5. Come si trasmettono i caratteri ereditari
da una generazione a un’altra?
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 20105
6. Mendel
Gregor Mendel (1822 - 1884)
Leggi dell'Ereditarietà di Mendel (1865)
“L’origine delle specie” di Darwin (1859)
• Frate agostiniano, laureato in
matematica e scienze
• Abate del monastero di Brno (ora
Rep. Ceca)
• Appassionato di botanica
1865
Leggi di 1953 scoperta
Mendel della struttura del
DNA
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 20106
7. Mendel
Il lavoro di Mendel è stato inizialmente ignorato
Solo dopo 35 anni è stato riscoperto e apprezzato
1865
1900
Leggi di
riscoperta Leggi
Mendel
di Mendel
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 20107
8. Dove si trovano i geni?
1900
riscoperta Leggi
di Mendel
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 20108
9. Cromosomi
Cellula vegetale in telofase
1927 I geni
sono
localizzati sui
cromosomi Il moscerino della frutta:
Drosophila melanogaster
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 20109
10. Morgan e collaboratori
Columbia University
Hermann Joseph Muller (1890
Thomas Hunt Morgan - 1967) collaboratore di
(1866 - 1945) Morgan medico e genetista
genetista e biologo - 1946 Premio Nobel Medicina
1933 Premio Nobel
Medicina
Alfred H. Sturtevant (1891 - 1970)
studente del laboratorio di Morgan
1927 I geni
sono
localizzati sui
cromosomi
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201010
11. Di cosa sono fatti i geni?
1927 I geni
sono
localizzati sui
cromosomi
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201011
12. DNA
La molecola di DNA contiene l’informazione genetica
Virus sulla superficie di
Alfred Hershey (1908 - 1997) Escherichia coli
(1969: nobel per la medicina)
Martha Chase (1927 - 2003)
Cold Spring Harbor, Washington
1952
L’informazione
genetica è contenuta
nel DNA
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201012
13. Come può la molecola del DNA
contenere tanta informazione?
1952
L’informazione
genetica è contenuta
nel DNA
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201013
14. doppia elica (Cambridge)
1953: Watson & Crick
James Watson (1928 -) biologo molecolare
e genetico
Francis Crick (1916 - 2004) fisico che
diventò biologo molecolare, biofisico e
neuroscienziato
Scoperta della struttura a doppia elica del
DNA
Watson e Crick interpretarono le informazioni
che già esistevano, prodotte da esperimenti e
studi di altri ricercatori, ma ebbero l’intuizione
giusta prima di tutti gli altri.
1865 1953 scoperta
Leggi di della struttura del
Mendel DNA
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201014
15. The Eagle
Il pub del “DNA” a Cambridge
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201015
17. Premio Nobel
1962
Premio
Nobel in
Fisiologia e
Medicina
1953
1962 Premio Nobel per
struttura del
Watson e Crick
DNA
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201017
18. DNA
DeoxyriboNucleic Acid = acido desossiribonucleico
il DNA è un polimero composto da milioni
di piccole unità chiamate NUCLEOTIDI,
Gruppo costituite da tre componenti
fosfato fondamentali
Basa
azotata
zucchero
pentoso
1953 scoperta
della struttura del
DNA
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201018
19. ATCG
Le basi azotate sono quattro: Adenina, Timina, Citosina, Guanina
Adenine
Thymine
Cytosine
1953 scoperta
della struttura del Guanine
DNA
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201019
24. DNA
http://www.youtube.com/watch?v=qYsW0jIFH5A
1953 scoperta
della struttura del
DNA
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201024
25. Leggere la sequenza dei
nucleotidi per conoscere le
informazioni genetiche codificate
1953 scoperta
della struttura del
DNA
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201025
26. sequenziamento
1955: sequenza di una proteina - l’insulina
Frederick Sanger (1918 - )
è un biochimico britannico
1958 : premio Nobel per la chimica
1975: sviluppo del metodo della
terminazione della catena per il
sequenziamento del DNA.
1977: prima sequenza di DNA di un
genoma completo, del Fago Φ-X174
1980: premio Nobel per la chimica 1975 Metodo di
Sanger per il
sequenziamento
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201026
27. metodo di Sanger
1975 Metodo di
Sanger per il
sequenziamento
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201027
28. 1975 Metodo di
Sanger per il
sequenziamento
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201028
39. sequenziatori
500 sequenze di ~700 basi al giorno
350 000 basi al giorno
un genoma umano = 3 109 basi
8572 giorni = 23 anni
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201039
46. Progetto Genoma Umano
• 1986: prime idee e si discute
• 1990: proposte e inizio
• 1994: prima mappa genetica
• 1998: prima mappa fisica
• 2003: Homo sapiens - 3 10⁹ basi
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201046
47. Progetto Genoma Umano
Nel nucleo di ogni cellula somatica sono presenti 46
cromosomi, se si prende come riferimento il
genoma aploide (23 cromosomi) si stima un totale
di oltre 3 miliardi di basi.
Se disteso, il DNA contenuto in ognuna delle nostre
cellule è lungo circa 2 m.
Considerando che un organismo
adulto è composto di circa 100 000
miliardi di cellule, si può dire che
l’estensione complessiva in lunghezza
di tutte le molecole di DNA presenti in
un individuo umano è sufficiente a
coprire circa 1.000 volte la distanza
Terra-Sole (circa 150 milioni di km).
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201047
48. Progetto Genoma Umano
20 centri di sequenziamento in 6 paesi:
– USA (60.8%), UK (28.9%),
– Giappone (4.9%), Francia (2.8%),
– Germania (1.5%), Cina (0.7%).
costo totale: 2.7 miliardi di dollari
prima evidenza: ~ 25 000 geni nel genoma umano
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201048
55. Progetto Genoma Umano
La prima stampa
del Genoma Umano
presentata come
una raccolta di libri,
esposta alla
Wellcome Collection
a Londra
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201055
56. ICT
•Linguaggi
–C, C++
–JAVA
–Perl
•Calcolatori
–server UNIX (HP, SUN, COMPAQ)
–PC/ Mac, workstations: per la parte
grafica
•Statistica, matematica
1987 Perl 1995 Java
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201056
68. INTERNET
• Rete Università - Ricerca
–BITNET in US (1981)
–European Academic Research Network -
EARN (1984) diventa poi TERENA (1995)
1982-1986: basi di dati
1981 BITNET 1984 EARN 1995 TERENA
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201068
69. INTERNET
• 1991: protocolli
–WAIS (Wide Area Information Server)
–GOPHER
–WWW
• 1993: primo browser (Mosaic)
• 1993: WWW per la biologia
–agosto 1993: ExPAsY (Svizzera)
–settembre 1993: Généthon (Francia)
1982- 1986: basi di dati
1991
1993 Mosaic 2004 firefox
WWW
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000IE
1994 2005 201069
73. Ricerca
DOVE SIAMO OGGI?
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201073
74. differenze
1-
2%
0,1%
l
ia
er
at 10
M -30
re
Sha %
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 2010
75. il genoma a 1000 $
A $10 MILLION PRIZE
FOR THE FIRST TEAM TO
SUCCESSFULLY SEQUENCE
100 HUMAN GENOMES IN 10 DAYS
•primo gruppo a fare 100 genoma Umani
•in un massimo 10 giorni
•per meno di 10 000 $ per genoma
•vince $ 10 M
http://genomics.xprize.org/
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201075
76. sequenziamento
I sequenziatori di nuova generazione sono in
grado di leggere miliardi di basi in una
singola corsa di circa 6 giorni
(la tecnologia precedente: circa 350 kbasi al giorno)
Tre produttori:
•454 by Roche
•SOLID by Applied Biosystems
•Genome Analyzer by Illumina
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201076
86. Legge di Moore 1:
Le prestazioni dei processori, e il numero di transistor ad esso relativo, raddoppiano ogni 18 mesi.
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201086
87. @ CRS4
• studiare il genoma
• individuare il substrato
genetico di patologie
multifattoriali
• terapie personalizzate
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201087
88. i progetti CNR-CRS4
• sequenziamento del
genoma dei sardi
• ricerca dei tratti genetici
connessi a patologie con
alta frequenza nell’Isola
• studio del loro
funzionamento
• studio di nuove terapie
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89. @ CRS4
INFRASTRUTTURE E STRUMENTI
• potenza di calcolo
• spazio per archiviazione dati
• database
• software di analisi e visualizzazione
COMPETENZE SCIENTIFICHE
• informatica, bioinformatica
• statistica
• sviluppo web
1850 1900 1950 1960 1975 1990 2000 2005 201089
90. LIMS
•Laboratory Information
Management System
–gestione integrata di dati e processi di un
laboratorio
–gestisce “oggetti” e “eventi”
•campioni, strumentazione del laboratorio,
materiale, utenti
•seminario di Gianfranco Frau il 7
settembre 2011
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