. f., nata dal contributo di diverse discipline, si basa sulla (v.) per l’analisi computazionale di una data sequenza genica. Le annotazioni prevedono l’identificazione di geni potenzialmente codificanti una o più proteine. Questo processo viene effettuato grazie all’ausilio di algoritmi di ricerca in grado di individuare le cosiddette ORF (Open reading frame), ossia le sequenze di codoni che codificano le proteine. In genere, l’identificazione di una sequenza ORF richiede il confronto con le informazioni presenti all’interno di banche dati alle quali è possibile accedere attraverso Internet. I programmi preposti a tali confronti si basano su algoritmi di allineamento di sequenze e implicano la comparazione della sequenza di interesse con quelle presenti all’interno dei database, di cui si conosce la funzione. Fra i vari algoritmi di allineamento spicca in modo particolare il programma BLAST (Basic local alignment search tool), prodotto dal National center for biotechnology information (NCBI). I problemi di annotazione di una determinata sequenza possono nascere laddove nessun gene simile a quello che stiamo studiando sia stato ancora caratterizzato. Questi geni vengono spesso definiti geni FUN (Function unknown), meglio conosciuti come (v.). Tuttavia, le annotazioni di un genoma non si limitano solo all’identificazione di sequenze ORF: esistono sequenze regolatrici la cui funzione è quella di riunire i vari esoni e introni di un gene.

Genomica comparativa. – Per superare alcuni dei limiti posti da queste analisi, le annotazioni vengono spesso eseguite sulla base della cosiddetta genomica comparativa, ovvero quella branca della genomica funzionale in grado di confrontare interi genomi di diverse specie con lo scopo di aumentare le conoscenze sulle funzioni dei singoli geni e quindi dell’intero genoma. L’approccio comparativo si basa sull’assunto che tutti gli attuali genomi si siano evoluti partendo da genomi ancestrali. In questo modo, la conoscenza di un gene in un dato organismo può fornire informazioni sul gene omologo di un altro organismo. Nel caso dell'uomo, l’uso di informazioni su genomi diversi da quello umano è in grado di rimediare alla mancanza di conoscenza, spesso causata da problemi etici inerenti, talora, all’impossibilità di una diretta sperimentazione sui geni umani.

Trascrittoma. – Le metodiche classiche di biologia molecolare (Northern blot, reazione a catena delle polimerasi in tempo reale, ibridazione in situ, ecc.) hanno l’enorme limite di quantificare l’espressione di solo uno o pochi geni per volta. Il sequenziamento del genoma ha aperto la strada a nuove prospettive di ricerca: lo studio dell’espressione di tutti i geni di una cellula a livello trascrizionale e traduzionale e l’analisi delle interazioni tra tutte le proteine. La misurazione del trascrittoma (ovvero l’insieme degli mRNA trascritti in una cellula) offre un quadro complessivo dello stato di espressione genica della cellula. Poiché gli mRNA specificano le proteine che svolgono le funzioni cellulari, il trascrittoma è un indicatore fondamentale del fenotipo e della funzione cellulare. È importante puntualizzare che un singolo gene può produrre molti mRNA diversi e le proteine sintetizzate da questi mRNA possono poi essere modificate in modi differenti (per es., mediante proteolisi, fosforilazione o glicosilazione). Il trascrittoma di una cellula, dunque, è molto complesso e varia significativamente nei differenti tipi cellulari; inoltre, esso cambia in seguito alle risposte cellulari agli stimoli ambientali, e in funzione del procedere della cellula attraverso il ciclo cellulare, che comporta la replicazione del DNA e la divisione cellulare. L’analisi del trascrittoma fornisce un preciso ritratto molecolare della cellula in determinate condizioni, come, per es., nello stato di salute o in una patologia. Questo tipo di indagine ha notevoli implicazioni in campo medico-clinico, fornendo un mezzo efficace per la prognosi e la diagnosi precoci, e per lo sviluppo di strategie terapeutiche mirate. I geni la cui espressione è specificatamente incrementata in condizioni patologiche potrebbero, inoltre, rappresentare dei bersagli farmacologici, mentre geni la cui espressione è ridotta potrebbero codificare proteine importanti ai fini terapeutici.