Come individuare enormi set di dati genetici in modo veloce ed efficiente per dare un contributo alla ricerca sul coronavirus
Grazie ai progressi nella tecnologia di sequenziamento, è possibile generare enormi quantità di dati di sequenze genomiche relative a varie specie. Risulta pertanto di fondamentale importanza esaminare i dati pan-genomici (l’intero assetto dei geni posseduti da tutti i membri di una specie particolare) soprattutto per quanto riguarda gli ambiti che si occupano della ricerca su batteri e virus, delle indagini sui meccanismi di farmacoresistenza e dello sviluppo di vaccini. Ad esempio, perché il coronavirus resiste ai comuni farmaci? Possono i megadati aiutare a identificare in modo rapido le caratteristiche di questi nuovi ceppi di virus? Un gruppo di ricercatori sostenuti dal progetto PANGAIA, finanziato dall’UE, si sta adoperando per affrontare questa sfida tramite lo sviluppo di metodi per comparare set giganteschi di dati genetici. Come spiegato in un comunicato stampa dal partner del progetto PANGAIA, l’Università di Bielefeld, gli scienziati utilizzano spesso un genoma di riferimento per constatare se il materiale genetico di un organismo rivela delle variazioni particolari. «Essi combinano diversi genomi in modo che esibiscano le caratteristiche tipiche di un’intera specie. Ciò permette ai ricercatori di confrontare un nuovo virus influenzale con un genoma di riferimento che racchiude al suo interno le caratteristiche tipiche dei ceppi di virus dai quali ha origine». Il prof. Jens Stoye dell’Università di Bielefeld, citato nel medesimo comunicato stampa, afferma: «In questi casi, confrontiamo tra di loro due genomi: le differenze e le somiglianze sono abbastanza semplici da individuare utilizzando un computer». E aggiunge: «Impiegando questo nuovo approccio, possiamo confrontare un genoma con migliaia di altri genomi in un unico passaggio». Questo processo coinvolge la pan-genomica. «Questa nuova tecnologia permette un’analisi simultanea e integrata di molti ceppi appartenenti allo stesso organismo. Si può trattare di virus, batteri e qualche volta persino di organismi superiori.» Il prof. Stoye prosegue: «Ciò rende possibile evidenziare le somiglianze e le differenze tra i singoli membri. Nel caso dei patogeni, è spesso persino possibile capire e predire i processi che hanno condotto allo sviluppo di ceppi particolarmente contagiosi».
Anomalie genetiche
Secondo lo stesso comunicato stampa, il nuovo metodo può inoltre essere utilizzato per rilevare malattie ereditarie negli esseri umani o per definire anomalie genetiche. «Nell’arco dei prossimi anni vogliamo sviluppare nuovi algoritmi e strutture di dati in collaborazione con i nostri partner di progetto per rendere più veloce e intuitiva la pan-genomica computerizzata» afferma il prof. Alexander Schönhuth, anch’egli proveniente dall’Università di Bielefeld. Il gruppo responsabile del progetto auspica di sviluppare algoritmi affinché i computer eseguano la ricerca delle somiglianze e delle differenze tra i genomi confrontati e presentino i risultati utilizzando grafici di variazione. Tali rappresentazioni permettono ai ricercatori «di individuare mutazioni del tutto nuove, proprio come quelle che si sono presumibilmente verificate nella variante del coronavirus» che si è diffusa in Cina e che «ha portato alla sua resistenza ai comuni farmaci», come fa notare il prof. Schönhuth. Il progetto PANGAIA (Pan-genome Graph Algorithms and Data Integration), attualmente in corso, si protrarrà fino alla fine di dicembre 2023. Il progetto sarà incentrato sulle rappresentazioni grafiche di grandi set di dati del genoma e ne dimostrerà i vantaggi rispetto alla tradizionale presentazione basata sulla sequenza di dati pan-genomici. «PANGAIA permetterà di attuare il passaggio completo dei paradigmi, partendo dalla sequenza fino alla rappresentazione grafica dei genomi», come riportato sul sito web di CORDIS. «Di conseguenza, possiamo presumere che ci troveremo di fronte a una moltitudine di importanti vantaggi dal punto di vista pratico, tra i quali l’organizzazione, l’analisi, la compressione, l’integrazione e la valorizzazione dei dati genomici rappresentano i punti cardine». Per maggiori informazioni, consultare: progetto PANGAIA
Parole chiave
coronavirus
Paesi
Italia