Οι πρωτοπόροι τολμούν και πάλι

H αποκωδικοποίηση του DNA ενός οργανισμού είναι πλέον συνηθισμένη υπόθεση.
Έχει γίνει για τους ανθρώπους, τα ποντίκια, το ρύζι, διάφορα μικρόβια και άλλα
είδη. Τώρα οι επιστήμονες κινούνται προς μία νέα κατεύθυνση, ακόμα πιο
τολμηρή: Την αλληλουχία «μεταγονιδιωμάτων», δηλαδή το DNA ολόκληρων
οικοσυστημάτων.

Τα βακτήρια, που κρύβονται 130 μέτρα κάτω από το έδαφος σε ένα εγκαταλειμμένο ορυχείο, βρίσκονται στο ερευνητικό στόχαστρο της δρος Τζιλ Μπάνφιλντ, καθηγήτριας Επιστημών της Γης στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ

Οι νέες προσπάθειες έχουν στόχο την ανάγνωση ολόκληρου του DNA βακτηριακών
κοινοτήτων που κατοικούν στο χώμα, το θαλασσινό νερό, ακόμα και στο τοίχωμα
της ανθρώπινης κοιλιάς. Αποκρυπτογραφώντας το γενετικό σχέδιο όλων των
μικροβιακών ειδών, οι επιστήμονες μπορούν να μάθουν ποια είδη κρύβονται εκεί
και πώς συνυπάρχουν. Έτσι, χιλιάδες άγνωστοι μικροοργανισμοί ίσως βγουν στην
επιφάνεια μαζί με νέα φάρμακα και χημικές ουσίες. Μπορεί ακόμα και να βρουν
τον τρόπο να χρησιμοποιήσουν τα βακτήρια ενάντια στην περιβαλλοντική ρύπανση.

Παράθυρο με θέα. «Πιστεύουμε ότι βρισκόμαστε μπροστά σε ένα καινούργιο
παράθυρο στον κόσμο της Βιολογίας με θέα άνευ προηγουμένου», λέει ο δρ Τζο
Χάντελσμαν, καθηγητής φυτοπαθολογίας στο Πανεπιστήμιο του Γουισκόνσιν, ο
οποίος επινόησε τον όρο μεταγονιδιωματική για να ονομάσει τον νέο κλάδο της
επιστήμης. Άλλοι τον ονομάζουν κοινοτική γονιδιωματική, περιβαλλοντική
γονιδιωματική ή γονιδιωματική μικροβιακών πληθυσμών.

Όποιο κι αν είναι το όνομα, η αποστολή τους δεν είναι εύκολη. Μπορεί να
υπάρχουν χιλιάδες διαφορετικά μικροβιακά είδη σε μία κουταλιά χώμα. «Ένα
χιλιοστόλιτρο θαλασσινού νερού, γενετικά, είναι πιο πολύπλοκο από το ανθρώπινο
γονιδίωμα», εξηγεί ο δρ Έντουαρντ ΝτεΛονγκ, επιστήμονας στο Ερευνητικό
Ινστιτούτο του ενυδρείου του Μοντερέι στην Καλιφόρνια.

Εκτός από το χώμα και το θαλασσινό νερό, οι επιστήμονες προσπαθούν να
διαβάσουν όλο το DNA μίας κοινότητας βακτηρίων, που προκαλεί τη διαρροή όξινου
νερού από ένα παλιό ορυχείο στην Καλιφόρνια και μίας άλλης κοινότητας
μικροβίων που κατοικούν στο βυθό της θάλασσας, τα οποία μπορούν να
χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Άλλα προγράμματα
ερευνούν τις μικροβιακές κοινότητες στα εσωτερικά όργανα τερμιτών και σκώρων,
μια που τα μικρόβια παίζουν ρόλο στο καταστροφικό έργο αυτών των εντόμων.

Θάλασσα των Σαργασσών. Πολλοί γνωστοί επιστήμονες στρέφουν σε αυτό τον
τομέα την προσοχή τους. Ανάμεσά τους ο δρ Κρεγκ Βέντερ, από τους πρωτοπόρους
του προγράμματος του ανθρώπινου γονιδιώματος. H δική του εταιρεία
βιοτεχνολογίας Celera Genomics, είναι αυτή που παρά τις αμφιβολίες του
επιστημονικού κόσμου κατάφερε να ολοκληρώσει την αλληλουχία του ανθρώπινου DNA
μέσα σε τρία χρόνια. Ο Βέντερ, που τώρα διευθύνει μη κερδοσκοπικά ερευνητικά
ινστιτούτα στο Ρόκβιλ του Μέριλαντ, προσπαθεί να αποκωδικοποιήσει τα
γονιδιώματα όλων των μικροβίων στη Θάλασσα των Σαργασσών, μία περιοχή του
Ατλαντικού Ωκεανού κοντά στις Βερμούδες, γνωστή για τα πολλά φύκια στην
επιφάνεια του νερού.

Σε αυτή την περιοχή του ωκεανού θεωρείται ότι υπάρχουν ελάχιστα δείγματα ζωής.
Παρ’ όλα αυτά, ο Βέντερ λέει ότι «μόνο στη Θάλασσα των Σαργασσών έχουμε
ανακαλύψει περισσότερα νέα γονίδια από ό,τι στο ανθρώπινο γονιδίωμα».

Το πρόγραμμα έχει αναλάβει το Ινστιτούτο Εναλλακτικών Βιολογικών Πηγών
Ενέργειας του Βέντερ. Στόχος του είναι να χρησιμοποιήσει μικρόβια για να
δημιουργήσει καύσιμο υδρογόνο καθαρής καύσης και να βάλει φρένο στην άνοδο της
παγκόσμιας θερμοκρασίας. Ένα άλλο από τα ερευνητικά του κέντρα, το Ινστιτούτο
Γονιδιωματικής Έρευνας, στοχεύει στην αλληλουχία των γονιδιωμάτων όλων των
οργανισμών στα ανθρώπινα έντερα. Τα στοιχεία αυτά θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε
νέες μεθόδους διάγνωσης και θεραπείας ασθενειών.

Το DNA άγνωστων οργανισμών. Ο καινούργιος αυτός τομέας της Βιολογίας
βλέπει τα πράγματα από εντελώς διαφορετική οπτική γωνία. Μέχρι τώρα, οι
επιστήμονες ξεκινούσαν με ένα γνωστό είδος, τον άνθρωπο ή τα βακτήρια του
άνθρακα π.χ. και προχωρούσαν στην αποκωδικοποίηση του γονιδιώματός του ώστε να
μάθουν περισσότερα για αυτόν τον οργανισμό. Αλλά η μεταγονιδιωματική
λειτουργεί αντίστροφα. Ξεκινά με το DNA ενός άγνωστου οργανισμού και στη
συνέχεια προσπαθεί να καταλάβει τι είναι αυτός ο οργανισμός.

Περισσότερα από το 99% των βακτηρίων δεν μπορούν να αναπαραχθούν στο
εργαστήριο, κι έτσι οι επιστήμονες δεν ξέρουν σχεδόν τίποτα για αυτά. Αλλά
είναι δυνατό να αποσπάσουν DNA από ένα δείγμα χώματος ή θαλασσινού νερού χωρίς
να γνωρίζουν την ταυτότητα των οργανισμών που είναι οι πηγές του DNA. «Δεν
ξέρουμε ούτε με τι μοιάζουν αυτά τα πλάσματα», λέει ο Βέντερ. «Το μόνο που
ξέρουμε είναι ο γενετικός τους κώδικας».

Αυτό το DNA αποτελείται από τμήματα όλων των ειδών που κατοικούν στην περιοχή.
H πρόκληση για τους επιστήμονες είναι να ξεχωρίσουν ποια τμήματα προέρχονται
από τον ίδιο οργανισμό και να τα τοποθετήσουν στη σωστή σειρά για να βρουν την
ολοκληρωμένη αλληλουχία του κάθε είδους.

Βακτήρια θα μας αποδίδουν ενέργεια από ηλιακό φως!

Ο δρ Έντουαρντ ΝτεΛονγκ στο ενυδρείο του Μοντερέι διαβάζει το DNA μικροβιακού φυτοπλαγκτού που συλλέγει από τον Ειρηνικό Ωκεανό

Ποιο μπορεί να είναι το όφελος των βιολογικών αυτών ερευνών; Ασύλληπτο,
λένε οι επιστήμονες. Τα βακτήρια παίζουν σημαντικό ρόλο σε αμέτρητες
περιβαλλοντικές διεργασίες. Μετατρέπουν το άζωτο της ατμόσφαιρας σε μορφή
χρήσιμη στα φυτά, παράγουν το μισό οξυγόνο του πλανήτη, συντελούν στην
αποσύνθεση της ανόργανης ύλης και μας απαλλάσσουν από την ρύπανση.

«Τα μικρόβια είναι οι χημικοί του πλανήτη μας», λέει ο Έντουαρντ ΝτεΛονγκ. «Τα
βακτήρια είναι η πηγή των περισσότερων αντιβιοτικών καθώς και μερικών άλλων
φαρμάκων και βιομηχανικών ενζύμων. Είναι επίσης η πηγή των γονιδίων που κάνουν
τα γενετικά τροποποιημένα φυτά ανθεκτικά στα ζιζάνια».

Έχουν ήδη γίνει κάποιες ανακαλύψεις από τις έρευνες με περιβαλλοντικό DNA. Ο
δρ ΝτεΛονγκ μελετά μικροσκοπικό φυτοπλαγκτόν από την επιφάνεια του Ειρηνικού
Ωκεανού και ανακάλυψε συγκεκριμένα βακτήρια που θα μπορούσαν να μετατρέψουν το
ηλιακό φως σε ενέργεια, αναλαμβάνοντας το ρόλο των φυτών.

«H δυνατότητα παραγωγής ενέργειας από φυσικό φως φαίνεται πως υπάρχει σε μία
κατηγορία μικροβίων που συναντάται σε αφθονία», εξηγεί ο ίδιος. «Αλλά δεν το
ξέραμε μέχρι που εφαρμόσαμε τις καινούργιες τεχνικές».

Άλλη μία εταιρεία που ασχολείται με τον τομέα αυτό, είναι η Diversa στο Σαν
Ντιέγκο της Καλιφόρνιας. Δουλειά της να αποσπάσει DNA από οργανισμούς που
επιβιώνουν σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως πάρα πολύ ζεστά
υδροθερμικά στόμια στα βάθη των ωκεανών και τις λίμνες της Κένυας που έχουν
εξαιρετικά υψηλή περιεκτικότητα σε αλκαλική σόδα. Έπειτα ψάχνει στο DNA για
γονίδια που προμηθεύουν τον κώδικα για νέα ένζυμα. Για παράδειγμα, ένα ένζυμο,
που προήρθε από DNA που βρέθηκε σε χώμα των Τροπικών, αναμένεται να μειώσει
στο μισό το κόστος της κατασκευής του φαρμάκου Lipitor, το οποίο χαμηλώνει τα
επίπεδα της χοληστερίνης.

Επιμέλεια: Στέφανος Κρίκκης, Εύη Ελευθεριάδου