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Tecnologie avanzate per la Bio-Medicina Genomica

Lo studio del genoma umano partendo dalla metodica di sequenziamento ideata da Frederick Sanger, passando dalla svolta rappresentata dal progetto Genoma Umano, fino alle metodiche di sequenziamento di seconda e terza generazione. Una lezione della professoressa di Biochimica clinica e biologia molecolare clinica dell'Università di Catania, Vincenza Barresi nell'ambito dell'offerta formativa (OF3) del progetto Bio-nanotech Research and Innovation Tower




E' la metodica di sequenziamento ideata da Frederick Sanger 40 anni fa, l'applicazione scientifica da cui iniziano gli studi del sequenziamento del genoma umano. Si tratta di una metodica enzimatica che durante la fase di allungamento del DNA utilizza  due deossinucleotidi e due o tre dideossinucleotidi. Questi infatti interrompono l'allungamento della catena permettendone la visualizzazione in seguito a separazione elettroforetica dei frammenti ottenuti. E' però il progetto Genoma Umano  che rappresenta un punto di svolta sostanziale per la comprensione della struttura e della complessità del genoma da una parte e per la messa a punto di tecnologie che permettessero l'analisi del genoma in breve tempo e con pochi esperimenti dall'altra. Su proposta dello scienziato Renato Dulbecco e con il coinvolgimento di istituzioni pubbliche e private, si basa sulla metodica di Sanger e ha raggiunto l'obiettivo nel 2004. Diversi sono oggi i metodi di sequenziamento proposti e se il metodo di Sanger viene detto di prima generazione esistono metodiche di sequenziamento di seconda e terza generazione. Le prime, definite di seconda generazione o di nuova generazione (Next generation sequencing, NGS), sono sensibili e permettono di ottenere contemporaneamente migliaia di sequenze diverse, in parallelo, in un solo esperimento. Esistono diverse piattaforme ma tutte sono caratterizzate da una fase di frammentazione del DNA genomico, una fase di amplificazione clonale, una fase di sequenziamento e di rivelazione, una fase di elaborazione dei risultati. tre sono le tecnologie di seconda generazione attualmente a disposizione della comunità scientifica. La prima è con amplificazione clonale a ponte (bridge) e sequenziamento tramite nucleotidi terminatori marcati con fluorocromi, la seconda con amplificazione clonale mediante una PCR in emulsione (emulsion PCR) e sequenziamento tramite primers di interrogazione e una DNA ligasi, la terza con amplificazione clonale mediante una PCR in emulsione e determinazione della sequenza mediante misurazione delle variazioni di pH dovute al rilascio di protoni in seguito all'incorporazione di nucleotidi non modificati da parte della polimerasi all'interno di chip a semiconduttori. Le tecnologie di terza generazione che stanno emergendo sono rivolte invece al sequenziamento di molecole frammentate con l'eliminazione della tappa di amplificazione clonale al fine di ridurre eventuali errori che possano essere introdotti durante l'amplificazione.


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