Ingegnere informatico a Napoli, lavora per sei anni in un’azienda come ingegnere del software. Ma ‘per caso’ - sono parole sue - si innamora della biologia. Quinid laurea magistrale in Bioinformatica a “Tor Vergata” e dottorato in Biologia cellulare e molecolare sempre a “Tor Vergata”, dove ancora tiene il corso “Strutture dati per la bioinformatica”. Ecco Andrea Guarracino, 35 anni, primo autore di una delle ultime pubblicazioni di Nature, e coautore di una seconda, sul pangenoma umano.
“Durante il mio dottorato, ho esplorato l’instabilità dei cromosomi nelle cellule staminali cancerose del colon-retto - spiega Guarracino - per lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici alla malattia”. Grazie alla pandemia, incontra il pangenoma, il genoma di riferimento della specie umana: “A metà delle mie ricerche di dottorato, ‘grazie’ alla pandemia, ho partecipato a un
evento virtuale dove ho ‘incontrato’ il pangenoma e ho cominciato a lavorare alacremente sullo sviluppo di nuovi strumenti per costruire e analizzare l’assemblaggio dei genomi umani”. Il suo lavoro di dottorato si è concretizzato nella tesi finale dal titolo “Investigating chromosomal instability in cancer stem cells”, supervisori i
prof Ilio Vitale e Manuela Helmer Citterich. Ora è post-doc presso lo
University of Tennessee Health Science Center e visitor scientist presso lo
Human Technopole di Milano. Ha pubblicato 14 lavori, tutti di impatto alto o molto alto, 7 dei quali con affiliazione presso il dipartimento di Biologia del nostro Ateneo.
Lo studio che Andrea Guarracino sta portando avanti assieme alla comunità di ricercatori e ricercatrici dello
Human Pangenome Reference Consortium permette di scoprire una modalità particolare di scambio del DNA, che induce anche infertilità e altre anomalie cromosomi.
Le connessioni genetiche nascoste, infatti, scoperte grazie allo studio sul pangenoma umano gettano luce su infertilità e altre condizioni congenite
Il pangenoma umano
Il completamento del Progetto Genoma Umano, ovvero il sequenziamento di un intero genoma umano, è stato un risultato rivoluzionario nella biologia moderna i cui primi importanti risultati possono essere datati circa 20 anni fa. In una nuova ricerca pubblicata su Nature lo scorso 11 maggio (Liao et al., 2023), lo
Human Pangenome Reference Consortium presenta l'assemblaggio di 94 genomi umani per esplorare le
variazioni genetiche tra gli esseri umani. Incorporando i dati di numerosi individui diversi, la bozza di riferimento del pangenoma umano stabilisce una base statisticamente più corretta per la ricerca biomedica, rispetto a un singolo genoma. Gli Autori del lavoro dimostrano che la bozza del pangenoma umano, essendo più rappresentativa dell'intera popolazione umana, migliora l'accuratezza della genotipizzazione e supporta l'identificazione di quasi il doppio delle varianti strutturali rispetto a un singolo genoma di riferimento. Tra gli autori,
Andrea Guarracino, brillante ex studente del
dipartimento di Biologia di “Tor Vergata”.
Sfruttando nuove tecniche bioinformatiche che consentono il confronto di più genomi umani completi, i ricercatori sono stati in grado di decodificare variazioni di sequenza precedentemente inaccessibili, scoprendo modelli sorprendenti di evoluzione genetica attraverso i cromosomi. Nel secondo lavoro pubblicato nello stesso numero di Nature (Guarracino et al., 2023), i collaboratori dell'HPRC hanno utilizzato questa risorsa per rispondere a domande fondamentali sul tipo più diffuso di anomalia cromosomica negli esseri umani, la “traslazione robertsoniana”.
Svelare traslocazioni cromosomiche
Per la prima volta, è stato possibile far luce luce sulla formazione di specifiche traslocazioni cromosomiche, note come traslocazioni Robertsoniane. Queste traslocazioni, che coinvolgono la rottura di un frammento di un cromosoma e la sua fusione con un altro, sono il tipo più comune di fusione cromosomica nell'uomo e colpiscono circa 1 individuo su 1.000. Le traslocazioni robertsoniane influiscono sull'infertilità e altre anomalie genomiche, come quelle che portano alla sindrome di Down. La base molecolare di queste traslocazioni è stata a lungo un mistero.
Com’è fatto il genoma umano
Il genoma umano è organizzato in 23 coppie di cromosomi. I cromosomi sono composti da DNA e proteine e sono caratterizzati da due bracci che si dipartono dal centromero, una regione in cui i cromosomi duplicati sono tenuti insieme prima della divisione cellulare. Cinque di queste coppie di cromosomi sono detti acrocentrici, ovvero possiedono un braccio più corto e uno più lungo. Questi bracci corti contengono geni cruciali per la sintesi di ribosomi, composti da proteine e RNA ribosomiale, che sono le macchine molecolari per la produzione di proteine. Durante la meiosi, il processo di divisione cellulare che crea spermatozoi e uova, il materiale genetico può essere scambiato tra cromosomi corrispondenti. In questo processo, noto come ricombinazione, coppie di cromosomi omologhi (uno per ciascun genitore) si rompono e si scambiano o copiano segmenti, con conseguente aumento della diversità genetica nella prole. Per questo motivo i cromosomi alla fine della meiosi differiscono sia dai cromosomi dei genitori che l'uno dall'altro.
Un risultato sorprendente
Lo studio di Guarracino et al., 2023 ha portato alla scoperta di una modalità particolare di scambio di DNA. Gli autori hanno scoperto che regioni specifiche sui bracci corti dei cromosomi 13, 14, 15, 21 e 22 sono sorprendentemente simili, suggerendo che la ricombinazione possa verificarsi tra coppie di cromosomi non corrispondenti. Gli autori hanno chiamato queste regioni "pseudo-omologhe", per indicare che sebbene si trovino su cromosomi diversi, durante la ricombinazione dovuta alla meiosi, possono scambiare sequenze con altri membri della comunità cromosomica acrocentrica come se fossero omologhi.
Questa scoperta è stata resa possibile da un innovativo approccio bioinformatico in cui il team ha costruito il grafo del pangenoma. Il grafo funziona essenzialmente come un allineamento e rende possibile la rappresentazione di tutte le potenziali somiglianze di sequenza tra più genomi. Analizzando le strutture del grafo, i ricercatori sono stati in grado di dedurre l'esistenza di regioni su diversi cromosomi che vengono omogeneizzate, o rese simili, attraverso la ricombinazione. Il lavoro presentato risolve le limitazioni di studi precedenti e getta solide fondamenta per la futura ricerca in genomica e citogenetica, portandoci più vicini a capire e svelare i misteri dell’evoluzione genetica umana.
Queste scoperte evidenziano il potere della curiosità scientifica e della collaborazione nel generare intuizioni significative per la salute umana.
Ecco le pubblicazioni a cui si fa riferimento
A Draft Human Pangenome Reference
Recombination between heterologous human acrocentric chromosomes
