La rivista Nature ha stabilito un importante precedente per il mondo del web di recente, pubblicando un documento on-line 10 giorni prima del suo debutto previsto per il 18 maggio. La loro decisione, naturalmente, dipendeva dall’importanza dell’articolo. In esso, un consorzio internazionale di scienziati rivela la sequenza completa del cromosoma 21, il più piccolo dei 24 cromosomi umani. E ciò che hanno trovato – un’inaspettata scarsità di geni sul 21 – suggerisce che il numero totale di geni umani è stato molto probabilmente sovrastimato.
Il cromosoma 21, che rappresenta circa l’1 per cento dell’intero genoma, era previsto per essere povero di geni, ma non così impoverito come sembra ora. Infatti, il progetto Unigene prevedeva che il 21 avrebbe portato solo l’80% del numero di geni che ci si poteva aspettare per un cromosoma delle sue dimensioni. Quindi, se il numero totale di geni umani previsti è di circa 100.000, la previsione era che 21 avrebbe contenuto da 800 a 1.000 geni, o l’80% dell’1% del genoma.
Ma in realtà, il consorzio del cromosoma 21 – che comprendeva ricercatori di Giappone, Germania, Francia, Svizzera, Inghilterra e Stati Uniti – ha trovato solo 225 geni. Questo è un piccolo numero non solo in termini di ciò che è stato previsto, ma anche in confronto all’altro cromosoma completamente sequenziato fino ad oggi, 22, che contiene 545 geni ed è di dimensioni simili. Il cromosoma 22 è considerato “ricco di geni”, ma le nuove informazioni stanno ancora facendo rivedere ai ricercatori le loro previsioni sul genoma stesso.
“Questi due cromosomi insieme”, scrivono gli autori del documento, “rappresentano circa il 2% del genoma umano e contengono collettivamente 770 geni. Supponendo che entrambi i cromosomi combinati riflettano un contenuto medio di geni del genoma, stimiamo che il numero totale di geni umani possa essere vicino a 40.000.”
Nonostante il piccolo numero di geni sul cromosoma 21, non era un gomitolo di DNA facile da districare, e nel farlo, il consorzio ha fatto diversi progressi tecnici. Tutti i cromosomi assomigliano alla X, avendo braccia corte e lunghe di DNA, composte da milioni di coppie di basi. Il gruppo riporta una sequenza che copre il 99,7% del braccio lungo del cromosoma 21, o 33,55 milioni di coppie di basi. E all’interno di quella sequenza c’è un tratto ininterrotto di 28,5 milioni di paia di basi – la più lunga sequenza continua di DNA conosciuta finora.
Il documento descrive anche una sequenza di 281.000 paia di basi sul braccio corto del cromosoma 21, che era difficile da mappare e clonare perché contiene una serie di sequenze altamente ripetitive (vedi illustrazione a sinistra). La lunghezza di questo braccio corto varia notevolmente tra gli individui, e così questa sequenza segna il primo esempio di una grande parte del genoma che può drasticamente espandersi o contrarsi.
Capire più in dettaglio cosa fanno i geni sul cromosoma 21 potrebbe essere una manna per i ricercatori medici. Le mutazioni in 14 geni noti sul cromosoma 21 giocano un ruolo in una forma di malattia di Alzheimer, nella sclerosi laterale amiotrofica e nell’epilessia mioclonica progressiva, tra le altre malattie. Anche sul cromosoma 21 ci sono geni non ancora identificati, ma noti per essere responsabili di cinque cosiddetti disturbi monogenici, tra cui due forme di sordità e le sindromi di Usher e Knobloch.
La cosa forse più significativa è che avere una terza copia del cromosoma 21, o trisomia 21, provoca la sindrome di Down, che colpisce fino a una nascita su 700 ed è la causa più comune di ritardo mentale. Probabilmente perché il cromosoma 21 ha così pochi geni che la trisomia 21, a differenza di molti altri disturbi cromosomici, non è fatale prima della nascita, o anche in giovane età. Anche così, la sindrome di Down è associata a più di 80 problemi fisici e mentali, tra cui malattie cardiache congenite, un aumento del rischio per alcune leucemie e carenze immunologiche.
Il documento porta buone notizie per gli scienziati che sperano di individuare i geni sul cromosoma 21 che stanno dietro le varie complicazioni della sindrome di Down: regioni del cromosoma 21 umano hanno molto in comune con diverse regioni dei cromosomi 10, 16 e 17 del topo – regioni che sono chiamate sintenie conservate tra le specie. Questo alto grado di conservazione significa che gli scienziati possono iniziare a usare le mappe del topo come guida. Modi migliori di gestire la sindrome di Down potrebbero non emergere subito, ma è un inizio.