«Ζώα-μοντέλα ανθρωπίνων ασθενειών του ανοσοποιητικού συστήματος». Αυτός ήταν ο τίτλος του πρώτου διεθνούς συνεδρίου το οποίο πραγματοποιήθηκε την εβδομάδα που πέρασε στο Καβούρι, στο πλαίσιο του ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος MUGEN. Το πρόγραμμα MUGEN, το οποίο συντονίζεται από το Ερευνητικό Κέντρο Βιοϊατρικών Επιστημών «Αλέξανδρος Φλέμινγκ» (ΕΚΕΒΕ «Αλέξανδρος Φλέμινγκ»), εμπίπτει στην κατηγορία των Δικτύων Αριστείας (Network of Excellence), όπου άριστα ερευνητικά ινστιτούτα συνεργάζονται προκειμένου να επιτευχθεί ένας κοινός στόχος. Στην προκειμένη περίπτωση ο κοινός στόχος είναι η κατανόηση των ασθενειών του ανοσοποιητικού συστήματος (από ρευματοπάθειες και ερυθηματώδη λύκο ως καρκίνο) μέσω της δημιουργίας ποντικών-μοντέλων για κάθε ασθένεια και στην επίτευξή του συμβάλλουν επιστήμονες από 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. Αυτοί αλλά και συνάδελφοί τους με συναφή ερευνητικά προγράμματα συγκεντρώθηκαν στο Καβούρι προκειμένου να αναφέρουν τις ως τώρα προόδους και να σχεδιάσουν τη μετέπειτα πορεία του προγράμματος. «Το Βήμα» παρακολούθησε τις εργασίες του συνεδρίου και σας μεταφέρει… τον παλμό του.
Η υπεροχή του ποντικού
Το πρόγραμμα MUGEN, το οποίο συντονίζεται από τον επιστημονικό διευθυντή του ΕΚΕΒΕ «Αλέξανδρος Φλέμινγκ» δρα Γ. Κόλλια, δεν αποτελεί εξαίρεση στα ευρωπαϊκά ερευνητικά δρώμενα. Αντιθέτως, εντάσσεται σε μια τεράστια προσπάθεια της ΕΕ να αξιοποιήσει τα «δυνατά χαρτιά» της σε τομείς της έρευνας που υπόσχονται να θέσουν τα θεμέλια στην Οικονομία της Γνώσης. Η εν λόγω προσπάθεια έχει μεταξύ άλλων ως στόχο την κατανόηση της γενετικής βάσης των ανθρωπίνων ασθενειών και ο ποντικός έχει επιλεγεί ως το ιδανικό πειραματόζωο για την πραγμάτωση αυτού του στόχου. Η επιλογή αυτή δεν είναι καθόλου τυχαία: έστω και αν άλλοι οργανισμοί είναι συγγενέστεροι του ανθρώπου από εξελικτικής απόψεως, ο ποντικός διαθέτει μια σειρά πλεονεκτήματα τα οποία τον καθιστούν το καλύτερο δυνατό ζωντανό βιολογικό σύστημα για αυτόν τον σκοπό. Το καλά μελετημένο πειραματόζωο διαθέτει: πρώτον, σχετικά μικρό χρόνο ζωής και δίνει πλήθος απογόνων, πράγμα το οποίο σημαίνει ότι μπορεί κανείς σε σύντομο χρονικό διάστημα να έχει τα αποτελέσματα διασταυρώσεων και να παίρνει μεγάλους αριθμούς ζώων για μελέτη· δεύτερον, μπορεί να μεγαλώσει και να πολλαπλασιαστεί σε πλήρως ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες, πράγμα πολύτιμο στην έρευνα (για να μελετηθεί η επίδραση ενός παράγοντα θα πρέπει οι υπόλοιποι που επιδρούν στο σύστημα να διατηρούνται σταθεροί) και πρακτικώς αδύνατον να επιτευχθεί με ανθρώπους· και, τρίτον, παρέχει τη δυνατότητα επέμβασης στο γενετικό υλικό του (μπορεί κανείς να προσθέσει ή να αφαιρέσει γονίδια για να μελετήσει τα αποτελέσματα των χειρισμών του), πράγμα που προφανώς (…) είναι επίσης αδύνατον να γίνει σε ανθρώπους.
Την επιτυχή επιλογή του ποντικού ως του καταλληλότερου οργανισμού για τη μελέτη της βιολογίας των θηλαστικών κατέδειξε η σύγκριση των γονιδιωμάτων των δύο ειδών η οποία έφερε στο φως δεδομένα όπως τα παρακάτω: αν και το γονιδίωμα του ποντικού είναι κατά 14% μικρότερο από αυτό του ανθρώπου, και τα δύο περιέχουν περί τις 30.000 γονίδια. Περισσότερο από το 90% και των δύο γονιδιωμάτων μπορεί να αντιστοιχιστεί σε περιοχές συντηρημένης αλληλουχίας γονιδίων. (Η σειρά, δηλαδή, των γονιδίων του κοινού προγόνου των τρωκτικών και των θηλαστικών έχει διατηρηθεί σε ποσοστό 90% κατά τη διάρκεια της εξέλιξης και των δύο ειδών.) Το ποσοστό των γονιδίων του ποντικού τα οποία έχουν ένα αντίστοιχο γονίδιο στο ανθρώπινο γονιδίωμα ανέρχεται στο 80%. Οπως βεβαίως μπορεί να φανταστεί κανείς, τα ποντίκια σε σύγκριση με τους ανθρώπους διαθέτουν περισσότερα γονίδια τα οποία σχετίζονται με την όσφρηση, την αναπαραγωγή και την ανοσία.
Μπορεί οι ομοιότητες του ποντικού με τον άνθρωπο να εκτείνονται στη φυσιολογία, στη μορφολογία, στον μεταβολισμό, στην παθολογία και φυσικά να αντανακλώνται στο γενετικό υλικό του, αλλά όταν ολκληρώθηκε η αποκωδικοποίηση των γονιδιωμάτων των δύο ειδών οι επιστήμονες βρέθηκαν μπροστά σε ένα αδιέξοδο: έπρεπε να βρουν τρόπους να συσχετίσουν τα γονίδια με λειτουργίες, αφού το διάβασμα απλώς της αλληλουχίας ενός γονιδίου δεν παρέχει πληροφορίες για τον ρόλο των προϊόντων αυτών των γονιδίων.
«Οδηγίες χρήσης» γονιδίων
Απαντήσεις σε ερωτήματα αυτού του είδους ήρθε να δώσει η λειτουργική γονιδιωματική, ένας κλάδος που εφαρμόζει μια σειρά νέες τεχνολογίες προκειμένου να αναλυθεί η λειτουργία των γονιδίων. Μεταξύ των στόχων που έχουν τεθεί από την ΕΕ είναι η μελέτη της λειτουργίας όλων των γονιδίων του ποντικού ένα προς ένα! Για το τιτάνιο αυτό έργο θα απαιτηθεί συλλογική προσπάθεια και φυσικά κεντρικός συντονισμός. Μέρος αυτής της προσπάθειας είναι το πρόγραμμα MUGEN, το οποίο εστιάζει μόνο στα γονίδια τα οποία σχετίζονται με το ανοσοποιητικό σύστημα, αλλά ο ευρωπαϊκός στόχος είναι πολύ μεγαλύτερος. Στην ουσία επιχειρείται η κατανόηση της γενετικής συνιστώσας όλων των ανθρωπίνων ασθενειών (καρδιαγγειακά, ασθένειες του μεταβολισμού, ασθένειες του νευρικού συστήματος, μολυσματικές νόσοι) μέσω της δημιουργίας ποντικών-μοντέλων για κάθε ασθένεια.
Η προσπάθεια, η οποία βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη, συνίσταται στη δημιουργία μεταλλάξεων σε καθένα από τα γονίδια του ποντικού και στη μελέτη των αποτελεσμάτων αυτών των μεταλλάξεων. Η ιδέα είναι πως, αν μεταλλάξουμε ένα γονίδιο (αν προκαλέσουμε, δηλαδή, αλλαγές στην ακολουθία της γενετικής πληροφορίας που εμπεριέχεται σε αυτό) και το εισαγάγουμε σε έναν οργανισμό, θα μπορέσουμε από το αποτέλεσμά του να εξαγάγουμε συμπεράσματα σχετικά με τον ρόλο του. Π.χ., αν η εισαγωγή ενός γονιδίου Α σε ένα πειραματόζωο που κανονικά διαθέτει γκρι τρίχωμα έχει ως αποτέλεσμα το τρίχωμά του να γίνει λευκό, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το προϊόν του γονιδίου Α σχετίζεται με τη σύνθεση της χρωστικής που δίνει το χαρακτηριστικό χρώμα στα ζώα. Βεβαίως τα πράγματα δεν είναι πάντοτε τόσο απλά: πολλές φορές η ύπαρξη ενός μεταλλαγμένου γονιδίου δεν έχει καμία επίδραση στο ζώο(!) ή ακόμη η επίδραση δεν είναι εύκολο να εκτιμηθεί.
Προκειμένου να ξεπεραστούν τέτοια εμπόδια, να αποφευχθεί η επανάληψη πειραματισμών από διαφορετικές ομάδες, να μπορούν οι επιστήμονες του πεδίου αυτού να ανταλλάσσουν υλικά και μεθόδους αλλά και να υιοθετηθούν από όλους τους ερευνητές διαδικασίες οι οποίες θα επιτρέπουν τη σύγκριση των αποτελεσμάτων, η ΕΕ συντονίζει όλα τα επί μέρους ερευνητικά προγράμματα. Εχει δε συστήσει ένα αρχείο μεταλλάξεων στο οποίο μπορούν να έχουν πρόσβαση όλοι οι ενδιαφερόμενοι. (Περισσότερες πληροφορίες για τα παραπάνω μπορούν να αναζητηθούν στους δικτυακούς τόπους www. mugen-noe. org, www. eumorphia. org. και www. emmanet. org.)
Πώς τα ποντίκια “έφαγαν” τον λύκο!
Μόνο ο χρόνος θα δείξει κατά πόσον οι συντονισμένες προσπάθειες των ευρωπαίων επιστημόνων θα αποδώσουν τους αναμενόμενους καρπούς, που δεν είναι άλλοι από νέα φάρμακα και διαγνωστικά για πληθώρα ασθενειών. Και ενώ το Ευρωπαϊκό Αρχείο Μεταλλάξεων Ποντικών (European Mouse Mutant Archive, ΕΜΜΑ) θα εμπλουτίζεται συνεχώς με τους νέους ερευνητικούς καρπούς, κάποια παραδείγματα συστηματικής μελέτης γονιδίων του ποντικού έρχονται να δώσουν τα πρώτα αποτελέσματα, για την ακρίβεια φάρμακα που βρίσκονται ήδη στο στάδιο κλινικών μελετών.
Μεταξύ των συμμετεχόντων στο συνέδριο του MUGEN ήταν και ο κ. Αργύρης Θεοφιλόπουλος, καθηγητής Ανοσολογίας στο Ερευνητικό Ιδρυμα Scripps στη Λα Γιόλα της Καλιφόρνιας. Για περισσότερο από δύο δεκαετίες ο έλληνας επιστήμονας χρησιμοποιεί τα ποντίκια προκειμένου να μελετήσει τον ερυθηματώδη λύκο, ένα αυτοάνοσο νόσημα (με τον όρο «αυτοάνοσο» χαρακτηρίζονται τα νοσήματα που προκύπτουν όταν το ανοσοποιητικό σύστημα ενός ατόμου παύει να αναγνωρίζει το οικείο από το ξένο και επιτίθεται σε ιστούς και όργανά του). Οπως εξήγησε μιλώντας στο «Βήμα» ο κ. Θεοφιλόπουλος, τα ποντίκια επιτρέπουν μια σειρά χειρισμούς οι οποίοι είναι αδιανόητοι στον άνθρωπο και οι οποίοι δίνουν πολύτιμες πληροφορίες: «Μπορεί κανείς να αντικαταστήσει ένα χρωμόσωμα ποντικού με ένα άλλο ή να αντικαταστήσει ένα μέρος χρωμοσώματος. Μπορεί να προσθέσει γονίδια σε ποντικούς αλλά μπορεί και να αφαιρέσει γονίδια ή να τα αποσιωπήσει. Ανάλογα με το ερώτημα στο οποίο αναζητεί απάντηση, μπορεί κανείς να συνδυάσει τις παραπάνω τεχνικές αλλά και να διασταυρώσει πειραματόζωα προκειμένου να εντοπίσει τα γονίδια που τον ενδιαφέρουν».
Εφαρμόζοντας τα παραπάνω σε μοντέλα ποντικών για τον ερυθηματώδη λύκο (ποντίκια, δηλαδή, που εμφάνιζαν τα συμπτώματα της νόσου, όπως υψηλά επίπεδα αυτοαντισωμάτων, νεφρική νόσο, πλημμελή λειτουργία του κεντρικού νευρικού συστήματος και πρόωρη θνησιμότητα) μπόρεσαν αρχικά να εντοπίσουν χρωμοσωμικές περιοχές οι οποίες σχετίζονταν με την εμφάνιση συγκεκριμένων συμπτωμάτων. Στη συνέχεια, περιορίζοντας όλο και περισσότερο τη χρωμοσωμική περιοχή, μπόρεσαν να φθάσουν και σε συγκεκριμένα γονίδια τα οποία προδιαθέτουν για τη νόσο.
Μεταξύ των γονιδίων αυτών ήταν και εκείνα που κωδικοποιούν για τη σύνθεση των ιντερφερονών. Οι ιντερφερόνες είναι μια ομάδα πρωτεϊνών οι οποίες εκκρίνονται από κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος ως απάντηση στην επίθεση από βακτήρια, ιούς και παράσιτα αλλά και στην παρουσία καρκινικών κυττάρων. Οι ανθρώπινες ιντερφερόνες κατηγοριοποιούνται σε τρεις διαφορετικές τάξεις (τύπου Ι, ΙΙ, και ΙΙΙ), εκ των οποίων οι δύο (Ι και ΙΙ) εμπλέκονται στον ερυθηματώδη λύκο.
Από τις πρώτες ενδείξεις-αποδείξεις ότι η ερευνητική ομάδα του κ. Θεοφιλόπουλου είχε ορθώς επιλέξει τα ποντίκια για να μελετήσει τον ερυθηματώδη λύκο ήταν το εύρημα ότι οι ασθενείς είχαν τις ίδιες επιπλοκές που εμφάνιζαν τα πειραματόζωα και οι οποίες σχετίζονταν με τις δύο ομάδες ιντερφερονών. Περαιτέρω αποδείξεις ήρθαν με τον πειραματισμό: όταν το γονίδιο για την ιντερφερόνη γ (η μόνη που κατηγοριοποιείται ως τύπου ΙΙ) αποσιωπήθηκε, τα πειραματόζωα δεν εμφάνιζαν πια κανένα σύμπτωμα της νόσου!
Ακόμη θεαματικότερα ήταν τα αποτελέσματα του επόμενου πειραματισμού. Προκειμένου να επιτελέσουν τον ρόλο τους, οι ιντερφερόνες προσδένονται σε κυτταρικούς υποδοχείς (μόρια με στερεοδιάταξη συμπληρωματική ως προς αυτήν των ιντερφερονών, πράγμα που επιτρέπει τη «συνομιλία» τους και τη μετάδοση εντολών στο κύτταρο). Οταν οι ερευνητές εισήγαγαν σε πειραματόζωα τον υποδοχέα της ιντερφερόνης γ (αξιοποιώντας ως όχημα μεταφοράς του έναν μη μολυσματικό ιό), η διαλυτή ιντερφερόνη γ προσδέθηκε σε αυτόν και έτσι αποσύρθηκε από την κυκλοφορία. Η πρακτική αυτή όχι μόνο οδήγησε σε πειραματόζωα άτρωτα στη νόσο, αλλά όταν εφαρμόστηκε σε άρρωστα ζώα, ήταν αρκετή για να αντιστρέψει τα συμπτώματά της! Αυτή τη στιγμή τρεις διαφορετικές φαρμακευτικές εταιρείες δοκιμάζουν φάρμακα τα οποία μπλοκάρουν διάφορα μόρια ιντερφερονών σε μια προσπάθεια να βρεθεί θεραπεία για τον ερυθηματώδη λύκο.
Περίπου 30.000 γονίδια υπάρχουν στο γονιδίωμα τόσο του ποντικού όσο και του ανθρώπου
14% μικρότερο από αυτό του ανθρώπου είναι το γονιδίωμα του ποντικού
Για 80% των γονιδίων του ποντικού υπάρχουν αντίστοιχα γονίδια στο γονιδίωμα του ανθρώπου
3 ομάδες γονιδίων του ποντικού έχουν πολλαπλασιαστεί κατά τη διάρκεια της εξέλιξης και ξεπερνούν τα αντίστοιχα ανθρώπινα: αφορούν την αναπαραγωγή, την ανοσία και την όσφρηση
Και μία… προειδοποίηση!
Οι επιστήμονες που ασχολούνται με τη διερεύνηση της λειτουργίας των προϊόντων των γονιδίων (και όχι μόνο) θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη μια σειρά περιορισμών οι οποίοι είναι ενδογενείς των βιολογικών συστημάτων, όπως τους θύμισε ο Marc van Regenmortel, καθηγητής Βιοηθικής στο Τμήμα Βιοτεχνολογίας του Πανεπιστημίου του Στρασβούργου. Κατά τον κ. Van Regenmortel: «η εξήγηση των επιστημονικών φαινομένων συνήθως θεωρείται και η αιτία των φαινομένων. Είναι δε αποδεκτό ότι προκειμένου να ελέγξει κανείς ένα φαινόμενο θα πρέπει να γνωρίζει την αιτία του. Και ενώ στην καθημερινή ζωή μας συχνά αναφερόμαστε σε αιτίες και αποδίδουμε γεγονότα και καταστάσεις σε γονίδια, ατυχήματα, λοιμώξεις, δασκάλους, γονείς, ευκαιρίες, τύχη, στη βιολογία η ιδέα της αιτίας είναι μάλλον προβληματική καθώς ένας πολύ μεγάλος αριθμός παραγόντων και συνθηκών (που θεωρούνται αιτίες) επιδρά ταυτόχρονα σε κάθε βιολογικό σύστημα. Δεν υπάρχει στη βιολογία ένα και μοναδιικό γεγονός το οποίο να μπορεί να θεωρηθεί η αιτία ενός άλλου γεγονότος, κανένα γεγονός δεν είναι από μόνο του ικανή και αναγκαία συνθήκη γένεσης ενός επομένου».
Τι πρέπει λοιπόν να έχουν υπόψη οι επιστήμονες που προσπαθούν να βρουν τα γονίδια που «ευθύνονται» για ασθένειες; Ο καθηγητής Van Regenmortel εκτιμά ότι πρέπει να θυμούνται πως τα γονίδια αποτελούν έναν από τους παράγοντες που συμβάλλουν στη δημιουργία των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών μας. Τονίζει δε ότι όταν λέμε πως το γονίδιο Χ κωδικοποιεί για το Υ (π.χ., χρώμα δέρματος ή κάποια ασθένεια), αυτό που εννοούμε είναι πως το γονίδιο Χ αποτελεί τη μήτρα για τη σύνθεση του mRNA Ζ, το οποίο είναι απαραίτητο για την αναπτυξιακή διαδικασία, η οποία στη σωστή βιολογική συγκυρία (ιστός, όργανο, χρόνος…) μπορεί να δώσει τον χαρακτήρα Υ.
Παρ’ όλες τις προειδοποιήσεις, βεβαίως, και την υπόδειξη ότι τα μοντέλα είναι μοντέλα και δεν αντικατοπτρίζουν πάντα την πραγματικότητα, ο γάλλος καθηγητής παραδέχθηκε ότι στην παρούσα ερευνητική συγκυρία τα ζώα-μοντέλα ανθρωπίνων ασθενειών είναι το καλύτερο δυνατόν.
