H ευφορική διάθεση που επικράτησε στην επιστημονική κοινότητα μετά την αποκωδικοποίηση του γονιδιώματος του ανθρώπου και των υπόλοιπων γονιδιωμάτων που ακολούθησαν και συνεχίζουν να αποκωδικοποιούνται ως σήμερα, έκρυψε ίσως μια αίσθηση αμηχανίας που δημιουργήθηκε: ναι, οι επιστήμονες είχαν διαβάσει το βιβλίο της ζωής, αλλά δεν είχαν καταλάβει τη σημασία του! Στην πράξη, ήταν σαν να είχαν διαβάσει μια συνταγή μαγειρικής (περίπλοκη και μακροσκελή, αφού το παραγόμενο φαγητό θα ήταν ο άνθρωπος) η οποία μάλιστα ήταν γραμμένη σε άγνωστη γλώσσα και χωρίς σημεία στίξης. H γλώσσα αυτή των τεσσάρων μόνο γραμμάτων (Α, Τ, G, C) τα οποία αντιστοιχούν στις τέσσερις βάσεις (αδενίνη, θυμίνη, γουανίνη και κυτοσίνη) από τις οποίες δημιουργείται το DNA είναι κοινή για όλους τους οργανισμούς: με αυτή έχουν γραφτεί οι γενετικές οδηγίες για τη δημιουργία των βακτηρίων, των μυκήτων, των φυτών, των ζώων, του ανθρώπου.
Από μελέτες που πραγματοποιήθηκαν στο δεύτερο μισό του 20ού αιώνα (μετά τη διαλεύκανση δηλαδή της τρισδιάστατης δομής του DNA η οποία απεδείχθη να έχει τη μορφή διπλής έλικας), οι επιστήμονες διέθεταν εργαλεία τα οποία τους επέτρεπαν να μεταφράσουν τη γλώσσα του DNA. Ετσι γνώριζαν ότι τα γράμματα του DNA αξιοποιούνται ανά τρία για τη δημιουργία των πρωτεϊνών. Με άλλα λόγια, κάθε τρία γράμματα ενός γονιδίου αποτελούν την κωδικευμένη πληροφορία για ένα αμινοξύ, τη δομική μονάδα των πρωτεϊνών. Γνώριζαν επίσης ότι τα γονίδια, τα οποία είναι κωδικεύουσες για πρωτεΐνες περιοχές του DNA (οι οποίες εναλλάσσονται με μη κωδικεύουσες περιοχές) άρχιζαν και τελείωναν με συγκεκριμένες τριπλέτες γραμμάτων: τους κωδικούς έναρξης και λήξης των γονιδίων. Τέλος γνώριζαν ότι η γενετική πληροφορία που εμπεριέχεται στο DNA μεταφράζεται σε πρωτεΐνη αφού προηγουμένως μεταγραφεί σε RNA. Πρακτικά, το DNA χρησιμοποιείται ως η μήτρα πάνω στην οποία συντίθενται τα μόρια RNA τα οποία με τη σειρά τους χρησιμοποιούνται ως ο οδηγός για τη σύνθεση των πρωτεϊνών.
Κανείς οργανισμός δεν χρησιμοποιεί συνεχώς όλη τη γενετική πληροφορία του. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξής μας αξιοποιούνται τα κατάλληλα γονίδια τα οποία θα επιτρέψουν τον σχηματισμό των οργάνων. Αργότερα κάθε κύτταρο του ενήλικα οργανισμού χρησιμοποιεί τα γονίδια που του επιτρέπουν να διατηρεί την ταυτότητά του και να επιτελεί τη λειτουργία του. Ετσι άλλα γονίδια αξιοποιούνται από τα κύτταρα των πνευμόνων (που πρέπει να ανταλλάσσουν τα αέρια της αναπνοής), άλλα από τα κύτταρα των σκελετικών μυών (που πρέπει να συσπώνται για να επιτρέψουν την κίνησή μας), άλλα από τα κύτταρα του εγκεφάλου (που πρέπει να συντονίσουν ολόκληρο τον οργανισμό).
Σε αυτή ακριβώς τη διαφορική αξιοποίηση (στον χώρο και στον χρόνο) των γονιδίων έγκειται και η δυσκολία της κατανόησης του νοήματος του γενετικού κώδικα. Με άλλα λόγια, μετά την αποκωδικοποίηση του ανθρώπινου γονιδιώματος οι επιστήμονες έπρεπε να απαντήσουν σε ερωτήματα όπως: Ποια γονίδια εκφράζονται, σε ποιον ιστό και σε ποια χρονική στιγμή; Ποιος ή τι δίνει το σύνθημα για την έκφρασή τους; Πώς ελέγχεται η ακρίβεια της έκφρασής τους ποσοτικά, ποιοτικά και χωροταξικά;
Είναι προφανές ότι ο όγκος δουλειάς που απαιτείται για να απαντηθούν τέτοιου είδους ερωτήματα είναι πολλαπλάσιος αυτού που απαιτήθηκε για την αποκωδικοποίηση του γονιδιώματος. Ενα σοβαρό βήμα προς αυτή την κατεύθυνση ανακοινώθηκε στο τελευταίο τεύχος της επιθεώρησης «Science». Οπως ήταν αναμενόμενο, πρόκειται για συλλογική εργασία: ιάπωνες επιστήμονες συντόνισαν την εργασία που μοιράστηκαν με συναδέλφους τους από την Αυστραλία, την Ιταλία, τη Γερμανία, τη Σιγκαπούρη, τη Νότια Αφρική, την Ελβετία, τη Σουηδία, το Ηνωμένο Βασίλειο, τις ΗΠΑ και την Ελλάδα. (Ειδικότερα, η χώρα μας εκπροσωπήθηκε από τους ερευνητές του Ερευνητικού Κέντρου Βιοϊατρικών Επιστημών «Αλέξανδρος Φλέμινγκ» δρα Γιώργο Κόλλια και δρα Βασίλη Αϊδίνη.)
Χρησιμοποιώντας μια πληθώρα σύγχρονων τεχνολογιών, η διεθνής ομάδα επιστημόνων ανέλυσε εκατομμύρια μορίων RNA τα οποία παράγονται από τη μεταγραφή γονιδίων του ποντικού και εστίασε για περαιτέρω μελέτη σε 181.000 από αυτά. Από τη μελέτη αυτή προέκυψαν δεδομένα τα οποία αλλάζουν τη θεώρησή μας για τη δυναμική του κυττάρου και κατ’ επέκταση του οργανισμού. Ετσι ο ρόλος του RNA ενισχύεται σημαντικά: μακράν του να είναι απλώς το ενδιάμεσο μόριο-φορέας της πληροφορίας που απαιτείται για τη σύνθεση των πρωτεϊνών, το RNA παίζει καθοριστικό ρόλο στη λήψη αποφάσεων. H πλειονότητα των μορίων RNA που μελετήθηκαν δεν αποτελεί κωδικούς για τη σύνθεση των πρωτεϊνών, αλλά έχει ρυθμιστικό ρόλο στη σύνθεσή τους. Με άλλα λόγια, σε αυτά τα μη κωδικεύοντα μόρια RNA πρέπει να επαφίεται η χωροχρονική ρύθμιση της σύνθεσης των κωδικευόντων μορίων RNA. Ενα από τα δύο άρθρα της επιθεώρησης «Science» είναι αφιερωμένο στα antisense μόρια RNA, στα μόρια δηλαδή του RNA που δεν έχουν νόημα. Οταν η διπλή έλικα ξετυλίγεται για να μεταγραφεί ένα γονίδιο, χρησιμοποιείται ως μήτρα για τη σύνθεσή του η μία από τις δύο αλυσίδες του DNA δίνοντας γένεση στο RNA που επειδή έχει νόημα (περιέχει δηλαδή την πληροφορία για τη σύνθεση μιας πρωτεΐνης) ονομάζεται sense RNA. Ως πρόσφατα θεωρούνταν ότι η άλλη αλυσίδα του DNA παρέμενε στην πλειονότητα των περιπτώσεων σε αχρηστία, αλλά οι έρευνες της διεθνούς ομάδας επιστημόνων δείχνουν ότι τα πράγματα δεν είναι έτσι: σε ένα τεράστιο ποσοστό γονιδίων μεταγράφονται ταυτόχρονα και οι δύο αλυσίδες του DNA παράγοντας sense και antisense μόρια RNA. Αυτά τα δεύτερα φαίνεται ότι ρυθμίζουν την τύχη των πρώτων, αποφασίζοντας για το πότε και σε ποιες ποσότητες θα αξιοποιηθούν για τη σύνθεση των πρωτεϊνών.
Τα παραπάνω ευρήματα σημαίνουν ότι οι διαφορές που παρατηρούνται μεταξύ ποντικών και ανθρώπων θα πρέπει μάλλον να αποδοθούν όχι τόσο στη δομή των πρωτεϊνών τους, που σε πολλές περιπτώσεις είναι εξαιρετικά όμοιες, αλλά στους ρυθμιστικούς μηχανισμούς που ελέγχουν την έκφραση των γονιδίων των δύο ειδών. Οπως χαρακτηριστικά δήλωσε ο επικεφαλής των ερευνών ιάπωνας καθηγητής Yoshihide Hyashizaki, «έχουμε παράσχει στη βιοϊατρική ερευνητική κοινότητα τα εργαλεία για την κατανόηση των μηχανισμών που απαιτούνται για τη δημιουργία ενός θηλαστικού. Εχουμε αποκωδικοποιήσει το γονιδίωμα όχι μόνο ως προς τους κωδικούς που απαιτούνται για τη δημιουργία των «ανταλλακτικών» (πρωτεϊνών) ενός θηλαστικού, αλλά και ως προς τους κωδικούς για να γίνουν οι σωστές μορφές, στις σωστές ποσότητες, στο σωστό σημείο και στην κατάλληλη χρονική στιγμή».
Περιττό να πούμε ότι η εργασία που περιγράφεται στο «Science» δεν είναι παρά μόνο η αρχή. Θα απαιτηθεί ευρεία ανάλυση των αρχικών δεδομένων που παρήχθησαν από τη διεθνή ερευνητική ομάδα και το βέβαιον είναι ότι για κάθε πράγμα που θα κατανοούν οι επιστήμονες θα προκύπτει σειρά άλλων ερωτημάτων. Ωστόσο αυτός είναι ο τρόπος που η επιστήμη προχωρά – και στις μέρες μας δε με πολύ μεγάλες ταχύτητες. Ο συνδυασμός των αποτελεσμάτων από έρευνες όπως η παραπάνω, των αποτελεσμάτων από συγκριτικές μελέτες γονιδιωμάτων (όπως αυτό του κοντινού συγγενούς μας, του χιμπαντζή, που ανακοινώθηκε πρόσφατα), καθώς και εκείνων που θα προκύψουν από διεξοδικές μελέτες μεταλλάξεων των γονιδίων, θα δώσει μια πιο ξεκάθαρη εικόνα τού τι σημαίνει θηλαστικό και πώς επιτυγχάνεται η διαφοροποίηση του πιο εξελιγμένου μεταξύ αυτών.
H συμμετοχή της χώρας μας στην προσπάθεια να κατανοηθεί η λειτουργία των γονιδίων του ποντικού, η οποία περιγράφεται στα άρθρα της επιθεώρησης «Science», δεν είναι καθόλου τυχαία. Τα τελευταία χρόνια το Ερευνητικό Κέντρο Βιοϊατρικών Επιστημών «Αλέξανδρος Φλέμινγκ» (ΕΚΕΒΕ «Αλέξανδρος Φλέμινγκ») δραστηριοποιείται έντονα σε μια σειρά μελετών που μεταξύ άλλων στοχεύουν στην αξιοποίηση του πειραματόζωου αυτού για την κατανόηση της αιτιολογίας ανθρώπινων ασθενειών. Στο πλαίσιο αυτό μάλιστα από το ΕΚΕΒΕ «Αλέξανδρος Φλέμινγκ» συντονίζεται το ευρωπαϊκό πρόγραμμα MUGEN, το οποίο μελετάει ανθρώπινες ασθένειες που προκύπτουν από τη δυσλειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος. Το πρόγραμμα εμπίπτει στην κατηγορία των Δικτύων Αριστείας (Network of Excellence) όπου άριστα ερευνητικά ινστιτούτα συνεργάζονται προκειμένου να επιτευχθεί ένας κοινός στόχος. Στο MUGEN συμμετέχουν 24 ινστιτούτα ή φορείς από την Ελλάδα, τη Γαλλία, τη Γερμανία, την Ιταλία, την Ελβετία, την Ολλανδία, το Ηνωμένο Βασίλειο, τη Δανία και τις ΗΠΑ.
Ο συντονιστής του προγράμματος MUGEN, πρόεδρος και επιστημονικός διευθυντής του Ερευνητικού Κέντρου Βιοϊατρικών Επιστημών «Αλέξανδρος Φλέμινγκ», δρ Γ. Κόλλιας, εξήγησε στο «Βήμα» τους λόγους για τους οποίους τόσο η παγκόσμια όσο και η ευρωπαϊκή ερευνητική κοινότητα έχουν εστιάσει τις προσπάθειές τους στη διεξοδική μελέτη του πειραματόζωου αυτού, και μίλησε για τη δυναμική που αναπτύσσεται γύρω από το ποντίκι ως μοντέλο για τη μελέτη της βιολογίας των θηλαστικών και για τον ρόλο που θα μπορούσε να διαδραματίσει η χώρα μας στα συγκεκριμένα ευρωπαϊκά ερευνητικά δρώμενα.
«Το ποντίκι είναι ένας άριστος οργανισμός-μοντέλο για τη διερεύνηση της ανθρώπινης φυσιολογίας και παθολογίας. Πρόκειται για ένα θηλαστικό του οποίου οι ομοιότητες με τον άνθρωπο εκτείνονται στη φυσιολογία, στη μορφολογία, στον μεταβολισμό, στην παθολογία και φυσικά αντανακλώνται στο γενετικό υλικό του. Σχεδόν για κάθε ανθρώπινο γονίδιο μπορεί να εντοπιστεί το αντίστοιχό του στον ποντικό. Επιπροσθέτως, οι σύγχρονες τεχνικές έχουν επιτρέψει τη γενετική τροποποίηση των ποντικών με εξαιρετική ακρίβεια. Αυτή η δυνατότητα έχει οδηγήσει στη δημιουργία πειραματόζωων, το γενετικό υπόβαθρο των οποίων απηχεί αυτό των ανθρώπων που πάσχουν από γενετικές ή και επίκτητες ασθένειες οι οποίες συνδέονται με δυσλειτουργία γονιδίων.
H συνειδητοποίηση από την ερευνητική κοινότητα ότι το ποντίκι αποτελεί το καλύτερο δυνατό ζωντανό βιολογικό σύστημα (είναι για παράδειγμα πολύ καλύτερο από τα κύτταρα σε καλλιέργεια ή από άλλους οργανισμούς που μπορεί να είναι πιο κοντά στον άνθρωπο εξελικτικά αλλά δεν προσφέρονται εξίσου για γενετικές μελέτες) εξηγεί τους λόγους για τους οποίους γίνονται αυτή τη στιγμή παγκοσμίως τεράστιες προσπάθειες για τη διεξοδική μελέτη του.
H EE έχει ρητώς εκφράσει την επιθυμία της να διαδραματίσει ηγετικό ρόλο στη μελέτη του ποντικού και διαθέτει ένα φιλόδοξο σχέδιο: να μελετηθούν ένα προς ένα όλα τα γονίδια του ποντικού, μέσω προγραμμάτων μεταλλαξογένεσης και φαινοτύπυσης, μέσω δηλαδή της πρόκλησης μεταλλάξεων στα γονίδια και της μελέτης των επιπτώσεων που έχουν οι μεταλλάξεις αυτές στον οργανισμό. Οπως αντιλαμβάνεστε, πρόκειται για μια τιτάνια προσπάθεια που εντάσσεται μέσα στο πλαίσιο ανάπτυξης του Ευρωπαϊκού Χώρου Ερευνας και της Ευρωπαϊκής Κοινωνίας και Οικονομίας της Γνώσης.
H Λειτουργική Γονιδιωματική, η ανάλυση δηλαδή της λειτουργίας των γονιδίων με τις νέες τεχνολογίες της γονιδιωματικής, είναι ένας χώρος στον οποίον η Ελλάδα έχει ήδη επιδείξει πολύ καλή ερευνητική παραγωγή. Πρόκειται δε για έναν χώρο στον οποίο θα στηριχθεί η μελλοντική ανάπτυξη βιολογικών θεραπειών για ένα πλήθος ασθενειών του ανθρώπου. H δική μας συμμετοχή, τόσο με το πρόγραμμα MUGEN όσο και με άλλα ερευνητικά προγράμματα συνεργασίας που έχουμε συστήσει με ευρωπαϊκούς και άλλους διεθνείς οργανισμούς, μπορεί και πρέπει να είναι δυναμική ώστε να φέρει την Ελλάδα σε ανταγωνιστική θέση σε σχέση με την καινοτομία και τα κοινωνικά και οικονομικά οφέλη που πρόκειται να προκύψουν. Συνεργαζόμαστε με την πολιτική ηγεσία του υπουργείου Ανάπτυξης ώστε να μπορέσουν να αναπτυχθούν έγκαιρα στον ελληνικό χώρο οι απαραίτητες ερευνητικές υποδομές και να διευκολυνθεί η συμμετοχή μας όσο το δυνατόν με επάρκεια και ίσους όρους σε αυτή τη διεθνή προσπάθεια».
Διαφορές και ομοιότητες
* Το γονιδίωμα του ποντικού είναι κατά 14% μικρότερο από αυτό του ανθρώπου.
* Τόσο το γονιδίωμα του ποντικού όσο και του ανθρώπου περιέχουν περί τα 30.000 γονίδια. Το ποσοστό των γονιδίων του ποντικού τα οποία έχουν ένα αντίστοιχο («ορθόλογο» στη γλώσσα των βιολόγων) γονίδιο στο ανθρώπινο γονιδίωμα ανέρχεται στο 80%, ενώ το ποσοστό των γονιδίων του ποντικού που δεν διαθέτει ανθρώπινο ορθόλογο γονίδιο δεν ξεπερνά το 1%.
* Περισσότερο από το 90% και των δύο γονιδιωμάτων μπορεί να αντιστοιχιστεί σε περιοχές συντηρημένης αλληλουχίας γονιδίων. Με άλλα λόγια, η σειρά των γονιδίων του κοινού προγόνου των τρωκτικών και των θηλαστικών έχει διατηρηθεί σε ποσοστό 90% κατά τη διάρκεια της εξέλιξης και των δύο ειδών.
* Τα γονίδια του ποντικού που κατά τη διάρκεια της εξέλιξης έχουν πολλαπλασιαστεί σε σχέση με τα αντίστοιχα των ανθρώπων αφορούν κυρίως την αναπαραγωγή, την ανοσία και την όσφρηση.
* Τα γονιδιώματα του χιμπαντζή και του ανθρώπου έχουν περίπου το ίδιο μέγεθος.
* Ανάλογα με τη μέθοδο σύγκρισης, τα γονιδιώματα του χιμπαντζή και του ανθρώπου είναι όμοια κατά 99% ή – στη χειρότερη περίπτωση – κατά 96%.
* Παρά τις ομοιότητες, οι διαφορές μεταξύ ενός χιμπαντζή και ενός ανθρώπου είναι δεκαπλάσιες σε σχέση με τις διαφορές μεταξύ δύο οποιωνδήποτε ανθρώπων.
* H σύγκριση των γονιδιωμάτων του χιμπαντζή και του ανθρώπου αποκάλυψε τις περιοχές που εξελίχθηκαν στον άνθρωπο κατά τη διάρκεια των τελευταίων 6 εκατ. ετών (χρονολογικά εκεί τοποθετείται ο τελευταίος κοινός πρόγονος των δύο ειδών). Μεταξύ αυτών των περιοχών συγκαταλέγονται και εκείνες που σχετίζονται με την ομιλία.
* Τόσο οι χιμπαντζήδες όσο και οι ποντικοί διαθέτουν ανοσία σε ασθένειες που μαστίζουν τους ανθρώπους. Τα γονίδια (και οι συνδυασμοί αυτών) που τους επιφέρουν ανοσία αποτελούν τους πρώτους στόχους των ερευνητών.
