Μελετώντας ένα δέντρο μπορεί κανείς να ανακαλύψει πολλά πράγματα. Σε καμία περίπτωση όμως δεν θα μπορέσει από τη μελέτη αυτή (όσο διεξοδική και αν είναι) να μάθει τις ιδιότητες ενός δάσους. Για παράδειγμα, δεν θα γνωρίζει το είδος των φυτών που θα αναπτυχθούν στο έδαφος του δάσους αφού αυτό εξαρτάται μεταξύ άλλων από την πυκνότητα των δέντρων (και κατά συνέπεια την ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος) και την οργανική ύλη του προκύπτει από την αποσύνθεση των φύλλων των δέντρων που πέφτουν. Με αντίστοιχο τρόπο δεν μπορεί κανείς να εξαγάγει συμπεράσματα για έναν οργανισμό όταν μελετά μόνο ένα οργανό του (για παράδειγμα την καρδιά του) ούτε όμως και να αντιληφθεί όλες τις λειτουργίες ενός οργάνου μελετώντας μόνο ένα κύτταρό του. Ολα αυτά γιατί οι λειτουργικές οντότητες, είτε πρόκειται για ένα δασικό οικοσύστημα είτε πρόκειται για έναν οργανισμό, δεν συγκροτούνται μόνο από το σύνολο των επί μέρους στοιχείων τους, αλλά και από το σύνολο των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των στοιχείων αυτών. Την κατανόηση των οργανισμών στο σύνολό τους επιχειρεί το νεοαναπτυσσόμενο πεδίο της Βιολογίας Συστημάτων, όπως εξήγησε μιλώντας στο «Βήμα» ο κ. Γρηγόρης Στεφανόπουλος, χημικός μηχανικός, καθηγητής του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης (MIT), ο οποίος βρέθηκε για λίγες μέρες στην Αθήνα προκειμένου να λάβει μέρος σε σχετική ημερίδα που διοργανώθηκε από το Εθνικό Ιδρυμα Ερευνών.




– Τι ακριβώς πραγματεύεται η βιολογία συστημάτων;


«H βιολογία συστημάτων επιχειρεί την ολική αντιμετώπιση των βιολογικών προβλημάτων. Για παράδειγμα, δεν βλέπει ξεχωριστά ένα ένζυμο ή ένα γονίδιο, αλλά προσπαθεί να συνδυάσει τη δράση του ενζύμου ή την έκφραση του γονιδίου με τη φυσιολογία του οργανισμού είτε αυτός είναι πολυκυτταρικός είτε μονοκυτταρικός».


– Ετσι όπως το θέσατε, μάλλον το εγχείρημα θα έχει περισσότερες πιθανότητες επιτυχίας αν εφαρμοστεί σε μονοκυτταρικό παρά σε πολυκυτταρικό οργανισμό…


«Προφανώς! Ενας πολυκυτταρικός οργανισμός έχει πολύ μεγαλύτερο βαθμό δυσκολίας από έναν μονοκυτταρικό, όπως και ένας μονοκυτταρικός οργανισμός έχει πολύ μεγαλύτερο βαθμό δυσκολίας από τη μελέτη ενός και μόνο ενζύμου ή γονιδίου. Δεν είναι καθόλου τυχαίο που η αφαιρετική μέθοδος της μελέτης μεμονωμένων κυτταρικών στοιχείων ήταν η πρώτη που χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη βιολογικών συστημάτων. Στην αρχή χρειαζόταν να διαχωρίσουμε τα στοιχεία από τις αλληλεπιδράσεις τους και βγάλαμε πολύ χρήσιμα συμπεράσματα από αυτή την προσέγγιση. Τώρα όμως αρχίζουμε να συνειδητοποιούμε ότι δεν είναι δυνατόν να πάμε παρακάτω αν δεν λειτουργήσουμε διαφορετικά, αν δεν δούμε τους οργανισμούς ως σύνολα και όχι κατακερματίζοντάς τους».


– Το ότι αρχίσαμε να το συνειδητοποιούμε τι σημαίνει; Εχουμε τη δυνατότητα να υιοθετήσουμε τη συνολική προσέγγιση ή απλώς διαπιστώνουμε την αδυναμία μας;


«Μπορούμε να κάνουμε πολλά, αν και η βιολογία συστημάτων είναι ένα πεδίο που βρίσκεται ακόμη στα σπάργανα. Πάντως, ακόμη και σε αυτό το πρώιμο στάδιο μπορούμε να παρακολουθήσουμε και να μετρήσουμε ταυτοχρόνως τις αλληλεπιδράσεις πολλών βιολογικών μακρομορίων. Σε ορισμένες περιπτώσεις και όλων των μακρομορίων ενός μικροοργανισμού».


– Από πρακτικής απόψεως τι μπορούμε να περιμένουμε από αυτές τις δυνατότητες;


«Θα μπορούσαμε να περιμένουμε πλήθος εφαρμογών και σε διαφόρους τομείς, όπως για παράδειγμα η ανάπτυξη νέων φαρμάκων ή η καλύτερη διάγνωση ασθενειών».


– Υπάρχουν παραδείγματα από το εργαστήριό σας που θα μπορούσαν να μας δώσουν καλύτερα την εικόνα των πρακτικών εφαρμογών;


«Εχουμε πολλά ερευνητικά προγράμματα σε εξέλιξη αυτή τη στιγμή. Ενα από αυτά είναι η διάγνωση των αιτίων της υπεργλυκαιμίας. H παρατηρούμενη στο αίμα υπεργλυκαιμία μπορεί να οφείλεται σε πολλά αίτια. Παραδείγματος χάριν, μπορεί τα κύτταρα του ήπατος να μην «ενημερώνονται» για την παρουσία γλυκόζης στο αίμα και να συνεχίζουν να την παράγουν. Ή μπορεί τα μυϊκά κύτταρα να μη χρησιμοποιούν τη γλυκόζη και να «καίνε» τα λιπαρά οξέα. Και στις δύο περιπτώσεις το αποτέλεσμα είναι ίδιο: οι εργαστηριακές μετρήσεις δείχνουν υψηλά επίπεδα γλυκόζης στο αίμα ενός ατόμου. H αντιμετώπιση όμως της παρατηρούμενης υπεργλυκαιμίας θα πρέπει να είναι διαφορετική σε κάθε μία περίπτωση. Από τις αναμενόμενες εφαρμογές της βιολογίας συστημάτων είναι η δυνατότητα διαφορικής διάγνωσης ασθενειών αλλά και η δυνατότητα παραγωγής εξειδικευμένων φαρμάκων για συγκεκριμένες ομάδες ασθενών».




– Υπάρχει κάποιο άλλο ερευνητικό πρόγραμμά σας που να είναι σε απόσταση αναπνοής από το να δώσει πρακτικά, εφαρμόσιμα ευρέως, αποτελέσματα;


«Οπως εύκολα μπορεί να αντιληφθεί κανείς, οι μικροοργανισμοί ενδείκνυνται περισσότερο για εφαρμογές της βιολογίας συστημάτων, λόγω της σχετικής απλότητάς τους. Στο εργαστήριο χρησιμοποιούμε ένα πολύ κοινό και πολύ καλά μελετημένο μικροοργανισμό, το βακτήριο escherichia coli για να παράξουμε σε μεγάλες ποσότητες ουσίες φαρμακευτικού ενδιαφέροντος. Ετσι έχουμε παράξει αρτεμισινίνη (artemisinin) η οποία χρησιμοποιείται ως φάρμακο εναντίον της ελονοσίας (και μάλιστα όταν τα άλλα φάρμακα έχουν αποτύχει) καθώς και καροτενοειδή, αντιοξειδωτικές ουσίες με ευρύ φάσμα εφαρμογών».


– Συγχωρήστε μου τη δυσπιστία, αλλά αυτά που περιγράφετε μου ακούγονται σαν κλασικές περιπτώσεις γενετικής μηχανικής ή βιοτεχνολογίας. Πού εμπλέκεται η βιολογία συστημάτων στο παραπάνω παράδειγμα;


«Πράγματι, το να γίνεται ένας μικροοργανισμός εργοστάσιο παραγωγής φαρμάκων αποτελεί μια από τις πρώτες βιοτεχνολογικές εφαρμογές. Οι δυνατότητες όμως της βιολογίας συστημάτων έρχονται να προστεθούν στα προηγούμενα κεκτημένα. Ετσι, επεμβαίνοντας με κλασικούς τρόπους στο βακτήριο είχαμε πετύχει μια παραγωγή αρτεμισινίνης της τάξεως των 4.000 μερών ανά εκατομμύριο (ppm). Αξιοποιώντας τις δυνατότητες της βιολογίας συστημάτων φτάσαμε στα 24.000 ppm!».


– Πού ακριβώς αποδίδεται αυτή η εντυπωσιακή αύξηση;


«Στο γεγονός ότι η αναζήτηση γονιδίων που επιδρούν στην ενίσχυση της σύνθεσης της αρτεμισινίνης δεν έγινε με τον κλασικό τρόπο τού ανακαλύπτω ένα γονίδιο, αναζητώ τις «σχέσεις» του με άλλα και επεμβαίνω σε καίρια σημεία. Αντιθέτως, έγινε στο σύνολο του οργανισμού πράγμα που επέτρεψε τον εντοπισμό γονιδίων τα οποία δεν θα μπορούσαμε ποτέ να υποπτευθούμε ότι θα είχαν κάποια επίδραση στην παραγωγή της ουσίας που θέλαμε να παράξουμε».


– Ποιος είναι ο χρονικός ορίζοντας για την ολοκλήρωση του προγράμματος της αρτεμισινίνης και τι ακριβώς μπορούμε να περιμένουμε;


«Νομίζω ότι στα επόμενα δύο χρόνια θα έχουμε ολοκληρώσει το πρόγραμμα που θα επιτρέψει την παραγωγή ενός ζωτικού φαρμάκου σε πολύ χαμηλή τιμή (της τάξεως των μερικών σεντς). Πρέπει δε να σας πω ότι δεν είμαστε οι μόνοι που ασχολούμαστε με τέτοιου είδους προσεγγίσεις. Γνωρίζω ότι υπάρχει αντίστοιχο πρόγραμμα για την παραγωγή ταξόλης (κυτταροστατικού φαρμάκου που χρησιμοποιείται στην αντιμετώπιση πολλών καρκίνων), ενώ το ίδρυμα Gates έχει χορηγήσει ένα τεράστιο ποσό χρημάτων σε προγράμματα βιολογίας συστημάτων».


– Τα επόμενα θαύματα λοιπόν αναμένονται από αυτό το πεδίο της βιολογίας;


«Το ελπίζουμε, αλλά θα προτιμούσα να είμαστε φειδωλοί στις υποσχέσεις. Οπως είπαμε στην αρχή, η βιολογία συστημάτων είναι στα σπάργανα. Ελπίζουμε όμως ότι καθώς θα ενηλικιώνεται θα προσφέρει πολλά…».