Τα «μηχανάκια» της φύσης

Ο καθηγητής Βιοχημείας στο Πανεπιστήμιο Αθηνών Κωνσταντίνος Βοργιάς έχει αφιερώσει σχεδόν 40 χρόνια από τη ζωή του στο να μελετάει τη δομή και τη λειτουργία των πρωτεϊνών και μιλάει ακόμα και σήμερα με έναν εντυπωσιακό ενθουσιασμό για αυτά τα «μικροσκοπικά μηχανήματα της φύσης». Η ομάδα που δουλεύει στο εργαστήριό του δραστηριοποιείται στη σύνθεση πρωτεϊνών μέσω γενετικής μηχανικής, στην ανάλυση των πρωτεϊνικών δομών, κυρίως δε των ενζύμων βιοτεχνολογικού ενδιαφέροντος, και διερευνά την επίλυση βασικών βιολογικών προβλημάτων όπως η σταθερότητα πρωτεϊνών σε ακραίες συνθήκες και το σημαντικό πρόβλημα της αναδίπλωσης πρωτεϊνών. Ο ίδιος ασχολείται από το 1981 μέχρι σήμερα (άρχισε την έρευνά του στην Κεντρική Ευρώπη και τα τελευταία 25 χρόνια τη συνεχίζει στην Ελλάδα) με τη μελέτη της δομής και λειτουργίας πρωτεϊνών, και ιδιαίτερα ενζύμων με βιοτεχνολογικές και βιοϊατρικές εφαρμογές. «Τα θαυμαστά αυτά μικροσκοπικά μηχανάκια της φύσης σε συνδυασμό με τη νανοτεχνολογία είναι η βάση της 4ης βιομηχανικής επανάστασης» λέει μιλώντας στα «ΝΕΑ».

Επειδή όμως χρειαζόμαστε ένα σύντομο «πανεπιστημιακό» μάθημα για να εμβαθύνουμε στη συζήτηση, ο ίδιος αναλαμβάνει αυτό που ξέρει να κάνει καλύτερα: να διδάξει.

«Οι πρωτεΐνες είναι τα μοριακά εργαλεία του κυττάρου» λέει ο κ. Βοργιάς. «Σε ένα ανθρώπινο κύτταρο υπάρχουν τουλάχιστον 25.000 διαφορετικοί τύποι πρωτεϊνικών μορίων, ενώ σε ένα βακτήριο λίγες χιλιάδες. Φανταστείτε τα κύτταρα ως εργοστάσια μορίων διαφόρων τύπων. Οι πρωτεΐνες εκτελούν πολλές λειτουργίες – όπως οι εργάτες στο εργοστάσιο, οι μηχανές που παράγουν τα προϊόντα του εργοστασίου και το δομικό πλαίσιο του εργοστασίου. Αντίθετα, το DNA είναι το μόριο που κωδικοποιεί πληροφορίες, παρέχοντας τις οδηγίες για την κατασκευή των προϊόντων του εργοστασίου» συνεχίζει. «Ενδεικτικά το εντεροβακτήριο Ε.coli είναι ένα βακτήριο που έχει περίπου 4.300 γονίδια κωδικοποίησης πρωτεϊνών και συνολικά περίπου 3.000.000 πρωτεϊνικά μόρια» προσθέτει.

Θεραπευτικοί παράγοντες. Γιατί έχει σημασία η έρευνά του; «Οι πρωτεΐνες είναι στόχοι για την ανακάλυψη φαρμάκων και χρησιμοποιούνται στις διαδικασίες παρέμβασης κατά των ασθενειών» λέει ο κ. Βοργιάς.

«Η ανακάλυψη νέων φαρμάκων συνήθως περιλαμβάνει την ταυτοποίηση των πρωτεϊνών που εμπλέκονται σε μια ασθένεια και στη συνέχεια τον σχεδιασμό μορίων φαρμάκων ή πρωτεϊνών που συνήθως ενεργοποιούν ή αναστέλλουν αυτές τις πρωτεΐνες. Ολο και περισσότερο, οι πρωτεΐνες αναπτύσσονται μέσα στις βιοτεχνολογικές εταιρείες, ως θεραπευτικοί παράγοντες που δρουν σε άλλες πρωτεΐνες. Επιπλέον, οι πρωτεΐνες προβλέπεται να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στη νανοτεχνολογία, όπως ως νανομηχανές, αντλίες, κινητήρες, οπτικοί μεταγωγείς και αισθητήρες, στη φωτοσύνθεση και σε άλλες εφαρμογές».

Βέβαια, για να κατανοήσουμε τις ιδιότητες των πρωτεϊνών, πρέπει πρώτα να καταλάβουμε τις δομές τους. Ο κ. Βοργιάς αναφέρει: «Το εργαστήριό μας έχει σημαντική εμπειρία και προσφορά στο πεδίο αυτό. Χρησιμοποιεί την πληροφορία του DNA και με μεθόδους γονιδιακής τεχνολογίας μπορεί να παρασκευάσει, να συνθέσει και να απομονώσει πρωτεΐνες για δομική και λειτουργική ανάλυση. Μεγάλο ποσοστό πρωτεϊνών είναι ένζυμα τα οποία έχουν ιδιαίτερη σημασία σε βιοτεχνολογικές και βιοϊατρικές εφαρμογές. Από πρόσθετα στην πλύση των ρούχων σε χαμηλή θερμοκρασία που έχει αποτέλεσμα τη μείωση κατανάλωσης ενέργειας μέχρι τη χρήση τους ως φαρμακευτικών στόχων για την αντιμετώπιση ασθενειών».

«Μικροοργανισμοί που είναι πρωτόγονοι, γνωστοί ως αρχαιοβακτήρια, είναι ιδιαίτερα  σημαντικές πηγές άντλησης πληροφοριών που αφορούν τις πρωτεΐνες, διότι τα μόρια αυτά είναι ιδιαίτερα ανθεκτικά σε αντίξοες και ακραίες συνθήκες» δηλώνει. Και καταλήγει λέγοντας: «Η αναμενόμενη αλλαγή στο οικοσύστημά μας ίσως εκμεταλλευθεί αυτές τις πληροφορίες για να επιλύσει προβλήματα. Η τρέχουσα βιοτεχνολογική βιομηχανία το έχει ήδη κάνει σε μεγάλο βαθμό και η βιοϊατρική έρευνα αρχίζει να το αντιλαμβάνεται».

Αναστάσιος Γεωργούλης

Οι πρωτεΐνες είναι βιολογικά μόρια με κυρίαρχο και πρωταρχικό ρόλο στη ζωή. Σε κάθε ανθρώπινο κύτταρο υπάρχει μεγάλος αριθμός διαφορετικών πρωτεϊνών. Η δομή των πρωτεϊνών καθορίζει τη λειτουργία τους. Οι περισσότερες ασθένειες οφείλονται σε βλάβες στη δομή των πρωτεϊνών. Επίσης ασθένειες όπως ο διαβήτης τύπου ΙΙ, το Αλτσχάιμερ και το Πάρκινσον οφείλονται σε στερεοδιαταξικές αλλαγές των πρωτεϊνών. Η πειραματική ενασχόληση με τις πρωτεΐνες αποτελεί μια χρονοβόρα και επίπονη διαδικασία.

Ο Αναστάσιος Γεωργούλης είναι μεταδιδακτορικός ερευνητής

Γεώργιος Γιαμάς

Δεδομένου ότι η «εξατομικευμένη Ιατρική» αντιπροσωπεύει το μέλλον της θεραπείας του καρκίνου, υπάρχει ανάγκη περαιτέρω κατανόησης της μοριακής βάσης του καρκίνου σε επίπεδο δομής και λειτουργίας πρωτεϊνών για την ανάπτυξη καλύτερων διαγνωστικών εργαλείων αλλά και νέων θεραπευτικών δραστικών μορίων. Οι πρωτεΐνες στόχοι της τρέχουσας έρευνας είναι σε σημαντικό ποσοστό ένζυμα που εμπλέκονται στην ανάπτυξη και πρόοδο του καρκίνου και απαιτούν χρόνο, υπομονή και προσήλωση στον στόχο.

Ο Γεώργιος Γιαμάς είναι καθηγητής Βιολογίας του Καρκίνου

Γλωσσάρι

Ενζυμα

Οι κυτταρικές λειτουργίες, από τους μικροοργανισμούς μέχρι τον άνθρωπο, βασίζονται σε πολύπλοκες βιοχημικές διαδικασίες οι οποίες βρίσκονται σε απόλυτη ισορροπία και αρμονία. Αυτό επιτυγχάνεται κυρίως από τα βασικά εργαλεία που είναι πρωτεΐνες και ονομάζονται ένζυμα. Τα ένζυμα χρησιμοποιούνται, με τη χρήση των μικροοργανισμών, προτού ακόμη ανακαλυφθούν, στην παρασκευή ψωμιού, κρασιού, μπίρας, τυριού.

Νανοτεχνολογία

Είναι η μοντέρνα τεχνολογία που βασίζεται στην κατασκευή λειτουργικών εργαλείων σε μοριακό και ατομικό επίπεδο. Μπορεί θαυμάσια να συνδυαστεί με βιολογικές δραστικές ενώσεις όπως ένζυμα και να λειτουργήσει σε επίπεδο κυττάρου με μεγάλη αποτελεσματικότητα τόσο για την αντιμετώπιση τεχνολογικών προβλημάτων όσο και για την αντιμετώπιση ασθενειών.