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June 10, 2021
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Lo “sbarco sulla luna” della genomica: da oggi si può sequenziare il DNA dal suolo

Una scoperta scientifica che permette di elaborare nuove informazioni sulle popolazioni e la loro storia evolutiva, senza bisogno di trovare i fossili

Antonio GiordanobyAntonio Giordano
Lo “sbarco sulla luna” della genomica: da oggi si può sequenziare il DNA dal suolo

Una ricercatrice in laboratorio (pixabay)

Time: 2 mins read

Finora i fossili, in quanto resti integri o parziali di organismi animali o vegetali un tempo viventi, hanno rappresentato la principale testimonianza di vita geologicamente passata. Il processo di fossilizzazione di un organismo vivente può richiedere milioni di anni ed è un evento raro, in quanto i processi di decomposizione che subentrano alla morte dell’organismo determinano la sua distruzione e anche le sue componenti più resistenti, quali ad esempio ossa, conchiglie, denti, o legno, sono spesso disgregati da agenti naturali.

L’estrazione di DNA dai resti fossili permette di elaborare nuove informazioni sulle popolazioni e la loro storia evolutiva. Tuttavia, la difficoltà nel reperire materiale fossile e il processo di estrazione di DNA, che danneggia spesso in modo irreversibile il campione, contribuiscono a rendere incompleta la documentazione, specialmente per i periodi più lontani nel tempo e per le specie che vissero a basse densità di popolazione.

Recentemente, però, un’importante scoperta scientifica ha evidenziato che il DNA di popolazioni passate si può reperire direttamente dai sedimenti del suolo ed ha rivoluzionato il metodo per lo studio della genetica e della filogenetica delle antiche popolazioni, a tal punto da essere stata definita “lo sbarco sulla luna della genetica”. Il nuovo approccio, noto come “environmental DNA (eDNA) research, si basa sul sequenziamento di frammenti di DNA ottenuti da cellule eliminate da tessuti, peli, feci e urine e che sono rimasti conservati nei sedimenti.

(pixabay)

Questo approccio permette di determinare la composizione delle specie in assenza di macrofossili in una varietà di ambienti: sedimenti, grotte, ghiacci, laghi, fiumi ed oceani. Tuttavia, l’analisi di eDNA è per ora ristretta al DNA mitocondriale e cloroplastico, oppure a sequenze di DNA corte, altamente diversificate e ottenute con la tecnica di sequenziamento “shotgun” (mitragliatrice), termine che indica la creazione non controllata di frammenti di DNA a cui è necessario poi assegnare un ordine di assemblaggio ottenibile tramite metodi computazionali. Il professor Willerslev, ricercatore presso il dipartimento di zoologia dell’Università di Cambridge e presso il Lundbeck Foundation GeoGenetics Centre dell’Università di Copenaghen ha spiegato che le feci e le urine di uomini e animali contengono anche cellule dell’organismo.

I frammenti di DNA derivanti da queste cellule sono presenti nei campioni di suolo e possono essere analizzati attraverso l’utilizzo di potenti tecniche di sequenziamento, rendendo possibile la ricostruzione di profili genetici. Willerslev ed i suoi collaboratori hanno dimostrato che il materiale genetico di questi frammenti cellulari, nelle giuste condizioni, può sopravvivere oltre 10.000 anni. Presso la Chiquihuite Cave nelle Astillero Mountains in Messico, infatti, il team di ricercatori ha rinvenuto materiale genetico in sedimenti di 14.000-16.000 anni e attraverso specifiche analisi ha ricostruito che la popolazione dell’orso nero del Messico del Pleistocene tardivo è ancestralmente correlato alla popolazione attuale dell’orso nero americano orientale; allo stesso modo, i ricercatori hanno rilevato che l’estinto orso gigante dalla faccia corta presente in Messico è profondamente divergente dalla precedente popolazione di orsi neri del Canada nord-occidentale.

Scheletro dell’orso gigante (wikimedia)

Per gli studiosi di DNA antico la possibilità di ricostruire genomi da frammenti reperiti nel suolo o nei sedimenti è di importanza fondamentale e lo studio del DNA degli orsi rinvenuto nella grotta messicana rappresenta un esempio eccellente di come la ricostruzione genomica a partire da frammenti di eDNA trovati nel suolo abbia reso immediatamente disponibili nuove informazioni. Questa scoperta ha aperto una nuova frontiera che, con il perfezionamento delle tecniche e delle metodologie, renderà il reperimento fossile non più necessario, ma soprattutto si avrà la possibilità di espandere la narrativa in diversi settori, dall’evoluzione delle specie, allo sviluppo dei cambiamenti climatici e altro.

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Antonio Giordano

Antonio Giordano

Sono nato nel '62 a Napoli dove mi sono laureato in Medicina e Chirurgia. Sono direttore dello Sbarro Institute for Cancer Research and Molecular Medicine della Temple University di Philadelphia dove vivo con la mia famiglia. Dal 2004 sono professore per “chiara fama” all’Università di Siena. Di me dicono che abbia una certa esperienza nella genetica del cancro e nella regolazione del ciclo cellulare. Di sicuro c'è che i miei studi hanno contribuito alla comprensione di alcuni dei meccanismi alla base dello sviluppo del cancro e al disegno di una nuova generazione di farmaci. Ho all'attivo oltre 600 pubblicazioni e più di 30 premi. Sono appassionato della squadra di calcio del Napoli. www.drantoniogiordano.com www.shro.org Antonio Giordano is Professor of r Biology at Temple University in Philadelphia where he is also Director of the Sbarro Institute for Cancer Research and Molecular Medicine. He is also ‘Chiara Fama’ Professor of Pathology at the University of Siena, Italy. His research interest includes both molecular and translational mainly focused on cell cycle deregulation in cancer. Dr Giordano identified a tumor suppressor gene, Rb2/p130, that has been found to be active in lung, endometrial, brain, breast, liver and ovarian cancers and also discovered Cyclin A/p60, Cdk9, and Cdk10. Cdk9 is known to play critical roles in HIV transcriptions, inception of tumors, and cell differentiation,[3] They also play a part in muscle differentiation and have been linked to various genetic muscular disorders. He has published over 600 articles and received over 40 awards for his contributions to medical research.  www.drantoniogiordano.com www.shro.org

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