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6 marzo 2014

Genoma Umano: a Univre KnoSYS100 per l’interpretazione del genoma

Università degli Studi di Verona – Presentazione di “KnoSYS100” innovativa tecnologia per l’interpretazione del genoma umano

Genoma

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Interpretare un intero genoma umano in meno di 24 ore e determinare la possibile predisposizione a numerose malattie. Ora è possibile a Verona grazie a KnoSYS100, l’innovativa piattaforma tecnologica di cui si è di recente dotata, unica in Europa, la spin-off Personal Genomics di cui è direttore scientifico Massimo Delledonne direttore del centro di Genomica Funzionale dell’Università di Verona. Grazie a questa nuova acquisizione il team di ricerca scaligero è ora in grado non solo di leggere con rapidità e accuratezza il genoma umano a basso costo ma anche di interpretarlo.

Fino ad oggi, infatti, il sequenziatore di ultima generazione “Illumina” in dotazione al centro di Genomica Funzionale consentiva di decodificare con grande accuratezza oltre 100 miliardi di basi del Dna in circa 8 giorni. Ma per diagnosticare una patologia non basta leggere il libro del genoma, occorre interpretarlo e comprenderlo. Solo avendo a disposizione questa “stele di Rosetta” è possibile portare la genomica a beneficio di tutti. Ora questo è reso possibile dalla nuova strumentazione KnoSYS100 in grado di tradurre il labirinto di lettere del Genoma Umano in una serie di report ricchi di utili informazioni per la salute dei pazienti. KnoSYS100 include già pannelli diagnostici per diverse patologie come epilessia, malattie neurodegenerative e cardiache.

La piattaforma è stata presentata dal rettore dell’Università Nicola Sartor, dal delegato alla Ricerca Mario Pezzotti e dal direttore del Centro di Genomica Funzionale Massimo Delledonne.

Un importante passo in avanti che conferma Verona come una realtà di eccellenza scientifica e biomedica all’avanguardia in Europa, in grado di portare la lettura e l’interpretazione dell’intero genoma di un individuo direttamente dal laboratorio alla clinica. Un primato scientifico confermato da recenti collaborazioni con importanti istituti impegnati nella ricerca delle malattie rare a base genetica come l’istituto di ricerche farmacologiche Mario Negri di Bergamo e l’istituto neurologico nazionale Casimiro Mondino di Pavia.

KnoSYS100 è costruita attorno alla tecnologia di interpretazione dei genomi di Knome Inc., azienda statunitense leader nell’interpretazione automatica del genoma. Una piattaforma “plug and play” con prestazioni uniche: 8 computer che dialogano tra di loro utilizzando una connessione di rete ad altissima velocità,  per un picco di potenza computazionale pari a 4.2 teraFLOP, una memoria di 512 Gb di Ram e ben 60 Terabyte di spazio disco utilizzabile per immagazzinare ed elaborare i dati derivanti dal sequenziamento del Dna. La piattaforma è inoltre dotata di un software avanzato per interpretare un intero genoma in una sola giornata e per determinarne la predisposizione a numerose malattie. Questo grazie a “pannelli diagnostici” predisposti direttamente dai medici e che forniscono al sistema una “chiave di lettura” in base alla quale analizzare i dati del Dna di un paziente.

Il progetto pilota. Nel 2012 i ricercatori del centro di Genomica  Funzionale e l’Azienda Ospedaliera Universitaria Integrata hanno partecipato ad un progetto pilota di adozione clinica dei dati genomici analizzati mediante l’innovativa piattaforma sviluppata da Knome Inc. Grazie agli ottimi risultati di quell’esperienza, la spin off Personal Genomics ha acquisito, unica in Europa, il sistema hardware-software KnoSYS100, il cui costo di 120.000 euro è stato sostenuto nell’ambito della partecipazione della spin off scaligera al progetto “Next Generation Sequencing Platform for Targeted Personalized Therapy of Leukemia (NGS-PTL)”, finanziato dall’Unione Europea. Il progetto è coordinato da Giovanni Martinelli del dipartimento di Medicina Specialistica, Diagnostica e Sperimentale dell’Università di Bologna e specialista nel campo dello studio delle leucemie e riunisce 10 partner provenienti da sei Paesi europei. Il sistema KnoSYS100 viene utilizzato nel progetto per supportare le attività dei genetisti medici coinvolti nella fase di comprensione delle differenze molecolari alla base dei diversi sottotipi di leucemia e responsabili delle differenti manifestazioni cliniche e risposte alle terapie.

Al termine del progetto europeo, Personal Genomics intende mettere a disposizione il KnoSYS100 sia del centro di Genomica Funzionale sia dell’Azienda Ospedaliera di Verona per contribuire a migliorare l’efficienza del sistema sanitario regionale.

Verso la genomica personalizzata. Indagare il Dna di ciascuno di noi permette prevenzione e terapie mirate e, a sua volta, consente di capire l’origine profonda delle malattie. Nell’era della genomica la medicina sta quindi diventando “personalizzata” nella diagnosi e nel trattamento. Grazie alla genomica ognuno avrà a disposizione la sequenza del proprio Dna e, con l’aiuto del medico, potrà comprenderne l’influsso sulla propria salute. Piccole differenze nel nostro Dna possono portare a maggiori o minori predisposizioni a malattie o a richiedere terapie differenti per malattie apparentemente identiche. Patologie che crediamo universali in realtà possono avere una base genetica molto diversa. A seconda dei dettagli del genoma un paziente può rispondere meglio a una terapia e un altro a una diversa.

Tali risultati, affiancati allo sviluppo di strumenti bioinformatici e biostatistici volti a correlare i dati genomici con quelli clinico/molecolari, porteranno i medici specialisti a definire veri e propri “pannelli diagnostici” per effettuare un’indagine genomica predittiva che permetta l’individuazione precoce di malattie anche in fase pre-clinica e di personalizzare la strategia terapeutica. Principale scopo della medicina personalizzata, oggi sempre più spesso chiamata medicina di precisione, è perciò offrire soluzioni per la salute che forniscano ai medici e ai pazienti prestazioni altamente efficaci in termini di diagnosi e trattamento e sicuri dal punto di vista degli effetti collaterali legati alla terapia. L’apertura a questa forma nuova di medicina spalanca le porte a strategie avanzate di prevenzione attraverso la quale è possibile cercare di ridurre ai minimi termini tutti quelli che sono i fattori di rischio non genetici con lo scopo di annullare l’insorgenza della malattia o di ritardarne o rendere meno drastici gli effetti e i sintomi, modificando anche il proprio stile di vita.

Nuove collaborazioni. L’ateneo di Verona e l’istituto Mario Negri hanno firmato una convenzione quadro che prevede l’impiego delle tecnologie e delle competenze del centro di Genomica Funzionale per il sequenziamento, l’analisi e l’interpretazione del genoma di pazienti del Mario Negri affetti da malattie rare a base genetica, in prevalenza patologie renali.

Una seconda convenzione quadro è stata definita con la Fondazione “Istituto Neurologico Nazionale Casimiro Mondino” di Pavia che, attraverso i suoi laboratori di ricerca neurobiologica, svolge studi nel campo della patogenesi e fisiopatologia delle principali patologie e problematiche d’interesse neurologico e neuropsichiatrico infantile volti all’identificazione di nuovi approcci diagnostici o terapeutici.

In entrambi i casi il centro di Genomica Funzionale ha un ruolo fondamentale nelle fasi di determinazione ed interpretazione della sequenza genomica a supporto delle attività dei genetisti medici, anche grazie alle piattaforme bioinformatiche sviluppate dalla spin off Personal Genomics. Il traguardo ambizioso di questa preziosa sinergia tra competenze tecnologiche sviluppate dal centro con le competenze di medici e ricercatori da anni impegnati nella ricerca sulle malattie rare è quindi quello di dare un contributo significativo alla conoscenza delle cause genetiche di tali patologie, permettendo quindi di formulare terapie adeguate in grado di migliorare la qualità e le aspettative di vita del paziente.

Il centro di Genomica Funzionale dell’Università di Verona. È grazie alla Fondazione Cariverona e al contributo di Massimo Delledonne, ordinario di Genetica e Mario Pezzotti, ordinario di Genetica agraria, che nasce nel 2007 il centro di Genomica Funzionale, una struttura dedicata allo studio dei genomi e della loro funzione. Il centro è partito subito in prima linea, come testimoniato dalla partecipazione al consorzio internazionale che ha portato nel 2007 alla lettura e decodifica del genoma della vite, rivelando inoltre nel 2010 una scoperta scientifica tutta veronese: il genoma del vitigno autoctono Corvina, schiudendo il segreto biologico che sta dietro ad eccellenze agroalimentari come l’Amarone. Nel corso del 2011, l’ateneo scaligero ha dotato il centro del sequenziatore  “Illumina” che ha consentito di ampliare le attività anche ad altri organismi di interesse agroalimentare quali batteri e funghi per poi arrivare, nel corso dello stesso anno, a sequenziare il Dna di un essere umano.

Personal Genomics è un’innovativa spin-off dell’Università di Verona, nata all’interno del Dipartimento di Biotecnologie (nel quale è incubata) e di quello di Medicina, sotto la direzione di Massimo Delledonne, che da alcuni anni si occupa di approcci di medicina personalizzata. Il comitato scientifico di Personal Genomics comprende anche Oliviero Olivieri e Domenico Girelli, professori ordinari di Medicina dell’ateneo scaligero. Fra i prodotti di spicco di Personal Genomics troviamo un test genetico per la predisposizione all’infarto e un’analisi prenatale delle anomalie genetiche e del sesso del nascituro, non invasiva in quanto basata sulla caratterizzazione del Dna fetale circolante nel sangue della madre. Personal Genomics è stata premiata tra le prime cinque migliori idee imprenditoriali del Veneto durante l’edizione del 2010 di Start Cup Veneto.

Massimo Delledonne è professore ordinario di Genetica del dipartimento di Biotecnologie dell’Università di Verona. Dopo un dottorato di ricerca all’Università Cattolica Sacro Cuore di Piacenza vanta una lunga esperienza scientifica negli Stati Uniti (Iowa State University e Salk Institute for Biological Studies, California), dove si è specializzato nella biologia molecolare e genetica delle piante, per approdare nel 2001 all’ateneo scaligero. Autore di numerose pubblicazioni internazionali su riviste scientifiche prestigiose come Nature e New England Journal of Medicine, Delledonne è attualmente Esperto Nazionale nominato dal  Ministero della Salute per la valutazione del rischio associato agli Ogm presso l’Agenzia Europea per la Sicurezza Alimentare (Efsa), è direttore della Scuola di Dottorato di Scienze Ingegneria Medicina dell’Università di Verona e direttore scientifico di Personal Genomics,. Già nel 2011 Massimo Delledonne ha applicato in prima persona la genomica, sequenziando il suo stesso genoma, ed è stato uno dei pionieri dell’“Understand Your Genome Program”, per divulgare la genomica nella clinica.


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