Sviluppo di nuovi metodi bioinformatici per la ricerca delle cause genetiche e ambientali delle malattie multifattoriali in Ogliastra
E' un programma finanziato da Sardegna Ricerche nell'ambito del progetto SIAI101: "Creazione di un polo di eccellenza delle tecnologie bio-informatiche applicate alla medicina personalizzata" inserito nell'Atto integrativo all'Accordo di Programma Quadro (APQ) in materia di Società dell'Informazione.
Direttore scientifico
Prof. Licinio Contu
Partners
BCS Biotech S.p.A - Cagliari (Italy)
Casa di Cura M.Tommasini S.r.l. – Ierzu (NU - Italy)
Collaborazione con l'Università e Enti pubblici di ricerca
Università degli Studi di Cagliari - Dipartimento di Fisica
Università degli Studi di Cagliari - Cattedra di Genetica Medica
Università degli Studi di Sassari - Dipartimento di Ingegneria del Territorio
Centro Regionale Trapianti del P.O. Binaghi - Cagliari (Italy)
Centro antidiabetico del P.O.G. Brotzu - Cagliari (Italy)
Contenuti del progetto
Lo scenario di riferimento
Le malattie multifattoriali o complesse sono malattie comuni che rappresentano più del 90% delle malattie genetiche.
Queste malattie hanno carattere familiare, ma non si trasmettono in modo mendeliano.
La loro conoscenza è uno degli obiettivi maggiori della ricerca medica attuale, ed è presupposto indispensabile per una vera medicina personalizzata.
La popolazione dell'Ogliastra è duramente colpita da diverse malattie multifattoriali e, per le peculiarità della sua struttura genetica e dell'ambiente nel quale vive, si presta particolarmente bene per la ricerca dei fattori genetici e ambientali responsabili di queste malattie, e per lo sviluppo e l'applicazione pratica dei necessari strumenti di gestione e di analisi dei dati.
La strategia di ricerca più idonea per queste malattie è quella dello studio di associazione con specifiche varianti genetiche, confrontando un gruppo di probandi affetti con uno dei controlli non affetti con un approccio che può essere diretto o indiretto.
La condizione ideale è che malati e controlli siano fra loro in tutto sovrapponibili, eccetto che per la malattia.
Il metodo caso-controllo consente di superare il bias della stratificazione etnica se si lavora su una popolazione omogenea nella quale malati e controlli siano selezionati attraverso alberi genealogici che ne assicurano l'origine etnica comune e l'assenza di parentela tra loro.
Inoltre nessuno dei metodi statistici e dei programmi informatici e tecnologie attualmente in uso per l'analisi dei dati genetici ottenuti su una malattia complessa, con studi di associazione indiretta, è soddisfacente.
Il numero elevato di marcatori genetici necessari e i differenti meccanismi genetici (spesso sconosciuti), che sono alla base delle differenti malattie complesse richiedono la disponibilità di robusti metodi statistici e software informatici innovativi che consentano di escludere le false associazioni casuali, di cogliere le associazioni vere di singoli alleli o aplotipi con le malattie, e soprattutto di scovare le combinazioni geniche di suscettibilità e le interazioni tra queste e i fattori ambientali scatenanti.
Obiettivi e risultati
La biobanca
E' stata avviata, in otto villaggi dell'Ogliastra, la selezione di probandi affetti da malattie multifattoriali e di controlli non affetti, attraverso la compilazione degli alberi genealogici, così da assicurarci che non siano imparentati tra loro e che siano tutti Ogliastrini fino alla 5° generazione.
E' stata appositamente pensata e sviluppata un' applicazione web based dedicata alla gestione degli alberi genealogici e alla selezione dei soggetti puri Ogliastrini fino alla 5° generazione senza alcun grado di parentela.
I soggetti selezionati sono sottoposti a prelievo di sangue e i loro campioni di DNA, di cellule e di plasma costituiranno una Biobanca a disposizione della ricerca e aperta a successivi apporti.
Al termine del progetto, la Biobanca avrà i campioni biologici di 200 controlli "sani", 200-300 familiari di questi, 800 probandi affetti da malattie multifattoriali, e 800-1200 familiari di questi, per un totale di 2000-2500 campioni.
Particolare cura sarà messa nella ricerca dei probandi affetti da Diabete mellito di tipo 1 (T1D) e da Gozzo multinodulare tossico (GMT) che sono le due malattie complesse sulle quali intendiamo effettuare lo studio genetico e utilizzare gli strumenti informatici di gestione e di analisi che saranno sviluppati nel corso del progetto.
I dati relativi ai soggetti inclusi nella Biobanca sono attualmente gestiti attraverso due database multi disciplinari con architettura web: il DataBase Clinico ed il DataBase Genetico oggetto e frutto della ricerca.
Il primo raccoglie i dati clinici, biochimici, anamnestici e relativi all’attività lavorativa, allo stile di vita e all’ambiente.
Il secondo invece i dati genetici, genealogici e anagrafici essenziali.
Il software IGHoR consente la visualizzazione, l’estrazione dei dati e l’applicazione di procedure di data-mining per la suddivisione dei soggetti e dei vari parametri clinici e genetici in gruppi omogenei.
Metodi informatici per l'analisi dei dati
Sono attualmente in fase di sviluppo dei metodi di analisi dei dati finalizzati all’individuazione di associazioni non casuali con una malattia, di singoli marcatori genetici e di interazioni combinatorie tra due o più marcatori.
In particolare, si stanno sviluppando metodi di algoritmi induttivi e di data-mining basati su alberi di decisione, reti neurali e reti complesse.
Metodi che, applicati ai database, possono consentire di classificare, raggruppare e stratificare i dati per gruppi omogenei, e di includere nelle analisi, accanto alle variabili genetiche, delle variabili cliniche, demografiche, ambientali, quantitative, ect...
Ricerca di marcatori genetici associati a malattie multifattoriali
Nel corso del progetto, saranno determinati i genotipi di 40 geni polimorfici, di 300 microsatelliti e di 600 SNP sparsi uniformemente sull’intero genoma, su 200 controlli "sani" e su 300 probandi affetti da GMT (150 probandi) e da Diabete T1D (150 probandi), per un totale di 470.000 genotipi.
Identificazione dei marcatori genetici associati
I dati genetici ottenuti saranno analizzati per l'associazione anche con metodi di analisi tradizionali, come il test P esatto di Fisher con la correzione della soglia di significatività secondo Bonferroni, e con metodi non tradizionali, compresi gli approcci multilocus, come il metodo di ripartizione combinatoria, l'analisi di interazione genotipica a più loci e la sommatoria delle statistiche di singoli marcatori, particolarmente indicati per le condizioni di eredità multilocus epistatica pura.
Produzione di nuovi kit diagnostici
L'identificazione di combinazioni alleliche specifiche di una malattia complessa potrà consentire la messa a punto di nuovi kit diagnostici, utilizzando la tecnica dei microchips già in uso presso la BCS Biotech.
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