Διαφανής επανάσταση

Το 1897 η εβδομαδιαία αγγλική εφημερίδα «Pearson’s Weekly» φιλοξένησε στις σελίδες της μία σειρά δημοσιευμάτων του συγγραφέα μυθιστορημάτων επιστημονικής φαντασίας Χέρμπερτ Τζ. Γουέλς. Στη σειρά αυτή, η οποία την ίδια χρονιά έγινε μυθιστόρημα, ο συγγραφέας περιέγραφε έναν επιστήμονα ο οποίος, όπως αναφέρει η πλοκή, εξισώνοντας τον δείκτη διάθλασης του ανθρώπινου σώματος με αυτόν του αέρα κατάφερε να καταστήσει τον άνθρωπο διαφανή. Ο λόγος φυσικά για το μυθιστόρημα «Αόρατος Ανθρωπος», ένα από τα πιο καθιερωμένα μυθιστορήματα επιστημονικής φαντασίας.

Βέβαια ο Γκρίφιν, ο μυθικός ήρωας του Χέρμπερτ Γουέλς, ενώ καταφέρνει να κάνει τον εαυτό του αόρατο, δεν έχει την ίδια επιτυχία στο να αντιστρέψει τη διαδικασία και να επανέλθει στη φυσιολογική κατάσταση.

Τα καλαμάρια που
καμουφλάρονται

Την ικανότητα αυτή ωστόσο διαθέτουν τα κύτταρα μερικών ζώων, με χαρακτηριστικό παράδειγμα κάποια είδη καλαμαριών, τα οποία μπορούν να αλλάζουν τον βαθμό διαφάνειας των κυττάρων του δέρματός τους ώστε να καμουφλάρονται κατάλληλα κατά τη διάρκεια της ωοτοκίας. Αμερικανοί επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Ιρβάιν έφτασαν πιο κοντά από ποτέ σε αυτό που δεν κατάφερε να επιτύχει ο Γκρίφιν: μελετώντας τα κύτταρα ενός είδους καλαμαριού, δημιούργησαν ανθρώπινα κύτταρα στα οποία μπορούν να ελέγξουν την εναλλαγή μεταξύ διαφανούς και αδιαφανούς κατάστασης συνθέτοντας στο εσωτερικό του κυττάρου τεχνητά μία πρωτεΐνη. Αυτό, φυσικά, δεν σημαίνει ότι είμαστε κοντά στη δημιουργία ενός… αόρατου ανθρώπου. Τα ευρήματα όμως αυτά, τα οποία δημοσιεύτηκαν στην επιστημονική επιθεώρηση «Nature Communications», παραμένουν πολύτιμα για εφαρμογές στην εμβιομηχανική, στη βιοϊατρική και στην επιστήμη των υλικών.

Α-διαφάνεια

Τι εννοούμε όμως, με όρους οπτικής, ότι οι επιστήμονες κατάφεραν να ελέγξουν τον βαθμό διαφάνειας των κυττάρων; Η ορατότητα των αντικειμένων γίνεται εφικτή επειδή όταν πέφτει μία δέσμη φωτός σε αυτά, ένα μέρος της ακτινοβολίας σκεδάζεται, δηλαδή αντανακλάται σε πολλές κατευθύνσεις και έτσι γίνεται αντιληπτή από τα όργανα της όρασης των οργανισμών, δηλαδή τα μάτια. Ενα διαφανές αντικείμενο όμως ούτε απορροφά ούτε αντανακλά το φως σε αξιοσημείωτο βαθμό: αυτό διαπερνά απλώς το εκάστοτε αντικείμενο. Στα καλαμάρια του είδους Doryteuthis opalescens, η ιδιότητα αυτή συναντάται σε κάποιους ιστούς του δέρματος των θηλυκών ατόμων. Αυτά διαθέτουν μία λωρίδα κοντά στην περιοχή των γεννητικών τους οργάνων, η οποία αποτελείται από κύτταρα τα οποία σε φυσιολογικές συνθήκες παραμένουν σχεδόν πλήρως διαφανή. Οταν όμως τα θηλυκά ψάρια θέλουν να προστατευτούν από τα αρσενικά κατά τη διάρκεια της ωοτοκίας,  η λωρίδα μετατρέπεται από διαφανής σε λευκή, όπως ακριβώς εμφανίζεται στα αρσενικά άτομα του είδους. Ετσι, αποφεύγουν το… περιττό φλερτάρισμα των αρσενικών αφού λόγω της χαρακτηριστικής λωρίδας προσομοιάζουν με αυτά.

Η εναλλαγή
στους ιστούς

«Επιλέξαμε θηλυκά άτομα του είδους Doryteuthis opalescens επειδή προηγούμενες ερευνητικές εργασίες είχαν καταδείξει την ικανότητά τους να εναλλάσσουν τους ιστούς τους μεταξύ διαφανούς και αδιαφανούς κατάστασης» σημειώνει στο ΒΗΜΑ-Science ένας από τους επικεφαλής της δημοσίευσης και επίκουρος καθηγητής του Τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Ιρβάιν, ο κ. Αλον Γκοροντέτσκι. Η λωρίδα αυτή αποτελείται από λευκοφόρα κύτταρα, όπως ονομάζονται, τα οποία περιλαμβάνουν πρωτεϊνικές δομές που έχουν ως βάση τους την πρωτεΐνη ρεφλεκτίνη.

Στην επιστημονική κοινότητα είναι γνωστό ότι οι πρωτεΐνες αυτές δημιουργούν δομές  οι οποίες έχουν επίδραση στη σκέδαση του φωτός από το κύτταρο, ως εκ τούτου λειτουργούν ως έναν βαθμό ως «διακόπτης» ενεργοποίησης και απενεργοποίησης της διαφάνειας των κυττάρων.

Οι δοκιμές και
η έκπληξη

Οι ερευνητές λοιπόν αξιοποίησαν τη ρεφλεκτίνη για να διερευνήσουν κατά πόσο αυτή μπορεί να έχει την ίδια δράση σε ανθρώπινα κύτταρα. Για τα πειράματά τους επέλεξαν εμβρυϊκά κύτταρα του νεφρού, τα οποία παρουσιάζουν μεγάλο βαθμό διαφάνειας. Επειτα, ενέχυσαν μέσα σε αυτά ένα πλασμίδιο, δηλαδή ένα κυκλικό μόριο DNA, το οποίο περιείχε γονίδιο που κωδικοποιούσε την πρωτεΐνη ρεφλεκτίνη. Επειτα από την έκφραση του συγκεκριμένου γονιδίου οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι τα κύτταρα έγιναν λιγότερο διαφανή.

Η έκπληξη όμως ήταν ότι στο εσωτερικό του ανθρώπινου κυττάρου σχηματίστηκαν πρωτεϊνικές δομές από ρεφλεκτίνη, ανάλογες με τις δομές οι οποίες παρατηρούνται στα λευκοκύτταρα του καλαμαριού. «Η ομοιότητα των δομών οι οποίες σχηματίζονται στα κύτταρα του δέρματος των κεφαλόποδων με αυτές οι οποίες σχηματίστηκαν στα ανθρώπινα κύτταρα είναι εκπληκτική» επισημαίνει ο δρ Γκοροντέτσκι. «Το γεγονός ότι οι ρεφλεκτίνες οργανώνονται με τέτοιον τρόπο στο εσωτερικό των ανθρώπινων κυττάρων είναι σημαντικό για διάφορους λόγους. Ενας από αυτούς είναι ότι οι δομές αυτές μας επιτρέπουν να μεταχειριστούμε τις οπτικές ιδιότητες των ανθρώπινων κυττάρων, όπως ο δείκτης διάθλασης ή ο βαθμός σκέδασης του φωτός».

Η ανακάλυψη αυτή δεν είναι σημαντική μόνο επειδή οι επιστήμονες δημιούργησαν κύτταρα τα οποία θα μπορούν να εναλλάσσονται μεταξύ διαφανούς και αδιαφανούς κατάστασης, είναι επίσης ένα ιδιαίτερα σημαντικό βήμα για τη μελέτη της οργάνωσης των εσωτερικών δομών του κυττάρου. «Η μελέτη της κυτταρικής σειράς που δημιουργήσαμε, τα κύτταρα της οποίας εκφράζουν ρεφλεκτίνη, θα μπορούσε να βοηθήσει την επιστημονική κοινότητα να διερευνήσει θεμελιώδη ερωτήματα για την κυτταρική οργάνωση των βιομορίων, ειδικά όσον αφορά το σκέλος των αλληλεπιδράσεων του φωτός τόσο με τα κύτταρα όσο και με τους ιστούς» αναφέρει ο ερευνητής.

Αναβοσβήνοντας
τα κύτταρα

Ενα από τα βασικότερα σκέλη της έρευνας είναι ότι οι ερευνητές κατάφεραν επίσης να ελέγξουν τον βαθμό διαφάνειας των κυττάρων αλλάζοντας το χημικό τους περιβάλλον, κάτι το οποίο δίνει την ευκαιρία στους επιστήμονες να «αναβοσβήνουν» τα κύτταρα μεταβάλλοντας το μικροπεριβάλλον τους. Οι ερευνητές «ξεκλείδωσαν» αυτή τη δυνατότητα εμβαπτίζοντας τα κύτταρα σε αλατούχα διαλύματα διαφορετικής συγκέντρωσης, τα οποία διεγείρουν την αποσυναρμολόγηση των πρωτεϊνικών δομών ρεφλεκτίνης και ως εκ τούτου μεταβάλλουν τον βαθμό της διαφάνειας.

Η ρύθμιση του βαθμού διαφάνειας μεταβάλλοντας το μικροπεριβάλλον των κυττάρων θα είναι ένα από τα βασικά σημεία στα οποία θα επικεντρώσει το ενδιαφέρον της η ερευνητική ομάδα στο μέλλον. «Σκοπεύουμε πλέον να μελετήσουμε καλύτερα τις δομές της ρεφλεκτίνης έτσι ώστε να κατανοήσουμε βαθύτερα τον τρόπο με τον οποίο αυτές συναρμολογούνται» αναφέρει ο καθηγητής. Αυτή η πολύ βασική ερευνητική εργασία, σύμφωνα με τον ίδιο, θα τους επιτρέψει να εμβαθύνουν στη διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο θα μπορούν να ελέγχουν τη μετάβαση των κυττάρων από διαφανή σε αδιαφανή κατάσταση.

Οι επιστήμονες συστήνουν υπομονή…

Οι επιστήμονες ευελπιστούν ότι θα κατορθώσουν να αναπτύξουν ανθρώπινους ιστούς οι οποίοι θα αλλάζουν τον βαθμό διαφάνειάς τους ή το χρώμα τους ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται. Οπως όμως προειδοποιούν, κάτι τέτοιο θα χρειαστεί πολλά χρόνια έρευνας και δοκιμών.

ΤΑ ΠΙΘΑΝΑ ΟΦΕΛΗ ΚΑΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ

Μπορεί οι επιστήμονες να απέχουν πολύ από την κατασκευή ανθρώπινων ιστών οι οποίοι να εναλλάσσονται μεταξύ διαφανούς και αδιαφανούς κατάστασης, όμως τα αποτελέσματα της πρόσφατης ερευνητικής εργασίας μπορούν να έχουν άμεσες εφαρμογές. Αυτές αφορούν κυρίως τη μικροσκοπία, την οποία χρησιμοποιούν τόσο οι επιστήμονες φυσικών επιστημών όσο και η ιατρική κοινότητα, αμφότεροι για να μελετήσουν τα δείγματά τους. «Θεωρούμε ότι τα κύτταρα τα οποία εκφράζουν ρεφλεκτίνη θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για ιατρικούς σκοπούς» σημειώνει ο ερευνητής Αλον Γκοροντέτσκι, συμπληρώνοντας ότι «παραδείγματος χάριν, η μη συνηθισμένη διάταξη των αμινοξέων από τα οποία αποτελείται η συγκεκριμένη πρωτεΐνη ή ο υψηλός δείκτης διάθλασης που προσδίδουν στα κύτταρα είναι ιδιότητες οι οποίες θα μπορούσαν να καταστήσουν τις πρωτεΐνες χρήσιμους μοριακούς δείκτες για την ποσοτικοποίηση των παρατηρήσεων στο μικροσκόπιο».