Tecnologie di diagnostica genetica

La reazione a catena della polimerasi (Polymerase Chain Reaction, PCR) è una tecnica di laboratorio che può produrre molte copie di un gene o segmenti di gene, agevolandone notevolmente lo studio. Uno specifico segmento di acido desossiribonucleico (DNA), come un gene specifico, può essere copiato (amplificato) in laboratorio. Partendo da una molecola di DNA, alla fine di 30 duplicazioni (solo poche ore più tardi) sarà prodotto quasi un miliardo di copie.

La sonda genica può essere usata per individuare una parte specifica di un gene (segmento del DNA del gene) o un gene intero in un cromosoma particolare. Le sonde possono venire impiegate per rilevare segmenti normali o mutati di DNA. Un segmento di DNA clonato o copiato diviene una sonda marcata quando viene aggiunto un atomo radioattivo o mezzo di contrasto fluorescente. La sonda cercherà il segmento di DNA ad essa speculare e vi si unirà. La sonda radioattiva può poi essere rilevata mediante sofisticate tecniche microscopiche e fotografiche. Con le sonde geniche possono essere diagnosticate numerose patologie prima e dopo la nascita. In futuro, questi strumenti troveranno probabilmente impiego per studi sugli esseri umani volti alla ricerca di molte importanti malattie genetiche.

I chip a DNA sono potenti strumenti che possono essere utilizzati per identificare le mutazioni del DNA. Un solo microarray è in grado di analizzare milioni di diverse alterazioni del DNA con l’impiego di un unico campione. I microarray di DNA sono utilizzati negli studi di associazione a livello genomico (GWAS) con varianti di identità che possono contribuire al rischio di malattia confrontando il DNA di un gran numero di soggetti e popolazioni normali.

L’aCGH è un tipo di microarray attualmente utilizzato di routine per identificare segmenti di DNA eliminati o duplicati in cromosomi specifici. In tale array, il DNA di un individuo viene confrontato con un genotipo di riferimento (la combinazione di geni o patrimonio genetico specifica di un soggetto) mediante l’impiego di un gran numero di sonde. Al DNA del soggetto e al campione di riferimento vengono aggiunti diversi mezzi di contrasto fluorescenti. Se manca un segmento, le sonde rilevano una quantità ridotta di mezzo di contrasto fluorescente nel campione di DNA del soggetto rispetto al campione di riferimento. Se un segmento è duplicato o triplicato, le sonde rilevano una quantità aumentata di mezzo di contrasto rispetto al campione di riferimento. Queste sonde possono trovare impiego per analizzare l’intero genotipo.

Le tecnologie di sequenziamento di ultima generazione riescono a rilevare porzioni ancora più piccole di geni e DNA suddividendo tutto il genotipo (o genoma) in minuti segmenti e successivamente analizzando la sequenza di DNA di alcuni o tutti i segmenti. I risultati sono poi elaborati da un potente computer. È possibile identificare variazioni singole o multiple nelle basi, nonché aree in cui mancano delle basi o in cui le basi sono inserite in un sito sbagliato. I costi di questa tecnologia sono calati drasticamente e continuano a farlo. Anche l’attrezzatura e i metodi di calcolo continuano a migliorare.

Alcune di queste variazioni possono aiutare i medici a diagnosticare i disturbi genetici. Le tecnologie di sequenziamento di ultima generazione hanno una sensibilità tale da consentire ai medici di rilevare il DNA del feto in un campione di sangue prelevato dalla madre e analizzarlo per stabilire se il feto è affetto dalla sindrome di Down. Tuttavia, l’enorme volume di informazioni generate dall’analisi del genotipo comporta una serie di problemi che talvolta rendono difficile la comprensione e l’interpretazione dei risultati da parte dei medici (ad esempio, per distinguere le differenze importanti da quelle casuali o banali). Malgrado questi problemi, queste tecniche sono divenute il fondamento dei test genetici.