Κυριακή, 8 Ιανουαρίου 2012

Η βιολογία ... ενηλικιώνεται! Ήρθε η εποχή των ....-ομικς ...!


Δρ Δημήτρης Ψυρρόπουλος

Με τη βοήθεια των ηλεκτρονικών υπολογιστών τα βιβλία της ζωής είναι πλέον πολλά και όχι ένα!

Τις αλληλεπιδράσεις των πρωτεϊνών στα κύτταρα των καλλιεργήσιμων φυτών μελετούν οι ερευνητές του πεδίου Interactomics προκειμένου να εντοπίσουν μόρια-στόχους για τη βελτίωσή τους

Τα τελευταία χρόνια, η πιθανότητα να ακούσει κάποιος έναν βιολογικό όρο που να τελειώνει σε -ομικς έχει αυξηθεί κατά πολύ: μετά τη γονιδιωματική (genomics) και την πρωτεομική (proteomics) που γεννήθηκαν για να περιγράψουν τη μελέτη των γονιδίων και των πρωτεϊνών στο σύνολό τους σήμερα διαθέτουμε lipidomics, glycomics, transcriptomics, metabolomics, interactomics, αλλά και connectomics.

Όπως διαβάζουμε στο αγγλικό λεξικό της Οξφόρδης, η προσθήκη του -ome σε ένα ουσιαστικό που περιγράφει όρο της μοριακής ή κυτταρικής βιολογίας περιγράφει «τη συνολική θεώρηση όλων των συστατικών». Παραδείγματος χάριν, η προσθήκη -ome στο γονίδιο (gene) έδωσε το γονιδίωμα, το σύνολο των γονιδίων ενός οργανισμού και η προσθήκη -omics στο γονίδιο έδωσε τη γονιδιωματική, το πεδίο που μελετά συνολικά τα γονίδια των οργανισμών.

Με ημερομηνίες γεννήσεως κάπου στα μέσα της δεκαετίας του 1990, τα νέα -ομικς της μοριακής και κυτταρικής βιολογίας αποκαλύπτουν ότι η βιολογία, κατά κάποιον τρόπο, ενηλικιώθηκε. Δεν χρειάζεται πλέον να μελετά επί μέρους συστήματα ή οργανισμούς και στη συνέχεια να συνθέτει τα ευρήματα για να αποκτήσει την εικόνα του συνόλου. Η συνολική εικόνα αποκτάται από την ταυτόχρονη μελέτη όλων όσων μας ενδιαφέρουν.

Τι θα μπορούσε άραγε να προκύψει από τις μελέτες αυτού του είδους; Σε πρώτη φάση ένας τεράστιος όγκος δεδομένων και σε δεύτερη φάση η κατανόηση αυτών των δεδομένων για να μπορέσουν να αξιοποιηθούν. Οι φάσεις δεν είναι απαραίτητα οριοθετημένες χρονικά και οι ερευνητές έχουν ήδη αρχίσει να δρέπουν τους καρπούς των κόπων τους, αλλά και να αναμένουν περισσότερους. Ακολουθεί μια μικρή «γεύση» από -οmics.

Lipidomics

Tι αφορά: Τη συνολική μελέτη των κυτταρικών λιπιδίων των βιολογικών συστημάτων τα οποία περιγράφονται ως lipidome. Τα λιπίδια αποτελούν από τα βασικά συστατικά του κυττάρου, καθώς από αυτά δημιουργούνται όλες οι μεμβράνες του (τόσο η εξωτερική η οποία οριοθετεί το κύτταρο όσο και εκείνες των οργανιδίων του).
Τι έχει επιτευχθεί: Αν και πρόκειται για ένα από τα νεότερα σχετικά πεδία, η συνολική μελέτη των λιπιδίων έχει ήδη αποδώσει καρπούς. Ενα χρόνο πριν, η μεγάλη ομάδα συνεργαζόμενων στο πρόγραμμα LIPID MAPS ερευνητών ανακοίνωσε το πρώτο λειτουργικό lipidome ενός κυττάρου. Επρόκειτο για ένα μακροφάγο, ένα κύτταρο του ανοσοποιητικού συστήματος το οποίο λαμβάνει χώρα στην άμυνα του οργανισμού από τα παθογόνα. Οι ερευνητές μπόρεσαν να «φωτογραφίσουν» τη συμμετοχή των λιπιδίων σε φυσιολογικές και παθολογικές καταστάσεις και ιδιαίτερα στην ανάπτυξη της φλεγμονής, η οποία παίζει καθοριστικό ρόλο σε μια σειρά ασθενειών, από χρόνια νοσήματα μέχρι τον καρκίνο.
Τι αναμένεται: Η διαλεύκανση του ρόλου των λιπιδίων σε πολλές ασθένειες. Παραδείγματος χάριν, τον περασμένο Ιούνιο φινλανδοί ερευνητές διαπίστωσαν ότι η προσαρμογή της μεμβράνης των κυττάρων του λιπώδους ιστού στην παχυσαρκία είναι κομβικό σημείο για την εμφάνιση του διαβήτη. Η εν λόγω προσαρμογή διαμεσολαβείται από τα λιπίδια.

Glycomics

Τι αφορά: Τη συνολική μελέτη των σακχάρων ενός βιολογικού συστήματος είτε αυτά είναι ελεύθερα είτε προσδεδεμένα σε άλλα μόρια, όπως οι πρωτεΐνες. Πρόκειται για ένα από τα πλέον φιλόδοξα πεδία των -omics, εξαιτίας της φύσης τού αντικειμένου το οποίο μεταβάλλεται ασταμάτητα κατά τη διάρκεια της ζωής του κυττάρου.
Τι έχει επιτευχθεί: Καθώς η «διακόσμηση» των πρωτεϊνών της μεμβράνης του κυττάρου με σάκχαρα αποτελεί κομβικό σημείο στη διακυτταρική επικοινωνία, διαφορετικές ερευνητικές ομάδες έχουν εστιάσει σε διαφορετικές κυτταρικές «συζητήσεις». Παραδείγματος χάριν, η μελέτη των σακχάρων που ονομάζονται γλυκάνες στα κύτταρα του δικού μας αναπνευστικού συστήματος έδειξε στους ερευνητές τα σημεία που χρησιμοποιεί ο ιός της γρίπης για να μας προσβάλει (ο κλασικός ιός της γρίπης προτιμά το ρινικό επιθήλιο, ενώ εκείνος που προέρχεται από τα πτηνά, το κατώτερο αναπνευστικό).
Τι αναμένεται: Στο πεδίο της αντιμετώπισης της γρίπης η γνώση των προτιμήσεων του ιού για συγκεκριμένα μόρια γλυκανών αναμένεται να δώσει αποτελεσματικότερα εμβόλια για την εποχική γρίπη, αλλά και να οδηγήσει στην ανάπτυξη εμβολίου που θα προστατεύει από πανδημίες. Από τη μελέτη των γλυκανών, που αλλάζουν όταν ένα κύτταρο γίνεται καρκινογόνο, αμερικανοί ερευνητές του Πανεπιστημίου της Τζόρτζια ελπίζουν να αναπτύξουν σύντομα ένα τεστ που θα εντοπίζει τον καρκίνο του παγκρέατος σε πρώιμα στάδια.

Transcriptomics

Τι αφορά: Τη συνολική μελέτη όλων των μορίων RNA ενός βιολογικού συστήματος. Καθώς το RNA είναι το μόριο που μεταφέρει την πληροφορία που υπάρχει στο DNA, προκειμένου αυτή να αξιοποιηθεί από το κύτταρο, οι ερευνητές που ασχολούνται με το πεδίο αυτό αποκαλύπτουν συνεχώς «στιγμές» της ζωής και της λειτουργίας των κυττάρων.
Τι έχει επιτευχθεί: Μετά την αρχική επιτυχία της καταγραφής του συνόλου των μορίων RNA ενός θηλαστικού (από μεγάλη ομάδα συνεργαζόμενων ερευνητών, το 2005) και τη διαπίστωση ότι εκτός από τα αναμενόμενα RNA το κύτταρο έμπαινε στον κόπο να συνθέσει και πλήθος RNA που δεν κωδικοποιούσαν για πρωτεΐνες, το πεδίο έχει μία τεράστια ανάπτυξη. Χαρακτηριστικά παραδείγματα της ποικιλίας των ερευνών είναι η μελέτη του συνόλου των RNΑ από λάρβες κοραλλιών προκειμένου να εξεταστεί αν οι ευαίσθητοι αυτοί οργανισμοί προσαρμόζονται στις κλιματικές αλλαγές, αλλά και του συνόλου των RNA κυττάρων μελανώματος προκειμένου να εντοπιστούν τα γονίδια που υπερεκφράζονται στον επιθετικό αυτό καρκίνο.
Τι αναμένεται: Τα αναμενόμενα ποικίλλουν με το είδος της μελέτης. Ετσι, η μελέτη των κοραλλιών αναμένεται να αποκαλύψει το μέγεθος του κινδύνου που διατρέχουν αυτοί οι οργανισμοί και τα δυνατά σημεία τους στον αγώνα για επιβίωση. Η μελέτη του μελανώματος έχει ήδη αποκαλύψει μόρια-στόχους για την ανάπτυξη φαρμάκων ή εμβολίων εναντίον της νόσου.

Metabolomics

Τι αφορά: Τη συνολική μελέτη όλων των μεταβολιτών ενός βιολογικού συστήματος, οι οποίοι στην ουσία αποτελούν τον βιοχημικό καθρέφτη των γονιδίων του.
Τι έχει επιτευχθεί: Μόλις τον περασμένο Οκτώβριο οι επιστήμονες μπόρεσαν να δημιουργήσουν ένα αποτύπωμα της ανθρώπινης βιοχημείας. Εξέτασαν τα επίπεδα 250 μεταβολιτών (οι οποίοι υπεισέρχονται σε 60 μεταβολικά μονοπάτια) σε δείγματα 2.800 ατόμων. Συνδυάζοντας τα ευρήματά τους με μια βάση δεδομένων στην οποία ήταν καταχωρισμένες περισσότερες από 600.000 θέσεις γενετικής ποικιλομορφίας, μπόρεσαν να εντοπίσουν γονίδια τα οποία σχετίζονται με καρδιαγγειακά νοσήματα, διαβήτη, νόσους του γαστρεντερικού συστήματος και των νεφρών, καρκίνο, αλλά και με τις παρενέργειες των φαρμάκων.
Τι αναμένεται: Η εξατομικευμένη ιατρική δεν μπορεί ποτέ να γίνει πράξη χωρίς τη γνώση των μεταβολιτών μας. Μέσω αυτής οι ερευνητές θα είναι σε θέση να γνωρίζουν ποιος από εμάς θα ωφεληθεί από κάποιο φάρμακο, ποιος θα το μεταβολίζει με τρόπο που να το καθιστά ανενεργό ή ποιον θα μπορούσε ακόμη και να τον σκοτώσει.

Interactomics

Τι αφορά: Τη συνολική μελέτη όλων των αλληλεπιδράσεων μεταξύ γονιδίων και πρωτεϊνών ενός βιολογικού συστήματος ή διαφορετικών βιολογικών συστημάτων μεταξύ τους, αλλά και τις συνέπειες αυτών των αλληλεπιδράσεων.
Τι έχει επιτευχθεί: Πρόκειται για ένα εξαιρετικά ευρύ πεδίο και αντίστοιχες είναι και οι πρόοδοι. Παραδείγματος χάριν, τον περασμένο Αύγουστο οι ερευνητές μπόρεσαν να καταγράψουν 6.205 αλληλεπιδράσεις πρωτεϊνών στο φυτό Arabidipsis Thaliana, σε μια προσπάθεια που στοχεύει να αναπτύξει εργαλεία για τη βελτίωση των καλλιεργήσιμων φυτών. Πριν από έναν χρόνο ισπανοί ερευνητές χαρτογράφησαν 200 νέες αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρωτεϊνών που σχετίζονται με την εμφάνιση της νόσου του Aλτσχάιμερ με την ελπίδα να εντοπίσουν μόρια-στόχους για την ανάπτυξη φαρμάκων. Τον Απρίλιο του 2010, αμερικανοί ερευνητές εντόπισαν 13 γονίδια που σχετίζονται με την εμφάνιση καρδιακών αρρυθμιών, αφού προηγουμένως είχαν μελετήσει τις αλληλεπιδράσεις 1.629 πρωτεϊνών.
Τι αναμένεται: Η ευρύτητα του πεδίου και του αντικειμένου καθορίζει και τα αναμενόμενα, αλλά θέτει και τους περιορισμούς. Ο πρώτος οργανισμός για τον οποίο υπάρχει μια σχεδόν πλήρης εικόνα των αλληλεπιδράσεων του συνόλου των πρωτεϊνών του είναι ο μύκητας Saccharomyces cerevisiae. Αν και κάτι τέτοιο είναι προς το παρόν πολύ δύσκολο για πολυκύτταρους οργανισμούς, η επί μέρους μελέτη των πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων βιολογικών συστημάτων θηλαστικών ή φυτών είναι εφικτή και αναμένεται να συνεχιστεί έντονα.

Connectomics

Τι αφορά: Στη φιλόδοξη εκδοχή του, τη συνολική μελέτη όλων των συνάψεων του ανθρώπινου νευρικού συστήματος.
Τι έχει επιτευχθεί: Εκτός από την απλή καταγραφή-χαρτογράφηση των συνάψεων (η οποία καθίσταται δυνατή χάρη σε ένα σύστημα που επιτρέπει το «ξεφλούδισμα» του εγκεφάλου και τη λήψη εκατομμυρίων εικόνων που με τη βοήθεια υπολογιστών συνθέτουν το αρχικό παζλ), οι επιστήμονες ενδιαφέρονται και για τη δυναμική των συνάψεων κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης.
Τι αναμένεται: Να πληροφορηθούμε όχι μόνο πώς δομείται το δίκτυο των συνάψεων του εγκεφάλου, αλλά και τις δυνάμεις που οδήγησαν σε αυτό. Με άλλα λόγια, πώς μία σύναψη ενισχύεται και παραμένει έναντι μιας άλλης η οποία ατροφεί.

Πηγές: tovimascience.gr (Ι. Σουφλέρη)