Μετά το γονιδίωμα, καιρός για το επόμενο επίπεδο: το interactome και το phenome. Παράλληλα η βιοτεχνολογία μας υπόσχεται «μαγικές» επιδόσεις και ίσως την αναβίωση του Τζουράσικ Παρ
ΧΙΛΙΑ ΚΑΙ ΕΝΑ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΑ
Ο κατάλογος των ανθρώπινων παραλλαγών
Η χαρτογράφηση του ανθρώπινου γονιδιώματος, η οποία σε μεγάλο βαθμό ολοκληρώθηκε πριν από δέκα χρόνια, αποτέλεσε ένα αξιοσημείωτο κατόρθωμα. Για να επιτελέσει όμως η μελέτη των γονιδιωμάτων πλήρως τον ρόλο της, όπως για παράδειγμα στην καταπολέμηση των ασθενειών, πρέπει να γνωρίζουμε πόσες αλληλουχίες DΝΑ ποικίλλουν μεταξύ των ατόμων. Μέσα στα αμέσως επόμενα χρόνια μάλλον θα το μάθουμε. Το πρόγραμμα χιλίων γονιδιωμάτων (1.000 Genomes Ρroject), μια κοινοπραξία ιδιωτικών και δημόσιων φορέων που ιδρύθηκε το 2008, επιδιώκει να δημιουργήσει έναν λεπτομερή χάρτη των ανθρώπινων γενετικών παραλλαγών. Πιλοτικά προγράμματα που αφορούσαν 885 ανθρώπους ολοκληρώθηκαν τον περασμένο Ιούνιο εντοπίζοντας περίπου 16 εκατομμύρια παραλλαγές του DΝΑ, οι μισές εκ των οποίων δεν είχαν εντοπισθεί ως τώρα. Αυτό υποδηλώνει ότι ίσως υπάρχουν περίπου 60 εκατομμύρια τέτοιου είδους παραλλαγές που δεν έχουν ανακαλυφθεί ακόμη.
Το πλήρες πρόγραμμα, το οποίο θα αναλύσει τα γονιδιώματα 2.500 ανθρώπων από 27 πληθυσμούς από όλον τον πλανήτη, συνεχίζεται. Τα συνεχώς διογκούμενα δεδομένα διατίθενται δωρεάν στην ηλεκτρονική διεύθυνση www.1000genomes.org.
ΠΑΛΑΙΟΓΕΝΕΤΙΚΗ
DΝΑ από το παρελθόν
Ως πρόσφατα νομίζαμε ότι θα ήταν αδύνατον να αποκωδικοποιήσουμε το γενετικό σχεδιάγραμμα ενός οργανισμού που έχει εξαφανιστεί. Τον περασμένο Μάιο ωστόσο μια διεθνής ομάδα ερευνητών δημοσίευσε το πλήρες γονιδίωμα ενός Νεάντερταλ. Τι άλλαξε;
Το ότι η ανάλυση των αλληλουχιών του DΝΑ έγινε πιο γρήγορη και λιγότερο δαπανηρή κυρίως. Η επεξεργασία χιλιάδων εκατομμυρίων αλληλουχιών ταυτοχρόνως επέτρεψε στους παλαιοντολόγους να ενώσουν τα κομμάτια κατεστραμμένων DΝΑ και να απορρίψουν τα τμήματα που είχαν αλλοιωθεί. Μπόρεσαν επίσης να εξαγάγουν το 5% ενός απολιθωμένου δείγματος το οποίο ανήκει πραγματικά σε ένα παλαιό είδος- και όχι σε μεταγενέστερα βακτήρια που «κατέλαβαν» το απολίθωμα- συγκρίνοντάς το με το DΝΑ ενός συγγενούς εξαλειφθέντος είδους. Τα τελευταία πέντε χρόνια η πρόοδος αυτή έχει προσφέρει γονιδιώματα αρκετών θρυλικών ειδών, όπως μιας αρκούδας των σπηλαίων ηλικίας 40.000 ετών, ενός μαμούθ και, τελευταία, του Νεάντερταλ.
Τι μας λέει αυτό; Κατ΄ αρχάς πολλά για το οικογενειακό μας δέντρο. Η ιδέα ότι οι αλληλουχίες του αρχαίου DΝΑ θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την αναβίωση εξαλειφθέντων ειδών όπως στο «Τζουράσικ Παρκ» είναι πιο προχωρημένη αλλά ποτέ δεν πρέπει να λέμε ποτέ.
OΡΙΓΚΑΜΙ DNA
Η ζωή σε πατρόν
Το υλικό της ζωής είναι κολλώδες- βάλτε μαζί δύο σωστά ζεύγη βάσεων DΝΑ και θα κολλήσουν μεταξύ τους σαν Velcro. Πάρτε μακριές, μεμονωμένες αλυσίδες DΝΑ και ρίξτε μαζί τους μερικές πιο κοντές συνθετικές αλυσίδες και οι δεσμοί στις κοντές αλυσίδες θα «τραβήξουν» τις μακριές αλυσίδες σε συγκεκριμένα σχήματα και θα τις συγκρατήσουν όλες μαζί.
Αυτή η τεχνική των «οριγκάμι DΝΑ» είναι μία από τις περισσότερα υποσχόμενες μεθόδους «αυτοσυναρμολόγησης» των μορίων σε τρισδιάστατες δομές. Εχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή μιας εντυπωσιακής σειράς αντικειμένων, από οδοντωτά γρανάζια ως τρισδιάστατα κουτιά με μηχανισμούς κλειδώματος. Στο μέλλον οι ειδικοί ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν αυτά τα κουτιά για τη χορήγηση φαρμάκων και να εκμεταλλευθούν το δίπλωμα και το ξεδίπλωμα των βιολογικών μορίων για την κατασκευή στοιχείων για ηλεκτρονικούς υπολογιστές σε νανοκλίμακα.
Η ΩΡΑ ΤΟΥ ΙNTERACTOME
Η χαρτογράφηση της κυτταρικής πολυπλοκότητας
Οι πρωτεΐνες και τα RΝΑ, τα μόρια που κωδικοποιούν τα γονίδιά μας, σπάνια ενεργούν μεμονωμένα. Ορισμένες πρωτεΐνες συνδέονται με άλλες πρωτεΐνες είτε για να τις ρυθμίσουν είτε για να σχηματίσουν μεγαλύτερους κυτταρικούς μηχανισμούς. Αλλες εκτελούν συγκεκριμένα καθήκοντα συνδεόμενες είτε με συγκεκριμένες αλληλουχίες DΝΑ είτε με μόρια RΝΑ.
Καθ΄ όλη τη διάρκεια του 20ού αιώνα αυτό το απίστευτα πυκνό δίκτυο αλληλεπιδράσεων- το οποίο έχει ονομαστεί «interactome» ως παραπομπή στο γονιδίωμα- παρέμενε αδιαπέραστο. Την τελευταία δεκαετία όμως οι πληροφορίες για την πλήρη αλληλουχία των γονιδιωμάτων και η βελτίωση των εργαλείων της πληροφορικής μάς επέτρεψαν να παραγάγουμε και να αναλύσουμε κάποιους πρώτους χάρτες interactome τόσο για τον άνθρωπο όσο και για άλλους οργανισμούς που θεωρούνται πρότυπα.
Παρ΄ ότι απέχουν πολύ από το να είναι πλήρεις, οι χάρτες αυτοί θα χρησιμεύσουν ως βάσεις για την ανάπτυξη νέων, εξελιγμένων μοντέλων σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας των κυττάρων. Καθώς πολλές ασθένειες μπορούν να εξηγηθούν από διαταραχές των μοριακών αλληλεπιδράσεων μέσα στα κύτταρα, τα interactomes θα αλλάξουν δραστικά την αντίληψή μας για την ανθρώπινη υγεία και τον σχεδιασμό φαρμάκων και προληπτικών μέτρων για την αντιμετώπιση των ασθενειών.
ΜARC VIDAL Ο κ. Μαρκ Βιντάλ είναι καθηγητής της Γενετικής στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ και διευθυντής του Κέντρου Βιολογίας Καρκινικών Συστημάτων του Ινστιτούτου Ντέινα-Φάρμπερ της Βοστώνης. PHENOMES
Στη ζωή υπάρχει κάτι περισσότερο από τα γονιδιώματα
Αν θέλουμε πραγματικά να καταλάβουμε τον έμβιο κόσμο, το γονιδίωμα δεν αρκεί. Πρέπει να κατακτήσουμε το «phenome», το γενικό σύνολο όλων των χαρακτηριστικών, από τα γονίδια ως τη συμπεριφορά, που συνιστούν ένα έμβιο ον. Αν αυτό σας φαίνεται δύσκολο, έχετε δίκιο. Σκεφθείτε το δικό σας phenome. Υπάρχουν εμφανή χαρακτηριστικά, όπως το χρώμα των ματιών, το ύψος και τα χαρακτηριστικά του προσώπου. Υστερα υπάρχουν λιγότερο απτά πράγματα όπως ο μεταβολικός ρυθμός, η προσωπικότητά σας, πόση προδιάθεση έχετε για τη νόσο του Αλτσχάιμερ και εκατομμύρια άλλα. Ολα αυτά προήλθαν από την αλληλεπίδραση του γονιδιώματός σας με το περιβάλλον ξεκινώντας από τη στιγμή της σύλληψής σας.
Αυτή η πολυπλοκότητα εξηγεί ίσως γιατί ως τώρα δεν υπάρχει ένα «πρόγραμμα για το ανθρώπινο phenome», αν και το θέμα έχει τεθεί προς συζήτηση από το 2003. Μικρότερης κλίμακας προγράμματα, όπως η βάση δεδομένων phenomes του ποντικού, κάνουν ωστόσο την εμφάνισή τους. Από τα ατομικά εξειδικευμένα φάρμακα ως την κατανόηση της εξέλιξης, το όφελος θα είναι μεγάλο για την επιστήμη.
ΧΙΛΙΑ ΚΑΙ ΕΝΑ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΑ
Ο κατάλογος των ανθρώπινων παραλλαγών
Η χαρτογράφηση του ανθρώπινου γονιδιώματος, η οποία σε μεγάλο βαθμό ολοκληρώθηκε πριν από δέκα χρόνια, αποτέλεσε ένα αξιοσημείωτο κατόρθωμα. Για να επιτελέσει όμως η μελέτη των γονιδιωμάτων πλήρως τον ρόλο της, όπως για παράδειγμα στην καταπολέμηση των ασθενειών, πρέπει να γνωρίζουμε πόσες αλληλουχίες DΝΑ ποικίλλουν μεταξύ των ατόμων. Μέσα στα αμέσως επόμενα χρόνια μάλλον θα το μάθουμε. Το πρόγραμμα χιλίων γονιδιωμάτων (1.000 Genomes Ρroject), μια κοινοπραξία ιδιωτικών και δημόσιων φορέων που ιδρύθηκε το 2008, επιδιώκει να δημιουργήσει έναν λεπτομερή χάρτη των ανθρώπινων γενετικών παραλλαγών. Πιλοτικά προγράμματα που αφορούσαν 885 ανθρώπους ολοκληρώθηκαν τον περασμένο Ιούνιο εντοπίζοντας περίπου 16 εκατομμύρια παραλλαγές του DΝΑ, οι μισές εκ των οποίων δεν είχαν εντοπισθεί ως τώρα. Αυτό υποδηλώνει ότι ίσως υπάρχουν περίπου 60 εκατομμύρια τέτοιου είδους παραλλαγές που δεν έχουν ανακαλυφθεί ακόμη.
Το πλήρες πρόγραμμα, το οποίο θα αναλύσει τα γονιδιώματα 2.500 ανθρώπων από 27 πληθυσμούς από όλον τον πλανήτη, συνεχίζεται. Τα συνεχώς διογκούμενα δεδομένα διατίθενται δωρεάν στην ηλεκτρονική διεύθυνση www.1000genomes.org.
ΠΑΛΑΙΟΓΕΝΕΤΙΚΗ
DΝΑ από το παρελθόν
Ως πρόσφατα νομίζαμε ότι θα ήταν αδύνατον να αποκωδικοποιήσουμε το γενετικό σχεδιάγραμμα ενός οργανισμού που έχει εξαφανιστεί. Τον περασμένο Μάιο ωστόσο μια διεθνής ομάδα ερευνητών δημοσίευσε το πλήρες γονιδίωμα ενός Νεάντερταλ. Τι άλλαξε;
Το ότι η ανάλυση των αλληλουχιών του DΝΑ έγινε πιο γρήγορη και λιγότερο δαπανηρή κυρίως. Η επεξεργασία χιλιάδων εκατομμυρίων αλληλουχιών ταυτοχρόνως επέτρεψε στους παλαιοντολόγους να ενώσουν τα κομμάτια κατεστραμμένων DΝΑ και να απορρίψουν τα τμήματα που είχαν αλλοιωθεί. Μπόρεσαν επίσης να εξαγάγουν το 5% ενός απολιθωμένου δείγματος το οποίο ανήκει πραγματικά σε ένα παλαιό είδος- και όχι σε μεταγενέστερα βακτήρια που «κατέλαβαν» το απολίθωμα- συγκρίνοντάς το με το DΝΑ ενός συγγενούς εξαλειφθέντος είδους. Τα τελευταία πέντε χρόνια η πρόοδος αυτή έχει προσφέρει γονιδιώματα αρκετών θρυλικών ειδών, όπως μιας αρκούδας των σπηλαίων ηλικίας 40.000 ετών, ενός μαμούθ και, τελευταία, του Νεάντερταλ.
Τι μας λέει αυτό; Κατ΄ αρχάς πολλά για το οικογενειακό μας δέντρο. Η ιδέα ότι οι αλληλουχίες του αρχαίου DΝΑ θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την αναβίωση εξαλειφθέντων ειδών όπως στο «Τζουράσικ Παρκ» είναι πιο προχωρημένη αλλά ποτέ δεν πρέπει να λέμε ποτέ.
OΡΙΓΚΑΜΙ DNA
Η ζωή σε πατρόν
Το υλικό της ζωής είναι κολλώδες- βάλτε μαζί δύο σωστά ζεύγη βάσεων DΝΑ και θα κολλήσουν μεταξύ τους σαν Velcro. Πάρτε μακριές, μεμονωμένες αλυσίδες DΝΑ και ρίξτε μαζί τους μερικές πιο κοντές συνθετικές αλυσίδες και οι δεσμοί στις κοντές αλυσίδες θα «τραβήξουν» τις μακριές αλυσίδες σε συγκεκριμένα σχήματα και θα τις συγκρατήσουν όλες μαζί.
Αυτή η τεχνική των «οριγκάμι DΝΑ» είναι μία από τις περισσότερα υποσχόμενες μεθόδους «αυτοσυναρμολόγησης» των μορίων σε τρισδιάστατες δομές. Εχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή μιας εντυπωσιακής σειράς αντικειμένων, από οδοντωτά γρανάζια ως τρισδιάστατα κουτιά με μηχανισμούς κλειδώματος. Στο μέλλον οι ειδικοί ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν αυτά τα κουτιά για τη χορήγηση φαρμάκων και να εκμεταλλευθούν το δίπλωμα και το ξεδίπλωμα των βιολογικών μορίων για την κατασκευή στοιχείων για ηλεκτρονικούς υπολογιστές σε νανοκλίμακα.
Η ΩΡΑ ΤΟΥ ΙNTERACTOME
Η χαρτογράφηση της κυτταρικής πολυπλοκότητας
Οι πρωτεΐνες και τα RΝΑ, τα μόρια που κωδικοποιούν τα γονίδιά μας, σπάνια ενεργούν μεμονωμένα. Ορισμένες πρωτεΐνες συνδέονται με άλλες πρωτεΐνες είτε για να τις ρυθμίσουν είτε για να σχηματίσουν μεγαλύτερους κυτταρικούς μηχανισμούς. Αλλες εκτελούν συγκεκριμένα καθήκοντα συνδεόμενες είτε με συγκεκριμένες αλληλουχίες DΝΑ είτε με μόρια RΝΑ.
Καθ΄ όλη τη διάρκεια του 20ού αιώνα αυτό το απίστευτα πυκνό δίκτυο αλληλεπιδράσεων- το οποίο έχει ονομαστεί «interactome» ως παραπομπή στο γονιδίωμα- παρέμενε αδιαπέραστο. Την τελευταία δεκαετία όμως οι πληροφορίες για την πλήρη αλληλουχία των γονιδιωμάτων και η βελτίωση των εργαλείων της πληροφορικής μάς επέτρεψαν να παραγάγουμε και να αναλύσουμε κάποιους πρώτους χάρτες interactome τόσο για τον άνθρωπο όσο και για άλλους οργανισμούς που θεωρούνται πρότυπα.
Παρ΄ ότι απέχουν πολύ από το να είναι πλήρεις, οι χάρτες αυτοί θα χρησιμεύσουν ως βάσεις για την ανάπτυξη νέων, εξελιγμένων μοντέλων σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας των κυττάρων. Καθώς πολλές ασθένειες μπορούν να εξηγηθούν από διαταραχές των μοριακών αλληλεπιδράσεων μέσα στα κύτταρα, τα interactomes θα αλλάξουν δραστικά την αντίληψή μας για την ανθρώπινη υγεία και τον σχεδιασμό φαρμάκων και προληπτικών μέτρων για την αντιμετώπιση των ασθενειών.
ΜARC VIDAL Ο κ. Μαρκ Βιντάλ είναι καθηγητής της Γενετικής στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ και διευθυντής του Κέντρου Βιολογίας Καρκινικών Συστημάτων του Ινστιτούτου Ντέινα-Φάρμπερ της Βοστώνης. PHENOMES
Στη ζωή υπάρχει κάτι περισσότερο από τα γονιδιώματα
Αν θέλουμε πραγματικά να καταλάβουμε τον έμβιο κόσμο, το γονιδίωμα δεν αρκεί. Πρέπει να κατακτήσουμε το «phenome», το γενικό σύνολο όλων των χαρακτηριστικών, από τα γονίδια ως τη συμπεριφορά, που συνιστούν ένα έμβιο ον. Αν αυτό σας φαίνεται δύσκολο, έχετε δίκιο. Σκεφθείτε το δικό σας phenome. Υπάρχουν εμφανή χαρακτηριστικά, όπως το χρώμα των ματιών, το ύψος και τα χαρακτηριστικά του προσώπου. Υστερα υπάρχουν λιγότερο απτά πράγματα όπως ο μεταβολικός ρυθμός, η προσωπικότητά σας, πόση προδιάθεση έχετε για τη νόσο του Αλτσχάιμερ και εκατομμύρια άλλα. Ολα αυτά προήλθαν από την αλληλεπίδραση του γονιδιώματός σας με το περιβάλλον ξεκινώντας από τη στιγμή της σύλληψής σας.
Αυτή η πολυπλοκότητα εξηγεί ίσως γιατί ως τώρα δεν υπάρχει ένα «πρόγραμμα για το ανθρώπινο phenome», αν και το θέμα έχει τεθεί προς συζήτηση από το 2003. Μικρότερης κλίμακας προγράμματα, όπως η βάση δεδομένων phenomes του ποντικού, κάνουν ωστόσο την εμφάνισή τους. Από τα ατομικά εξειδικευμένα φάρμακα ως την κατανόηση της εξέλιξης, το όφελος θα είναι μεγάλο για την επιστήμη.
Αναρτήσεις
