Μεταγονιδιωματική: Το «κλειδί» κατά των υπεριών;

7 Φεβρουαρίου 2018

της Ναταλίας Πετρίτη

O Sean Brady είναι ένας επιστήμονας, και ιδρυτής της εταιρείας Lodo Therapeutics («lodo» σημαίνει λάσπη στα ισπανικά και τα πορτογαλικά), που μελετά τη δημιουργία φαρμάκων από ακαθαρσίες, διατηρώντας την πεποίθηση ότι τα εδάφη της γης είναι πρακτικά ανεξάντλητες πηγές για αντιβιοτικά, τα «χημικά όπλα» του ανθρώπου δηλαδή που χρησιμοποιούν βακτήρια για να αποτρέψουν άλλους μικροοργανισμούς από το να μας βλάψουν. 

Γνωρίζοντας ότι η μεγάλη πλειονότητα των βακτηρίων δεν μπορεί να αναπτυχθεί στο εργαστήριο, ο Brady έχει βρει έναν τρόπο που ανοίγει την πόρτα για την εκμετάλλευση όλων αυτών των ανεκμετάλλευτων βακτηρίων που είναι ελεύθερα εκεί έξω. Το πρώτο βήμα για δημιουργία φαρμάκων από ακαθαρσίες είναι εδώ και τίθεται σε χρήση όλο περισσότερο.

Η επανάσταση της «μεταγονιδιωματικής»
Με την κλωνοποίηση του DNA βακτηρίων που βρίσκει ελεύθερα στο έδαφος και την επανεγκατάσταση αυτών των ξένων γονιδιακών αλληλουχιών σε μικροοργανισμούς που μπορούν να αναπτυχθούν στο εργαστήριο, έχει επινοήσει μια μέθοδο για τη δημιουργία αντιβιοτικών που θα μπορούσαν σύντομα να θεραπεύσουν μολυσματικές ασθένειες και να καταπολεμήσουν εξαιρετικά ανθεκτικούς στα φάρμακα υπερ-ιούς.

Είναι αλήθεια πως αυτή τη στιγμή ο θανατηφόρος αντίκτυπός της ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά είναι σχετικά μικρός. Έτσι είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ένα μέλλον που μοιάζει με την εποχή που δεν υπήρχαν αντιβιοτικά, μια εποχή ασταθών σταφυλόκοκκων, στρεπτόκοκκων, φυματίωσης, λέπρας, πνευμονίας, χολέρας, διφθερίτιδας, ερυθρού και πνευμονικού πυρετού, δυσεντερίας, τυφοειδούς πυρετού, μηνιγγίτιδας και γονόρροιας.

Αλλά αυτό είναι το μέλλον στο οποίο κατευθυνόμαστε αν αναλογιστούμε πως έχουν τα πράγματα αυτή τη στιγμή: η συνήθης χρήση αντιβιοτικών και η απερίσκεπτη κατανάλωση τους από ανθρώπους και ζώα ενισχύει την αντίσταση σε αυτά. Ενδεχομένως το τέλος της ιατρικής όπως τη γνωρίζαμε τίθεται προ των πυλών. Και γι’ αυτό η προσπάθεια του Brady να αναζωογονήσει την διαδικασία ανακάλυψης αντιβιοτικών μέσω ενός τόσο πρωτοποριακού τρόπου κρίνεται ιδιαίτερα σημαντική.

Από το 1939, όταν ο René Dubos, ερευνητής στο πανεπιστήμιο Rockefeller, άπλωσε σε μια πλάκα Petri και απομόνωσε το αντιβιοτικό gramicidin, η αναζήτηση αντιβιοτικών περιορίζεται στο ποσοστό βακτηριδίων και μυκήτων που αναπτύσσονται στο εργαστήριο. Οι πιθανότητες να ανακαλυφθεί ένα χρήσιμο βακτηρίδιο τυχαία έχουν περιοριστεί υπερβολικά, καθώς κάτι τέτοιο έχει ήδη συμβεί πάρα πολλές φορές στο παρελθόν. Ιστορικά βέβαια, είναι μια αναζήτηση γεμάτη τυχαίες ανακαλύψεις.

Με το να ''πείσουμε'' τα σωστά μικρόβια να αναπτυχθούν κάτω από τη σωστή συνθήκη, ανακαλύψαμε την ιατρική χημεία που μας έδωσε πληθώρα φαρμάκων που έσωσαν μέχρι στιγμής την ανθρωπότητα. Ωστόσο, παρά τις τεχνολογικές εξελίξεις στη ρομποτική και τη χημική σύνθεση, οι ερευνητές συνέχισαν να ανακαλύπτουν εκ νέου πολλά από τα αντιβιοτικά, που είχαν ήδη ανακαλύψει μ με παλαιότερες μεθόδους.

Αυτός είναι ο λόγος που ο Brady και άλλοι επιστήμονες στράφηκαν στη μεταγονιδιωματική,  μία νέα επαναστατική επιστημονική προσέγγιση που έχει ως στόχο την κατανόηση του κόσμου των μικροβίων. Σε αντίθεση με την κλασική γονιδιωματική και μικροβιολογία, που βασίζονται ως επί το πλείστον στην απομόνωση μεμονωμένων ειδών μικροβίων σε αμιγείς καλλιέργειες, δηλαδή σε καλλιέργειες που περιέχουν μικρόβια ενός και μόνο συγκεκριμένου είδους, η  μεταγονιδιωματική εφαρμόζεται σε ολόκληρες βιοκοινότητες μικροβίων, παρακάμπτοντας την ανά­γκη για απομόνωση και καλλιέργεια μεμονωμένων ειδών. Η προσέγγιση και οι μέθοδοι της μεταγονιδιωματικής υπερβαίνουν μεμονωμένα γονίδια και γονιδιώματα και επιτρέπουν στους επιστήμονες να μελετήσουν όλα τα γονιδιώματα μίας βιοκοινότητας μικροβίων ως σύνολο.

Η τεχνική ξεκίνησε στα τέλη της δεκαετίας του 1980, όταν οι μικροβιολόγοι άρχισαν να κλωνοποιούν το DNA οργανισμών λαμβανόντας τους απευθείας από το θαλασσινό νερό και το έδαφος, και όχι εργαστηριακά. Αυτό το DNA θα μπορούσε να διατηρηθεί στο εργαστήριο εισάγοντάς το σε βακτήρια όπως το Ε. Coli, δημιουργώντας έτσι αυτό που είναι γνωστό ως ''τεχνητό χρωμόσωμα''. Αυτοί οι κλώνοι περιέχουν ολόκληρες βιβλιοθήκες, ένα ζωντανό αποθετήριο για όλα τα γονιδιώματα όλων των μικροβίων που βρέθηκαν σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον.

Οι επιστήμονες έψαξαν έπειτα αυτές τις βιβλιοθήκες και η απογραφή τους εμφάνισε μια αστρονομική βιοποικιλότητα που άρχισε να προσθέτει νέους κλάδους στο δέντρο της ζωής. Σύμφωνα με ορισμένες εκτιμήσεις, η γη διαθέτει πάνω από ένα τρισεκατομμύριο μεμονωμένα είδη μικροβίων. Ένα μόνο γραμμάριο χώματος από μόνο του μπορεί να περιέχει 3.000 βακτηριακά είδη. Τα επόμενα βήματα ακολουθούν μια απλή λογική: αν βρεθεί νέα γενετική ποικιλομορφία, αναπόφευκτα θα εμφανιστεί και νέα χημική ποικιλομορφία.

Η μάχη του Brady
Το 1998, ο Brady ήταν μέλος μιας ομάδας που έθεσε μια απλή στρατηγική για την απομόνωση του DNA από τα σκουλήκια που βρίσκονταν σε χώμα και ακαθαρσίες. Μέχρι την ημέρα που ο Brady ίδρυσε το δικό του εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο Rockefeller, το 2006, είχε δημιουργήσει πληθώρα καινοτόμων χημικών ενώσεων. Ορισμένες είχαν αντικαρκινικές ιδιότητες, ενώ άλλες ενήργησαν ως αντιβιοτικά. Αξιοποιώντας λοιπόν τους οργανισμούς που βρίσκονταν στο χώμα και τις ακαθαρσίες, ο Brady συνειδητοποίησε ότι δεν χρειάζεται να ψάξει σε κάποιο «παρθένο» ή απομακρυσμένο οικοσύστημα για να διερευνήσει τη βιοποικιλότητα του πλανήτη και να αντλήσει τις «πρώτες ύλες». Το απαραίτητο υλικό για την κατασκευή νέων φαρμάκων θα μπορούσε να βρεθεί πολύ πιο κοντά στο σπίτι.

Ταυτόχρονα, ο Brady παρακολουθούσε το ρυθμό ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά που ξεπερνούσε το ρυθμό ανακάλυψης νέων και καλύτερων φαρμάκων. Η διάρκεια για το τεστ ενός νέου φαρμάκου μέσω κλινικών δοκιμών και δοκιμών σε ανθρώπους διαρκεί περίπου 10 χρόνια και κοστίζει αρκετά δισεκατομμύρια δολάρια. Στην καλύτερη περίπτωση αποτελεσματικό είναι ένα στα πέντε νέα φάρμακα, θέτοντας και οικονομικό ζήτημα, ενώ όσο περισσότερο χρησιμοποιούμε αντιβιοτικά, τόσο λιγότερο αποτελεσματικά γίνονται. 

Σύμφωνα με τον αμερικάνικο μη κυβερνητικό οργανισμό για τη δημόσια πολιτική «Pew Charitable Trust», λιγότερα από τα μισά φάρμακα που αναπτύσσονται αντιμετωπίζουν τα υψηλής προτεραιότητας παθογόνα βακτήρια, συμπεριλαμβανομένων των μορφών της φυματίωσης και του σταφυλόκοκκου, που είναι ανθεκτικές σε μεγάλο ποσοστό φαρμάκων. Αυτές είναι μεταξύ και των πιο θανατηφόρων ασθενειών του κόσμου και βρίσκονται στην κορυφή της λίστας των στόχων του Brady. Το πώς θα εξελιχθούν οι προσπάθειες εύρεσης αντιβιοτικών φαρμάκων από το χώμα και τις ακαθαρσίες που φτάνουν με σακούλες στο ερευνητικό κέντρο του Brady είναι ακόμα άγνωστο. Σίγουρα όμως αν υπάρξουν περαιτέρω επιτυχή ευρήματα, θα έχουμε να κάνουμε με μια τεράστια ανακάλυψη και καινοτομία στον κόσμο των επιστημών. 

ΠΗΓΗ: tvxs.gr