«Επαναπρογραμματίζοντας» τα κυτταρικά συστήματα

Πώς μπορούμε να «επαναπρογραμματίσουμε» ένα βιολογικό σύστημα; Και πώς γίνεται αυτό να εκτελεί «ολοκληρωμένες» λειτουργίες βάσει των εντολών που εμείς του έχουμε δώσει;

Δύο επιστήμες συγκεντρώνουν αυτή τη στιγμή ένα τεράστιο κομμάτι της έρευνας και της χρηματοδότησης σε παγκόσμιο επίπεδο από τα εκπαιδευτικά συστήματα όλης της υφηλίου: η βιολογία και η μηχανική. Και το «τέκνο» αυτών, η συνθετική βιολογία, «επαναπρογραμματίζει» τελικά τα κυτταρικά συστήματα έτσι ώστε αυτά να παράγουν ωφέλιμα για τον άνθρωπο και την κοινωνία προϊόντα, με «εργαλεία» τις αρχές της μηχανικής και του συστηματικού σχεδιασμού.

Οπως λέει ο καθηγητής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας Κώστας Ματθιόπουλος, σήμερα έχουμε φτάσει σε μια πιο εύκολη, επαναλήψιμη και προβλέψιμη συστηματική σχεδίαση και κατασκευή νέων βιολογικών συστημάτων και κυττάρων, επιταχύνοντας έτσι την ανάπτυξη νέων εφαρμογών στη βιοτεχνολογία.

Η συνθετική βιολογία βρίσκει ήδη εφαρμογές σε τομείς όπως η υγεία, η ενέργεια, το περιβάλλον, η γεωργία και η κτηνοτροφία, η ανάπτυξη βιοϋλικών κ.ά.

ΟΙ ΕΡΕΥΝΕΣ. Το εργαστήριο του Κώστα Ματθιόπουλου, το Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας και Γονιδιωματικής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας, ασχολείται εδώ και χρόνια με καινοτόμους μεθόδους ελέγχου εντόμων γεωργικής και υγειονομικής σημασίας, ενώ μελετά τον ιό του Δυτικού Νείλου, αλλά και τη «συμπεριφορά» που έχει το κουνούπι τίγρης.

«Σήμερα, ο έλεγχος των εντόμων γίνεται, ως επί το πλείστον, με την εφαρμογή χημικών εντομοκτόνων» λέει ο Κώστας Ματθιόπουλος στα «ΝΕΑ». «Πέρα από την επιβάρυνση του περιβάλλοντος και τις επιπτώσεις στην υγεία των καταναλωτών και των χρηστών, ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα των χημικών εντομοκτόνων είναι η μη ειδοειδικότητά τους, το γεγονός δηλαδή ότι μαζί με το έντομο – στόχο θανατώνονται και άλλα χρήσιμα έντομα (π.χ. μέλισσες) ή μη στόχοι (π.χ. γαιοσκώληκες κ.λπ.). Τώρα, με μεθόδους μοριακής βιολογίας δημιουργούνται οι δυνατότητες ανάπτυξης ειδοειδικών μεθόδων ελέγχου των εντόμων» αναφέρει.

«Ανάμεσα στις προσεγγίσεις αυτές, στο εργαστήριό μας αναπτύσσουμε ένα σύστημα “συνθετικού δάκου” με δυνατότητα εξάπλωσης εμβρυϊκής θνησιμότητας σε φυσικούς πληθυσμούς του εντόμου. Ο δάκος, ως γνωστόν, είναι ο σημαντικότερος εχθρός των ελαιοκαλλιεργειών. Το θηλυκό έντομο αφήνει τα αβγά του στους καρπούς της ελιάς και οι προνύμφες που εκκολάπτονται κατατρώνε τις ελιές. Σε περίπτωση, όμως, που το θηλυκό ζευγαρώσει με ένα “συνθετικό” αρσενικό, η προνύμφη που θα εκκολαφθεί θα πεθάνει σχεδόν αμέσως, προστατεύοντας έτσι τις ελιές. Κάτι παρόμοιο εφαρμόζεται και για τον έλεγχο των κουνουπιών στη Βραζιλία και αλλού» λέει.

«Ενα δεύτερο σύστημα “συνθετικού” δάκου που αναπτύσσουμε είναι ένα σύστημα τεμαχισμού του Χ χρωμοσώματος, που δίνει τη δυνατότητα να παραμορφώσουμε δραματικά την αναλογία αρσενικών (που έχουν ένα Χ χρωμόσωμα) προς θηλυκά (που έχουν δύο Χ χρωμοσώματα), οδηγώντας τον πληθυσμό σε κατάρρευση. Παρότι τέτοια συνθετικά συστήματα δεν έχουν ακόμα άδεια εξαπόλυσης στο περιβάλλον, καταδεικνύουν τις τεράστιες δυνατότητες που προσδίδει η συνθετική βιολογία στον ειδοειδικό έλεγχο των πληθυσμών των εντόμων» εξηγεί ο Κώστας Ματθιόπουλος.

Μια τρίτη κατεύθυνση της έρευνας αφορά τη δημιουργία συνθετικών μικροοργανισμών, οι οποίοι παράγουν νουκλεϊκά οξέα (dsRNA) που στοχεύουν στην αδρανοποίηση ζωτικών γονιδίων του κουνουπιού τίγρης (μέσω RNA παρεμβολής).

Τέλος, με βάση τη συνθετική βιολογία, η ομάδα του αναπτύσσει ένα διαγνωστικό κιτ για την ανίχνευση του ιού του Δυτικού Νείλου που είναι ένας επικίνδυνος για τη δημόσια υγεία παθογόνος ιός που μεταδίδεται από κουνούπια και έχει οδηγήσει σε αρκετούς θανάτους τα τελευταία χρόνια στη χώρα μας. Λόγω των ήπιων συμπτωμάτων των ασθενών, η νόσος σε μεγάλο βαθμό υποδιαγιγνώσκεται. «Ετσι, ένα αξιόπιστο, γρήγορο και φτηνό κιτ θα βοηθήσει πολύ στη διάγνωση του ιού, ώστε να λαμβάνονται εγκαίρως τα απαραίτητα μέτρα που θα αποτρέπουν τις επιδημίες του» λέει ο Ματθιόπουλος.

Γλωσσάρι

Γονιδίωμα, γονιδιωματική και «ομικές» αναλύσεις : Το γονιδίωμα είναι το σύνολο όλων των γονιδίων ενός μεμονωμένου οργανισμού. Ετσι, η γονιδιωματική είναι η μελέτη όλων των γονιδίων ενός κυττάρου. Η μεταγραφομική (ή τρανσκριπτομική) είναι η μελέτη όλων των μεταγράφων (mRNA) ενός κυττάρου ή ιστού, η πρωτεομική είναι η μελέτη όλων των πρωτεϊνών ενός κυττάρου ή ιστού, η μεταβολομική είναι η μελέτη όλων των μεταβολιτών κ.ο.κ.

RNA παρεμβολή (RNA interference): Είναι ένας μηχανισμός ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης στην οποία το RNA καταστέλλει την έκφραση συμπληρωματικών προς αυτών γονιδίων.

Κουνούπι τίγρης: Το ασιατικό κουνούπι τίγρης ( Aedes albopictus ) χαρακτηρίζεται από τα μαύρα και άσπρα ριγωτά του πόδια και το μικρό, μαύρο και άσπρο ριγωτό σώμα. Παράσιτο που ζει κοντά στους ανθρώπους και είναι φορέας για τη μετάδοση τουλάχιστον 22 ιογενών παθογόνων ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου του κίτρινου πυρετού, του δάγκειου πυρετού, κ.ά.