Η ψηφιοποίηση των έμβιων όντων

Πώς είναι δυνατόν να καταγράψουμε, να κατανοήσουμε και τελικά να υπολογίσουμε με ακριβή και ποσοτικά μοντέλα τις ιδιότητες ενός τόσο πολύπλοκου συστήματος όπως ένα έμβιο ον; Στο εργαστήριο του καθηγητή Βιοπληροφορικής Χρήστου Ουζούνη, στο Εθνικό Κέντρο Ερευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ), η Βιολογία και η Πληροφορική συναντιούνται σε μία κοινή αποστολή αναζήτησης.

«Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1980, οι προσεγγίσεις αυτές δεν είχαν άμεση αναγωγή στην ιεραρχική δομή της ζωής, από τον οργανισμό, στον ιστό, στο κύτταρο, και τελικά σε μόρια και άτομα» λέει ο Χρήστος Ουζούνης μιλώντας στα «ΝΕΑ». «Αυτό άλλαξε με μια σειρά τεχνολογικών επιτευγμάτων, με φυσικές, χημικές, μαθηματικές και υπολογιστικές μεθόδους, που επέτρεψαν την ποσοτικοποίηση των έμβιων όντων, και – θα λέγαμε – την ψηφιοποίησή τους» συνεχίζει. Οπως εξηγεί, στην ψηφιακή σύγκλιση της βιολογίας, της βιοϊατρικής και της βιοτεχνολογίας «το DNA απεικονίζεται με ένα αλφάβητο τεσσάρων χαρακτήρων (Α, C, G, Τ) και οι πρωτεΐνες με ένα αλφάβητο είκοσι χαρακτήρων (αμινοξέων). Ολες οι ιδιότητες των έμβιων όντων, από μοναδικά κύτταρα μέχρι πολύπλοκα οικοσυστήματα, είναι δυνατόν να ανάγονται απευθείας στα γενετικά συστατικά τους, DNA και πρωτεΐνες, σε μαζική και ολοκληρωτική κλίμακα».

Η καταγραφή αυτών των πληροφοριών σε ανοιχτές βάσεις δεδομένων εδώ και τέσσερις δεκαετίες έχει επιφέρει μια επανάσταση στις βιοεπιστήμες. Ο εκθετικά αυξανόμενος όγκος των πληροφοριών αφορά μοναδικά γονίδια μέχρι ολόκληρα γονιδιώματα, δηλαδή τις γενετικές υπογραφές κάθε οργανισμού, πληθυσμού και είδους. Η παγκόσμια επιστημονική κοινότητα έχει ήδη επενδύσει στην ανάπτυξη αυτού του πεδίου, με στόχους την εφαρμογή υπολογιστικών μεθόδων στις βιοεπιστήμες, από τη βασική βιολογική έρευνα μέχρι εφαρμογές της ιατρικής, της κτηνιατρικής, της μικροβιολογίας, της γεωπονίας, της δασολογίας, και της βιομηχανικής βιοτεχνολογίας.

Ερευνα. Σήμερα, στο εργαστήριο του Χρήστου Ουζούνη που ανήκει στο Ινστιτούτο Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων (ΙΔΕΠ) του ΕΚΕΤΑ, η ομάδα επικεντρώνει την έρευνά της στην εφαρμογή μεθόδων βιοπληροφορικής για καινοτόμες τεχνολογίες στη χημική μηχανική, βιοτεχνολογία, βιοϊατρική και ανάπτυξη νέων προσεγγίσεων για την καταγραφή του γενετικού υλικού σε ετερογενή περιβάλλοντα.

Οπως τονίζει ο Χρήστος Ουζούνης: «Η βιοπληροφορική σήμερα ίσως αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο των βιοεπιστημών, με άμεσο αντίκτυπο στην ακαδημαϊκή έρευνα και τη βιομηχανική παραγωγή, διότι όλα τα πεδία των θετικών επιστημών δυνητικά συγκλίνουν σε αυτήν, από τη βιολογία, τη χημεία, τα μαθηματικά, την πληροφορική αλλά και τη χημική μηχανική, ηλεκτρονική τεχνολογία, φυσική και νανοτεχνολογία, καθώς και την εκπαίδευση στις επιστήμες».

Αναφέρει ακόμη ότι η έντονη και αμείλικτη παράδοση των ανοιχτών δεδομένων στις βιολογικές επιστήμες ήταν ένα επίτευγμα της λεγόμενης «ανοιχτής επιστήμης» (open science), που καθόρισε όχι μόνον τα διεθνή πρότυπα απρόσκοπτης και άμεσης διανομής της πληροφορίας αλλά και επιτάχυνε την ίδια τη βιολογική έρευνα, σε σημείο που η Βιοπληροφορικη σήμερα είναι ένα από τα πεδία με τον μεγαλύτερο αντίκτυπο στην παγκόσμια βιβλιογραφία. «Θα μπορούσε κανείς να ισχυριστεί ότι παρά τις εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για επιστημονική κατάρτιση στο πεδίο της Βιοπληροφορικής, σε σχετικά αλλά και απόλυτα νούμερα, ο χώρος αυτός αποτελεί και την πεμπτουσία των επιστημών, σε πλήρη ανάπτυξη και υπό μία ετικέτα» λέει χαρακτηριστικά.

Η έρευνα στο εργαστήριο του Χρήστου Ουζούνη έχει δύο πτυχές: τη βασική έρευνα στη βιοπληροφορική και συγκριτική γονιδιωματική και την εφαρμοσμένη έρευνα στη χημική μηχανική και τεχνολογική ανάπτυξη. Τονίζει, συμπερασματικά, ότι η Ελλάδα έχει εξαιρετικές προοπτικές ανάπτυξης της έρευνας εάν αυτή κάποτε υποστηριχθεί με όραμα, στρατηγική και ρεαλισμό.

Αναστασία Χασάπη

«Πριν από μερικά χρόνια η μεγαλύτερη δυσκολία των ερευνητών ήταν η συλλογή και η ανάλυση των βιολογικών δειγμάτων. Η δική μου γενιά έχει τη μεγάλη τύχη να έχει στη διάθεσή της αμέτρητες πηγές δεδομένων, χάρη στην ψηφιοποίηση που έφερε η βιοπληροφορική στη βιολογία. Ετσι, ακόμη και σε χώρες με περιορισμένα οικονομικά μέσα στην έρευνα όπως η Ελλάδα, οι βιοεπιστήμονες μπορούν πλέον να χρησιμοποιήσουν αυτόν τον πλούτο δεδομένων».
Η Αναστασία Χασάπη είναι μεταδιδακτορική ερευνήτρια

Χρήστος Καραπιπέρης

«Η διαθεσιμότητα μεγάλων δεδομένων έχει τη δυνατότητα να μετασχηματίσει πολλούς τομείς των βιοεπιστημών και να προωθήσει νέους τρόπους διεξαγωγής έρευνας. Εγω ασχολούμαι με τις επιπτώσεις της χαμηλής δόσης ιονίζουσας ακτινοβολίας στον εγκέφαλο, με εφαρμογές στην ιατρική, ασφάλεια, συγκοινωνίες (αεροπλοΐα) και διαστημικές αποστολές, όπου και αυτή η ακτινοβολία μπορεί να αποτελέσει έναν αστάθμητο παράγοντα για την ασφάλεια και τις επιδόσεις του πληρώματος».
Ο Χρήστος Καραπιπέρης είναι διδακτορικός ερευνητής

Γλωσσάρι

Βιοτεχνολογία
Η σύγκλιση βιολογικών και τεχνολογικών διεργασιών για την ελεγχόμενη παραγωγή προϊόντων μέσω ζωντανών οργανισμών σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών (ιατρική, γεωπονία, φαρμακευτική, χημική βιομηχανία και περιβαλλοντική τεχνολογία).
Γονιδίωμα
Η πλήρης γενετική υπογραφή ενός κυττάρου και κατά συνέπεια οργανισμού, συχνά σε επίπεδο πληθυσμού ή και βιολογικού είδους, όπως π.χ. το ανθρώπινο είδος. Η γενετική υπογραφή εμπεριέχει όλα τα γονίδια ενός οργανισμού.