Το τροπικό ψάρι που σώζει από τις καρδιακές παθήσεις

Είναι εντυπωσιακό το πώς ένα μικρό ψάρι από τα ποτάμια της Ινδίας  μπορεί να δώσει στους επιστήμονες ένα από τα πιο δημοφιλή και υποσχόμενα πειραματικά μοντέλα στην ιατροβιολογική έρευνα και να οδηγήσει σε μελέτες για την ανάπτυξη και αναγέννηση των καρδιακών βαλβίδων. Στο εργαστήριο του Δημήτρη Μπέη «Zebrafish, μοντέλα ανθρώπινων νόσων» στο Ιδρυμα ΙατροΒιολογικών Ερευνών της Ακαδημίας Αθηνών (ΙΙΒΕΑΑ), μάλιστα, οι μελέτες αυτές είναι κοντά σε σημαντικές επιστημονικές ανακοινώσεις.

«Το zebrafish (Danio rerio) το αγοράζει κάποιος σε καταστήματα κατοικίδιων ζώων, αλλά είναι και ένα μοντέλο σπονδυλωτών που χρησιμοποιείται εκτενώς στην αναπτυξιακή βιολογία (η μελέτη της ανάπτυξής του σε επίπεδο ενός κυττάρου από το εργαστήριο του Alex Schier αναγνωρίστηκε ως ανακάλυψη της χρονιάς 2018), αλλά και τη μοντελοποίηση ανθρώπινων νόσων, καθώς έχει υψηλή γενετική ομολογία και παρόμοια φυσιολογία με τον άνθρωπο» λέει ο Δημήτρης Μπέης μιλώντας στα «ΝΕΑ».

«Τα έμβρυα zebrafish αναπτύσσονται εξωτερικά (μέσα σε ένα τρυβλίο με νερό στο εργαστήριο) και είναι διαφανή, επιτρέποντας την απεικόνισή τους in vivo χωρίς επεμβατική επίδραση στο δείγμα» συνεχίζει. «Μπορεί κάποιος να δει εύκολα, στο μικροσκόπιο, την καρδιά τους να χτυπά και να παρακολουθήσει την ανάπτυξη και λειτουργία του καρδιαγγειακού συστήματος. Υπάρχει πληθώρα διαγονιδιακών σειρών που βοηθούν την παρατήρηση της ανάπτυξης των περισσότερων οργάνων και μεταλλαγμένων σειρών για τη φυσιολογία και εξέλιξη των περισσότερων ανθρώπινων ασθενειών. Αυτές περιλαμβάνουν επίσης σειρές βιοδεικτών για τα περισσότερα σηματοδοτικά μονοπάτια, που σχετίζονται με ανθρώπινες νόσους. Επιπλέον, είναι ένα καλά εδραιωμένο μοντέλο για τη μελέτη της αναγέννησης οργάνων, δεδομένου ότι τα zebrafish διατηρούν την ικανότητά τους να αναγεννούν τα περισσότερα όργανά τους καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής τους» εξηγεί ο ίδιος.

ΟΙ ΕΡΕΥΝΕΣ. Ο Δημήτρης Μπέης είναι ιδρυτικό μέλος του EuFishBiomed (της Ευρωπαϊκής Επιστημονικής Εταιρείας Zebrafish με περισσότερα από 300 μέλη – εργαστήρια που εργάζονται με zebrafish) και είναι σήμερα εκλεγμένο μέλος του Διοικητικού Συμβουλίου του (2016-2020). Στην Ελλάδα, το ΙΙΒΕΑΑ φιλοξενεί σήμερα τη μεγαλύτερη μονάδα πειραματισμού με zebrafish στην Ελλάδα. Ο κύριος στόχος της έρευνας του εργαστηρίου του Μπέη είναι η μελέτη της ανάπτυξης και αναγέννησης των καρδιακών βαλβίδων. Ωστόσο έχει εφαρμογές και στη μελέτη καρκινικών όγκων και την ανταπόκριση ασθενών στις χημειοθεραπείες. Το εργαστήριο έχει εντοπίσει μεταλλάξεις σε γονίδια που εμπλέκονται στην ανάπτυξη καρδιακών βαλβίδων, ενώ ο Μπέης ήταν από τους πρώτους ερευνητές που ανέλυσε σε κυτταρικό επίπεδο την ανάπτυξη των κολποκοιλιακών βαλβίδων στο zebrafish. Ο ίδιος εξηγεί ότι τα έμβρυα zebrafish μπορούν να επιβιώσουν για αρκετές ημέρες, ακόμη και όταν δεν υπάρχει καρδιακός παλμός ή λειτουργικό καρδιαγγειακό σύστημα, επειδή παίρνουν αρκετό οξυγόνο μέσω παθητικής διάχυσης από το νερό για να υποστηριχθεί η ανάπτυξή τους. Αυτό το πλεονέκτημα επιτρέπει τη μελέτη καρδιακής μορφογένεσης απουσία ροής αίματος ή συσταλτικότητας του μυοκαρδίου.

ΤΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ. Τα πειραματικά δεδομένα του εργαστηρίου έχουν επιβεβαιώσει ότι οι καρδιακές βαλβίδες του zebrafish έχουν δυνατότητα αναγέννησης ύστερα από πειραματική πρόκληση βλάβης. Αν και οι καρδιές των ενήλικων θηλαστικών έχουν περιορισμένη αναγεννητική ικανότητα, τα νεογέννητα ποντίκια έχει αποδειχθεί ότι μπορούν να αναγεννήσουν το μυοκάρδιό τους. Ως αποτέλεσμα, η ιδέα ότι η εκ νέου ενεργοποίηση ή καταστολή ορισμένων σηματοδοτικών μονοπατιών έπειτα από καρδιακή βλάβη θα μπορούσε να οδηγήσει σε διέγερση του ενδογενούς δυναμικού αναγέννησης στα θηλαστικά είναι μια σημαντική υπόθεση που μελετάται.  «Η έρευνά μας εντοπίζεται στους μηχανισμούς ανάπτυξης των καρδιακών βαλβίδων, καθώς φαίνεται ότι η επανενεργοποίηση των γονιδίων που εμπλέκονται στην ανάπτυξή τους είναι απαραίτητη και για την αναγέννησή τους» λέει ο Δημήτρης Μπέης.

Γλωσσάρι
Αντίστροφη γενετική
Οι νέες τεχνικές γονιδιωματικής και η πληθώρα πληροφορίας από την μεγάλης κλίμακας αλληλούχιση του γονιδιώματος υγιών και ασθενών συνανθρώπων μας έχουν αποτέλεσμα τον εντοπισμό νέων γονιδίων ή ακόμα και πολυμορφισμών μέσα σε γονίδια, των οποίων ο ρόλος στην παθοφυσιολογία μιας ασθένειας παραμένει άγνωστος.
Ξενομεταμοσχεύσεις
Τα τελευταία 10 χρόνια έχουν αναπτυχθεί πολυάριθμα μοντέλα καρκίνου στο zebrafish. Ο υψηλός βαθμός ομολογίας σε επίπεδο DNA μεταξύ ανθρώπων και zebrafish επιτρέπει τη δημιουργία διαγονιδιακών σειρών zebrafish με την εισαγωγή ανθρώπινων ογκογονιδίων σ’ αυτά, που οδηγούν σε σημαντικά επιστημονικά συμπεράσματα.
Γενετικά τροποποιημένες σειρές zebrafish
Οι διαγονιδιακές σειρές έχουν ενσωματωμένο στο DNA τους ένα γονίδιο που κωδικοποιεί μία φθορίζουσα πρωτεΐνη ή τροποποιημένο γονίδιο (π.χ. ογκογονίδιο που φέρει μία γνωστή, από τον άνθρωπο, μετάλλαξη).

Σταματίκη Κατράκη-Παύλου
Το βασικό θέμα της έρευνάς μας είναι η αποσαφήνιση
των μοριακών μονοπατιών που καθορίζουν τη φυσιολογική λειτουργία και ανάπτυξη της καρδιάς, καθώς επίσης και ο χαρακτηρισμός μηχανισμών που δρουν σε παθοφυσιολογικές συνθήκες. Στο ΙΙΒΕΑΑ, χάρη στην αλληλεπίδραση με διαφορετικά εργαστήρια που χρησιμοποιούν ποικίλες προσεγγίσεις, μας δίνεται η δυνατότητα να μελετήσουμε σε βάθος τα ερευνητικά ερωτήματα που μας απασχολούν.
Η Σταματίκη Κατράκη-Παύλου είναι υποψήφια διδάκτωρ

Μαντώ Αγάλου
Τα τελευταία χρόνια έχουμε αναπτύξει με επιτυχία στο εργαστήριό μας μια σειρά από τεχνικές διαλογής υψηλής απόδοσης με στόχο την ανακάλυψη νέων βιοδραστικών ουσιών. Στόχος μας είναι η δημιουργία μιας μεγάλης κλίμακας αλλά και αξιόπιστης μεθόδου διαλογής δραστικών ουσιών οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων.
Η Μαντώ Αγάλου είναι μεταδιδακτορική ερευνήτρια