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Analisi di modelli genetici con i dati ambientali, Metafunctions
Il progetto METAFUNCTIONS, avviato di recente, è inteso allo sviluppo di un sistema di estrazione di dati che metta in relazione i modelli genetici di genomi e di metagenomi con dati ambientali contes
Il progetto METAFUNCTIONS, avviato di recente, è inteso allo sviluppo di un sistema di estrazione di dati che metta in relazione i modelli genetici di genomi e di metagenomi con dati ambientali contestuali.
Decifrare il progetto genetico di tutte le specie microbiche potrebbe rivelare agli scienziati quali specie sono presenti in un determinato ambiente e il modo in cui interagiscono, e consentirebbe loro di scoprire migliaia di microrganismi precedentemente sconosciuti, nonché nuovi enzimi e proteine per uso medico e industriale, e nuovi modi per impiegare i batteri al fine di combattere l'inquinamento.
La determinazione della sequenza completa del DNA di una singola specie è divenuta un fatto comune - tale risultato è stato conseguito per gli esseri umani, i topi, le piante di riso e molti microrganismi. Negli ultimi sette anni, sono stati sequenziati con ottimi risultati più di 260 genomi microbici, e attualmente sono in corso altri 600 sequenziamenti.
I ricercatori sanno che fino al 99 per cento dei microrganismi non può essere studiato avvalendosi dei metodi tradizionali di estrazione del DNA. è tuttavia possibile estrarre il DNA da un campione del suolo o di acqua di mare. Pertanto, occorre utilizzare nuove tecniche per accedere a tale diversità nascosta.
Le tecniche si propongono di leggere tutto il DNA delle comunità batteriche presenti in una porzione di terreno o nell'acqua di mare, o addirittura nel rivestimento dell'intestino umano. Le sequenze di tali campioni sono note col nome di metagenomi - non il genoma di un organismo, bensì il progetto genetico di un ambiente specifico. Tali metodi hanno come obiettivo l'estrazione del DNA da un dato ambiente e l'inserimento dello stesso all'interno di un plasmide di espressione, allo scopo di creare una biblioteca "metagenomica". La fase finale consiste nello sperimentare funzionalmente il DNA espresso per una molteplicità di attività.
Stanno emergendo moltissime informazioni metagenomiche - ma gli strumenti per analizzarle sono decisamente carenti.
Il compito non è semplice: ci possono essere migliaia di specie microbiche diverse in un cucchiaio di terreno o di acqua di mare, vale a dire che, in senso genetico, tale campione potrebbe essere più complesso del genoma umano. Inoltre, la ricerca sulla metagenomica fino a questo momento si è incentrata prevalentemente su batteri di rilevanza medica, mentre gli organismi "ecologicamente importanti" (ad esempio, quelli coinvolti nella produzione e nel consumo di metano) non hanno ricevuto la stessa attenzione.
Finanziato dalla Commissione europea a titolo del programma NEST (Newly Emerging Science and Technology, ossia Scienze e tecnologie nuove ed emergenti) del Sesto programma quadro (6PQ), il progetto METAFUNCTIONS mira ad affrontare tali sfide mediante lo sviluppo di un nuovo sistema di estrazione dei dati che possa individuare rapporti tra i geni sequenziati e il loro contesto ambientale ed ecologico.
Coordinato dall'Istituto Max Planck per la microbiologia marina, in Germania, il progetto integra svariate competenze nel campo della bioinformatica, della scienza informatica, dei sistemi di informazione geografica e delle scienze marine di quattro centri europei di ricerca di Germania, Svizzera e Polonia.
Il fine ultimo del progetto, il cui titolo ufficiale è "environmental- and metagenomics - a bioinformatics system to detect and assign functions to habitat-specific gene patterns" (ambiente e metagenomica - un sistema bioinformatico per individuare e assegnare funzioni a modelli di geni di habitat specifici), è determinare la funzione di geni ad oggi sconosciuti, noti come "geni ipotetici". La combinazione innovativa di competenze ha la possibilità di produrre una tecnologia di ampia applicazione e con un elevato potenziale di guadagno. Il progetto sta realizzando un "Genomes MapServer" (server per la mappatura dei genomi) che consentirà presto agli scienziati di tutto il mondo di accedere a dati genomici ed ecologici integrati, e di visualizzare chiaramente i risultati delle loro analisi.
METAFUNCTIONS sta utilizzando le tecniche di elaborazione del linguaggio naturale per raccogliere dati presenti nella letteratura e convertirli in un formato strutturato di banca dati. Inoltre, il progetto si affida in larga misura alle tecniche di estrazione dei dati per individuare modelli nuovi o interessanti di dati genomici.
Un altro aspetto innovativo del progetto in questione è l'utilizzo di sistemi di informazione geografica (GIS). Gli strumenti dei GIS consentono la simulazione e l'analisi degli eventi da una prospettiva geografica o spaziale. I modelli nuovi - ad esempio, il raggruppamento fisico di geni all'interno di un genoma - verranno messi in relazione ai dati contestuali sull'habitat. Ad esempio, un raggruppamento particolare di geni potrebbe essere presente in numerosi genomi e metagenomi, tutti provenienti da ambienti a temperatura elevata. Sarebbe ragionevole dedurre che il gene in questione svolge un qualche ruolo nel consentire la sopravvivenza in condizioni di calore estremo.
In particolare, il progetto METAFUNCTIONS consentirà di colmare il ritardo attuale nell'assegnazione di funzioni all'ampio numero di geni ipotetici conservati prodotti dal sequenziamento genomico ad alta velocità di elaborazione. L'ecologia marina, la biotecnologia, la medicina e molti settori industriali potrebbero trarre vantaggio dalla mappatura che METAFUNCTIONS fornirà alla genomica ecologica.
Il potenziale di risultato del progetto è enorme: i batteri costituiscono più della metà della materia vivente della Terra, e svolgono ruoli essenziali in numerosi cicli ambientali. Trasformano l'azoto dell'aria in una forma utilizzabile dalle piante, producono circa la metà dell'ossigeno del pianeta, scompongono i minerali e contrastano l'inquinamento.
Per ulteriori informazioni consultare:
http://www.megx.net
Fonte: (26/10/2005)
Pubblicato in Genetica, Biologia Molecolare e Microbiologia
Tag:
Metafunctions,
genetica,
ambiente
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