In che modo gli scienziati rilevano nuove varianti del virus che causa il COVID-19? La risposta è un processo chiamato sequenziamento del DNA. “Il sequenziamento batte molto la fiacca. In queste condizioni i dati sono un po’ incerti e prendere decisioni sulla base di questi numeri è come guidare nella nebbia senza i fari, non si ha percezione di cosa sta succedendo. Il sequenziamento è importante perché prima capiamo prima facciamo”. Così Roberto Battiston, direttore dell’Osservatorio epidemiologico sul Covid dell’Università di Trento.
Il presidente di Fedeab Lamberti ha confermato: “Torniamo a ribadirlo, per l’ennesima volta. Bisogna puntare di più anche sui laboratori di analisi cliniche specializzati, la cui rete è diffusa, in maniera capillare, su tutto lo Stivale. Lo diciamo al ministro Speranza ed al commissario Figliuolo: tamponi, tracciamento, sequenziamento? noi siamo pronti ed attrezzati per fare la nostra parte. Basta solo coinvolgerci”.
Ma a cosa serve il sequenziamento? Andre Hudson e Crista Wadsworth, due microbiologi del Rochester Institute of Technology lo spiegano: “questa attività i ricercatori sequenziano il DNA per determinare l’ordine dei quattro elementi costitutivi chimici, o nucleotidi, che lo compongono: adenina, timina, citosina e guanina. I milioni o miliardi di questi elementi costitutivi accoppiati insieme costituiscono un genoma che contiene tutte le informazioni genetiche di cui un organismo ha bisogno per sopravvivere. Quando un organismo si replica, fa una copia del suo intero genoma da trasmettere alla sua progenie. A volte gli errori nel processo di copia possono portare a mutazioni in cui uno o più blocchi vengono scambiati, cancellati o inseriti. Ciò può alterare i geni, i fogli di istruzioni per le proteine che consentono a un organismo di funzionare, e alla fine può influenzare le caratteristiche fisiche di quell’organismo. Nell’uomo, ad esempio, il colore degli occhi e dei capelli sono il risultato di variazioni genetiche che possono derivare da mutazioni. Nel caso del virus che causa il COVID-19, SARS-CoV-2, le mutazioni possono modificare la sua capacità di diffondersi, causare infezioni o addirittura eludere il sistema immunitario”.
Come vengono sequenziati i genomi? “Uno dei primi metodi utilizzati dagli scienziati negli anni ’70 e ’80 è stato il sequenziamento di Sanger, che prevede il taglio del DNA in brevi frammenti e l’aggiunta di tag radioattivi o fluorescenti per identificare ciascun nucleotide. I frammenti vengono poi passati al setaccio elettrico che li seleziona per dimensione. Rispetto ai metodi più recenti, il sequenziamento di Sanger è lento e può elaborare solo tratti di DNA relativamente brevi. Nonostante queste limitazioni, fornisce dati altamente accurati e alcuni ricercatori stanno ancora utilizzando attivamente questo metodo per sequenziare i campioni SARS-CoV-2. Dalla fine degli anni ’90, il sequenziamento di nuova generazione ha rivoluzionato il modo in cui i ricercatori raccolgono dati e comprendono i genomi. Conosciute come NGS, queste tecnologie sono in grado di elaborare contemporaneamente volumi molto più elevati di DNA, riducendo significativamente il tempo necessario per sequenziare un genoma. Esistono due tipi principali di piattaforme NGS: sequencer di seconda e terza generazione. Le tecnologie di seconda generazione sono in grado di leggere direttamente il DNA. Dopo che il DNA è stato tagliato in frammenti, vengono aggiunti brevi tratti di materiale genetico chiamati adattatori per dare a ciascun nucleotide un colore diverso. Ad esempio, l’adenina è colorata in blu e la citosina è colorata in rosso. Infine, questi frammenti di DNA vengono inseriti in un computer e riassemblati nell’intera sequenza genomica. Le tecnologie di terza generazione come il Nanopore MinIon sequenziano direttamente il DNA facendo passare l’intera molecola di DNA attraverso un poro elettrico nel sequenziatore. Poiché ogni coppia di nucleotidi interrompe la corrente elettrica in un modo particolare, il sequenziatore può leggere questi cambiamenti e caricarli direttamente su un computer. Ciò consente ai medici di sequenziare i campioni presso le strutture cliniche e di trattamento del punto di cura. Tuttavia, Nanopore sequenzia volumi di DNA più piccoli rispetto ad altre piattaforme NGS. Sebbene ogni classe di sequenziatori elabori il DNA in modo diverso, tutti possono riportare i milioni o miliardi di blocchi che costituiscono i genomi in breve tempo, da poche ore a pochi giorni. Ad esempio, Illumina NovaSeq può sequenziare circa 150 miliardi di nucleotidi, l’equivalente di 48 genomi umani, in soli tre giorni. Utilizzo dei dati di sequenziamento per combattere il coronavirus”, affermano Hudson e Wadsworth.
Allora perché il sequenziamento genomico è uno strumento così importante nella lotta alla diffusione di SARS-CoV-2? “Le risposte rapide della salute pubblica alla SARS-CoV-2 richiedono una conoscenza approfondita di come il virus sta cambiando nel tempo. Gli scienziati hanno utilizzato il sequenziamento del genoma per tracciare SARS-CoV-2 quasi in tempo reale dall’inizio della pandemia. Milioni di singoli genomi SARS-CoV-2 sono stati sequenziati e ospitati in vari archivi pubblici come l’Iniziativa globale sulla condivisione dei dati sull’influenza aviaria e il Centro nazionale per le informazioni sulla biotecnologia. La sorveglianza genomica ha guidato le decisioni di sanità pubblica man mano che emergeva ogni nuova variante. Ad esempio, il sequenziamento del genoma della variante omicron ha permesso ai ricercatori di rilevare oltre 30 mutazioni nella proteina spike che consente al virus di legarsi alle cellule del corpo umano. Ciò rende l’omicron una variante di preoccupazione, poiché è noto che queste mutazioni contribuiscono alla capacità di diffusione del virus. I ricercatori stanno ancora imparando come queste mutazioni potrebbero influenzare la gravità delle infezioni causate dall’omicron e quanto bene sia in grado di eludere i vaccini attuali. Il sequenziamento ha anche aiutato i ricercatori a identificare varianti che si diffondono in nuove regioni. Dopo aver ricevuto un campione di SARS-CoV-2 raccolto da un viaggiatore tornato dal Sudafrica il 22 novembre 2021, i ricercatori dell’Università della California, a San Francisco, sono stati in grado di rilevare la presenza di omicron in cinque ore e hanno avuto quasi l’intero genoma sequenziato in otto. Da allora, i Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie hanno monitorato la diffusione dell’omicron e consigliato al governo i modi per prevenire la trasmissione diffusa nella comunità. Il rilevamento rapido di omicron in tutto il mondo sottolinea il potere di una solida sorveglianza genomica e il valore della condivisione dei dati genomici in tutto il mondo. Comprendere la composizione genetica del virus e delle sue varianti offre a ricercatori e funzionari della sanità pubblica informazioni su come aggiornare al meglio le linee guida sulla salute pubblica e massimizzare l’allocazione delle risorse per lo sviluppo di vaccini e farmaci. Fornendo informazioni essenziali su come frenare la diffusione di nuove varianti, il sequenziamento genomico ha salvato e continuerà a salvare innumerevoli vite nel corso della pandemia”.
