Aplicațiile genomicii în domenii din afara medicinei

Genomica, știința care studiază structura, funcția, evoluția și cartografierea genomurilor, este adesea asociată cu progresele din medicină. Totuși, în ultimele decenii, aplicațiile genomicii s-au extins și în numeroase alte domenii, cu impact semnificativ asupra societății, economiei și mediului. Câteva exemple ar fi:

Agricultură

Până în prezent, cercetătorii au secvențiat genomurile a câtorva mii de plante. În domeniul agriculturii, un interes deosebit îl reprezintă genomul cerealelor, în special pentru identificarea genelor implicate în răspunsul la stres biotic (precum atacul insectelor) și abiotic (cum ar fi seceta sau temperaturile extreme). Eu am lucrat în Canada, la UBC în Vancouver, pe genetica comparativă a mai multor tipuri de conifere, în special molid. Un tip de molid, scoarța lui mai precis, era rezistentă la atacul unei specii de cărăbuș care a invadat pădurile de coastă și taigaua canadiană și încercam să înțelegem de ce nu îi place cărăbușului să se cuibărească acolo.

Un alt proiect pe care am lucrat la Universitatea din Anvers în Departamentul de biologie, a fost pe porumb. Prin compararea genelor exprimate în plantele de porumb rezistente la frig cu cele din plantele sensibile, încercăm să descifrăm mecanismele moleculare care stau la baza diferenței de răspuns la temperaturile scăzute. Ideea de bază este că, dacă planta de porumb este mai rezistentă la frig, recoltarea se poate face mai târziu permițând o perioadă de maturare mai lungă și, implicit, o producție mai mare.

Creșterea animalelor și conservarea speciilor:

Eu nu am lucrat direct pe acest subiect, dar când eram în Canada avem un coleg care studia gradul de diversitate al populației de bizoni din parcurile naționale. Erau folosite modele matematice pentru a înțelege dinamica genetică, a anticipa riscuri legate de consangvinitate și a ghida deciziile de management și eventuala translocare a animalelor.

Știinta mediului

Genomica microbiană este utilizată pentru a studia microorganismele din ecosisteme precum solul, oceanele și atmosfera, ajutând la înțelegerea ciclurilor de nutrienți și a impactului schimbărilor climatice.

Un exemplu fascinant, vine dintr-un experiment realizat de NASA cu doi frați gemeni identici. Scott a stat aproape un an pe Stația Spațială Internațională, iar celălalt Mark a rămas pe Pământ. Pe Scott l-am văzut la o conferință cu vreo 10 ani în urmă. Studiul a arătat că microbiomul (ansamblul microorganismelor din intestin, piele, gură, etc) astronautului s-a modificat semnificativ în spațiu, dar a revenit în mare parte la normal după întoarcerea pe Terra. Acest experiment a demonstrat cât de sensibil este microbiomul la mediul înconjurător și cât de valoroasă este analiza sa genomică pentru înțelegerea adaptării umane la condiții extreme.

Biologia evoluționistă

În acest domeniu a fost doctoratul meu. Folosind modele probabilistice am demonstrat că ADN-ul mitocondrial al etruscilor era bine conservat și că nu existau dovezi de degradare a ADN-ului, ceea ce susține autenticitatea rezultatelor obținute anterior de un grup de cercetare din Ferrara. Originea etruscilor este în continuare disputată (migrare din Anatolia sau origine autohtonă).

Geobiologie:

Într-un proiect remarcabil desfășurat în cadrul Departamentului de Biologie al Universității din Anvers, sunt studiate bacterii filamentare lungi care trăiesc în sedimentele marine și de apă dulce. Aceste bacterii sunt deosebite prin capacitatea lor de a transporta electroni pe distanțe de câțiva centimetri, asemănător unor cabluri electrice. Cercetarea vizează utilizarea proteinelor conductoare extrase din aceste bacterii pentru a crea o nouă generație de electronice biodegradabile și biocompatibile.^[1]

Știința criminalistică

Microsateliții sunt secvențe scurte repetitive de ADN, de obicei de 2-6 perechi de baze, care se repetă de mai multe ori consecutiv (ex: TATATATATA). Sunt foarte variabili între indivizi, ceea ce îi face ideali pentru identificare, amprentare, genetică. Se găsesc pe aproape tcromozomii și sunt folosiți ca markeri genetici în diverse studii. Un timp scurt, și eu am lucrat pe catalogarea microsatelitilor în populația din Belgia.

Industria alimentară:

La Universitatea din Leuven, mai exact la Institutul de studiu al berii, se combină cercetarea genetică, genomică și biochimia pentru a studia și optimiza drojdiile folosite în fermentație (bere, vin, pâine, ciocolată, etanol). Se folosește o colecție vastă de tulpini de drojdie atent caracterizate care sunt optimizează prin metode naturale sau inginerie genetică pentru a îmbunătăți proprietăți precum aroma și eficiența fermentării berii.

^[1] https://www.microbial-electricity.eu/