Nanopore sequencing portatile, una tecnologia innovativa per la caratterizzazione della biodiversità in campo ​

La biodiversità è di vitale importanza per la sopravvivenza dell'umanità ed assume anche un valore economico, in quanto fornisce una vasta gamma di benefici attraverso le bio-risorse naturali quali cibo, le materie prime, i carburanti, i principi attivi e i farmaci derivati da piante e animali. Svolge anche un ruolo fondamentale nella regolazione dei processi ecologici, tra cui la produzione di ossigeno, la purificazione dell'acqua e dell'aria e la regolazione del clima. Attualmente stiamo assistendo ad una drastica riduzione della biodiversità, principalmente dovuta all'attività umana che sta distruggendo gli habitat naturali. È pertanto essenziale disporre di strumenti per caratterizzarla e monitorarla nel tempo, al fine di prevenire ulteriori perdite e garantire una gestione sostenibile delle risorse naturali. Tradizionalmente la caratterizzazione della biodiversità in un ecosistema si è basata prevalentemente sulla caratterizzazione morfologica dei diversi organismi presenti; tuttavia, negli ultimi decenni, il sequenziamento di regioni specifiche del DNA, note come ‘DNA barcodes’, rappresenta un nuovo e prezioso approccio. Nell’ ambito delle diverse tecniche di sequenziamento oggi disponibili, quella basata sull’utilizzo di sequenziatori portatili a nanopori, come il MinION, può essere considerata un punto di svolta, poiché consente l'identificazione rapida e accurata di ‘DNA barcodes’ in tempo reale ed in situ, cioè nel luogo in cui viene effettuato il campionamento. Questa tecnica prevede che singoli filamenti di DNA vengano fatti passare attraverso un poro dal diametro nell’ordine dei nanometri, chiamato appunto ‘nanoporo’, e che la base azotata presente in ciascun nucleotide venga identificata in funzione della sua conduttività elettrica. Indipendentemente dalla piattaforma di sequenziamento utilizzata, uno dei principali limiti nel caratterizzare la biodiversità mediante il sequenziamento di specifiche regioni del DNA è la necessità di disporre di un laboratorio dedicato, mentre molti siti ricchi di biodiversità si trovano in regioni remote ed inaccessibili dalle quali è necessario il trasporto dei campioni. Inoltre, complesse procedure legali spesso regolano il trasporto di campioni biologici di specie autoctone da nazioni ricche di biodiversità a quelle dotate di laboratori adeguati per le analisi. In questa relazione finale sono stati presi in considerazione due casi di studio. Nel primo caso di studio è stata valutata la possibilità di utilizzare la tecnica, attraverso il dispositivo MinION, per generare sequenze accurate di barcodes allo scopo di identificare specie di vertebrati precedentemente note o sconosciute ed è stata messa a punto un'adeguata pipeline di analisi dei dati. Il risultato finale è stato l'allestimento di un miniaturizzato kit portatile utilizzabile anche in condizioni ambientali tropicali estreme. Nel secondo caso di studio è stata valutata la possibilità di identificare, sempre applicando la tecnica attraverso il MinION, rettili e anfibi nella foresta pluviale del Choco in Equador, regione estremamente ricca di biodiversità, utilizzando un laboratorio portatile che può essere trasportato in uno zaino. Nella relazione finale vengono anche presi in considerazione i limiti della tecnica di sequenziamento a nanopori portatile e gli ulteriori perfezionamenti di tale tecnica necessari per migliorare la qualità dei dati ottenuti e ridurne il costo di utilizzo.