Το πιο μαγικό μόριο του οργανισμού μας κρατάει ακόμα πολλά μυστικά. Οι ερευνητές δεν έχουν καταλήξει ούτε στον αριθμό των γονιδίων που διαθέτουμε...

Ο «μετακώδικας», τα γονίδια και οι αριθμοί

Ο «μετακώδικας», τα γονίδια και οι αριθμοί Το πιο μαγικό μόριο του οργανισμού μας κρατάει ακόμα πολλά μυστικά. Οι ερευνητές δεν έχουν καταλήξει ούτε στον αριθμό των γονιδίων που διαθέτουμε… ΣΤ. N. ΑΛΑΧΙΩΤΗΣ Χιλιάδες έρευνες από την εποχή του Μέντελ έχουν τον ίδιο στόχο: το γονίδιο, τους κληρονομικούς παράγοντες που ορίζουν τη ζωή εδώ και 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό όμως το «μαγικό μόριο»


Χιλιάδες έρευνες από την εποχή του Μέντελ έχουν τον ίδιο στόχο: το γονίδιο, τους κληρονομικούς παράγοντες που ορίζουν τη ζωή εδώ και 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό όμως το «μαγικό μόριο» δεν έχει αποκαλύψει ακόμη το «πρόσωπό» του καθώς εκλαμβάνεται ποικιλοτρόπως· όπως, λ.χ., ως μεντελική κλασική έννοια ή ως μοριακή ή ως ένα βιοχημικό μόριο ή ως ένα βιοτεχνολογικό εργαλείο ή ως μια κοινωνιοβιολογική έννοια, ακόμη και ως ένα νεκρό μόριο που ορίζει και κατευθύνει τους μοιραίους μηχανισμούς του σώματός μας.


Και ενώ με την ολοκλήρωση της χαρτογράφησης ολόκληρου του γονιδιώματος του ανθρώπου αναμενόταν να δούμε «καταπρόσωπο» όλα τα, 100.000 περίπου, γονίδια που εκτιμούσαν οι επιστήμονες ότι έχουμε, το «μυστικό» και η σύγχυση για το πόσα γονίδια έχουμε τελικά παραμένουν ακόμη. Μια παλαιά θεωρητική γενετική εκτίμηση από τον Μιούλερ το 1937 προσδιόριζε έναν αριθμό 37.000 ενεργών και πλήρων γονιδίων. Το 2001 η διεθνής ομάδα για την αλληλούχηση του γονιδιώματός μας αναφερόταν στην ύπαρξη 30.000-40.000 γονιδίων, κοντά στον θεωρητικό προαναφερθέντα αριθμό. Τον ίδιο χρόνο όμως η ανταγωνίστρια ομάδα, η εταιρεία Gelera Genomics, αναφερόταν σε έναν διαφορετικό αριθμό, 26.000-38.000 γονίδια· και πιο πρόσφατα, το 2004, ο αριθμός που ανακοινώθηκε αναφέρεται σε 20.000-25.000 γονίδια! Οσα δηλαδή περίπου τα γονίδια ενός φυτού, του Arabidopsis thaliana, ενώ το έντομο Δροσόφιλα έχει 13.000 γονίδια.


Μήπως όμως αυτή η ασυμφωνία των ερευνητών για τον ακριβή αριθμό των γονιδίων μας, που μας φέρνει πιο κοντά στο προαναφερθέν φυτό αλλά και στο ποντίκι που έχει περίπου τον ίδιο αριθμό, δεν οφείλεται πουθενά αλλού παρά στη δυσκολία να ορίσουμε το τι εννοούμε με τον όρο γονίδιο; Αφού όμως το ποσό του ολικού DNA αυξάνεται όσο ανερχόμαστε την εξελικτική κλίμακα, μπορεί ένα φυτό να έχει τον ίδιο αριθμό γονιδίων με του ανθρώπου, ο οποίος έχει πολύ μεγαλύτερη πολυπλοκότητα; Μήπως πάλι στην προαναφερθείσα εξελικτική κλιμάκωση του ποσού του DNA υπάρχουν πολλές εξαιρέσεις, όπως λ.χ. με τη σαλαμάνδρα που έχει περισσότερο DNA από του ανθρώπου; Μήπως συμβαίνει κάτι άλλο που δεν γνωρίζουμε καλά ακόμα;


Μια παλαιότερη σχετική προσέγγιση αποκάλυψε, λ.χ., ότι υπάρχει στο γονιδίωμα των ειδών ένα μεγάλο ποσό DNA που επαναλαμβάνεται σε μερικές περιοχές, αυξάνοντας το συνολικό ποσό, όχι όμως και την πολυπλοκότητα του DNA και του οργανισμού κατ’ αντιστοιχία. Το εν λόγω επαναλαμβανόμενο DNA το ονόμασαν «άχρηστο», «εγωιστικό», καθώς φαίνεται να υπάρχει μόνο για να αυτοαναπαράγεται. Ωστόσο τελευταία «πολιορκείται» και αυτό το DNA που πέραν της μεγάλης εξελικτικής του σημασίας, καθώς μπορεί να δώσει νέα γονίδια, φαίνεται ότι προσφέρει κάτι και στο κύτταρο· και ίσως να παίζει κάποιο ρυθμιστικό ρόλο. Αλλωστε τα φώτα της περιέργειας εστιάζονται τελευταία στο πώς ρυθμίζεται η έκφραση όχι μόνο του γονιδίου ως μονάδας αλλά και ως τμήματός του ή ακόμα του γονιδιώματος ως συνόλου των γονιδίων, των αλληλεπιδράσεών τους και της «διαλεκτικής» σχέσης τους με το κύτταρο και το περιβάλλον γενικότερα. Γι’ αυτό η επίλυση του «παράδοξου» του απόλυτου αριθμού των γονιδίων μας πρέπει να κινηθεί και πέραν της δομικής προσέγγισης· στη ρύθμιση και έκφραση, όπως και στη γραμμική επικάλυψη ορισμένων γονιδίων.


Στο γενικότερο αυτό πλαίσιο η προσπάθεια εκτείνεται σε εκτιμήσεις που συμπεριλαμβάνουν ποικίλες θεωρήσεις και έννοιες καθορισμού μιας νουκλεοτιδικής αλληλουχίας ως ενεργού γονιδίου. Τέτοιες προσεγγίσεις αφορούν, λ.χ., την ανακάλυψη εκφραζόμενων αλληλουχιών γονιδίων ή ακόμα και γονιδιακών περιοχών οι οποίες αναφέρονται σε τμήματα DNA που μεταγράφονται δίνοντας μηνύματα (RNA). Την αναζήτηση αφορούν και νέα γονίδια που δεν μοιάζουν με κανένα από τα γνωστά ή, ακόμα πιο σημαντικό, και αλληλουχίες που δεν κωδικοποιούν πρωτεΐνες αλλά διάφορους τύπους RNA για ρυθμιστικούς λόγους. Οι εκτιμήσεις αυτές ανεβάζουν πάλι τον αριθμό των γονιδίων σε 80.000.


Αλλες προσεγγίσεις που εστιάζονται στην ανακάλυψη τμημάτων γονιδίων, μερών για τα οποία υπάρχουν ενδείξεις ότι συμμετέχουν στην κωδικοποίηση πρωτεϊνών ή RNAs, καταλήγουν στον αριθμό 850.000 τέτοιων γονιδιακών τμημάτων. Παραπλήσια προσέγγιση αναφέρεται και στον εκτιμώμενο αριθμό 700.000 ανοικτών αναγνωστικών πλαισίων (όχι πλήρων γονιδίων) εκφραζομένων αλληλουχιών. Σχετική συγκριτική μελέτη, που βασίζεται στη γονιδιακή έκφραση, συγκλίνει στον αριθμό ύπαρξης 75.000 γονιδίων, με περισσότερα από 65.000 να δείχνουν ότι το αγγελιαφόρο RNA τους υφίσταται συναρμογή, όπως αναμένεται για πλήρη γονίδια που δίνουν ένα πλήρες προϊόν, ένα πολυπεπτίδιο π.χ. ή RNA.


Στο φαινόμενο αυτό της πολύπλοκης γονιδιωματικής ρύθμισης, πέραν της εμπλοκής συγκεκριμένων πρωτεϊνών που καταστέλλουν τη δράση των γονιδίων, ο ρόλος αυτός φαίνεται τώρα ότι δεν είναι μοναδικό τους προνόμιο. Πρόσφατα δεδομένα, λ.χ., υποστηρίζουν ότι έναν τέτοιο ρόλο παίζει και το RNA που μπορεί να ρυθμίζει (να αναστέλλει) γονίδια ανάλογα με τη συγκέντρωση μικρομορίων με τα οποία δεσμεύεται με μεγάλη εξειδίκευση και συνάφεια· ένα φαινόμενο που οδηγεί στην επανεξέταση του εναλλακτικού τρόπου εκτίμησης του αριθμού των γονιδίων, όπως γίνεται με τα πρωτόκολλα έκφρασής τους.


Στην όλη συζήτηση θα πρέπει να συμπεριληφθεί και η περίπτωση ύπαρξης νουκλεοτιδικών αλληλουχιών που εμπερικλείουν επικαλυπτόμενα γονίδια· όπου δηλαδή μια συγκεκριμένη περιοχή DNA δεν αντιστοιχίζεται γραμμικά με ένα γονίδιο αλλά με περισσότερα, τα οποία έχουν διαφορετικά αναγνωστικά πλαίσια· αντιστοιχούν δηλαδή σε διαφορετικά μηνύματα, όπως έχει αποκαλυφθεί και στους ιούς. H όλη λοιπόν διερεύνηση μετατίθεται από τη γραμμική γονιδιακή δομή στη γονιδιακή ρύθμιση-έκφραση, αλλά και νουκλεοτιδική επικάλυψη. Γι’ αυτό ίσως είναι αυτή η ολιστική προσέγγιση αναγκαία για να μάθουμε τον ακριβή αριθμό των γονιδίων μας.


Ταυτόχρονα πρέπει να πάμε πιο βαθιά και να αποκαλύψουμε συστημικά μοντέλα που θα περιγράφουν μέσα από τη γονιδιακή ρύθμιση και έκφραση – και όχι μόνο από τη γονιδιακή δομή – ένα «γονιδιωματικό μετακώδικα».


Μια τέτοια προσέγγιση-απόκριση στη μεγάλη πρόκληση της επιστήμης στο άμεσο μέλλον θα συμβάλει στη διαλεύκανση της «στατικής» ως ένα μεγάλο βαθμό αντίληψης που έχουμε για το γονίδιο και τη συνακόλουθη αφάνταστα μεγάλη πολυπλοκότητα της πληροφορίας που φέρει το γονιδίωμα. Για να μάθουμε ίσως για πρώτη φορά, «αποκωδικοποιώντας» τον «γονιδιωματικό μετακώδικα», πώς λειτουργεί πραγματικά η ατελείωτη διαδικασία της ζωής. Αυτή ίσως μπορεί να ‘ναι και η Νέα Σύνθεση της Νέας Βιολογίας. Μια νέα υπόθεση προς τον δρόμο της αναζήτησης νέων ρυθμιστικών μοντέλων πολύ ευρύτερης βιολογικής εμβέλειας και βαθύτερης βιοτεχνολογικής-βιοϊατρικής θεώρησης και πρακτικής.


Ο κ. Σταμάτης N. Αλαχιώτης είναι καθηγητής Γενετικής και πρώην Πρύτανης του Πανεπιστημίου Πατρών.

Science
ΒΗΜΑτοδότης
Σίβυλλα
Helios Kiosk