ΕΝΔΟΓΕΝΗ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ
Πώς αναπτύσσεται το όργανό μου;
Τα βλαστικά κύτταρα αποτελούν ίσως αυτή τη στιγμή το πιο συναρπαστικό όριο της Ιατρικής. Τα περισσότερα κύτταρα του ανθρώπινου οργανισμού είναι μη αναστρέψιμα εξειδικευμένα ή «διαφοροποιημένα» σε περίπου 200 τύπους. Τα βλαστικά κύτταρα από την άλλη πλευρά είναι άγραφοι «πίνακες» που έχουν τη δυνατότητα να αναπτυχθούν με πολλούς διαφορετικούς τρόπους.
Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να θεραπεύσουν μια πληθώρα κατεστραμμένων ή ασθενών ιστών. Το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας ως τώρα έχει επικεντρωθεί στη δημιουργία τους από έμβρυα ή από ενήλικους ιστούς στο εργαστήριο, στον έλεγχο της ανάπτυξής τους με τη βοήθεια χημικών «παραγόντων ανάπτυξης» και στην εμφύτευσή τους εκεί όπου χρειάζονται. Θα μπορούσε όμως να υπάρξει ένας πιο έξυπνος τρόπος: να ξυπνήσουμε τα «ενδογενή» βλαστικά κύτταρα του οργανισμού μας ώστε να επιτύχουμε μια φυσική αναγέννηση.
Τα ζώα συχνά κάνουν κάτι τέτοιο. Τα αμφίβια για παράδειγμα μπορούν να αναπτύξουν ξανά ολόκληρα χαμένα μέλη, ενώ συνεχίζουν να επιτελούν τις καθημερινές τους δραστηριότητες. Κάποτε, υποστηρίζει αυτή η συλλογιστική, μια απλή ένεση με τα κατάλληλα χημικά ίσως να είναι αρκετή για να μας κάνει να αναπτύξουμε ένα νέο νεφρό, πάγκρεας ή ακόμη και πόδι.
ΤΕΧΝΗΤΑ ΚΥΤΤΑΡΑ
Η ζωή σε μεμβράνες
Η ακριβής φύση του πρώτου κυττάρου, του προδρόμου κάθε ζωής που γνωρίζουμε σήμερα, παραμένει μυστήριο. Το αίνιγμα είναι συναρπαστικό, όμως η ανασύνθεση γεγονότων που διαδραματίστηκαν πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια δεν είναι εύκολη. Ευτυχώς μπορούμε να μάθουμε πολλά αν επιτύχουμε έναν πιο σεμνό στόχο, το να κατασκευάσουμε απλά τεχνητά κύτταρα, αρχίζοντας από τα τοιχώματά τους. Οι πρωτόγονες μεμβράνες από λιπαρά οξέα φαίνονται να έχουν όλα τα κατάλληλα χαρακτηριστικά, όπως το ότι επιτρέπουν την αυτόματη ανάπτυξη και διαίρεση και το ότι αφήνουν τα θρεπτικά συστατικά να εισχωρήσουν στο κύτταρο.
Τι οδήγησε στη μετάβαση από τέτοιου είδους μεμβράνες σε αυτές που γνωρίζουμε σήμερα, οι οποίες βασίζονται στα πιο σύγχρονα φωσφολιπίδια; Το πρωτόγονο RΝΑ ίσως να έδρασε σαν καταλύτης για τη σύνθεση των φωσφολιπιδίων, σε τι όμως αυτά πλεονεκτούν έναντι των προαναφερθέντων αρχέγονων κυττάρων;
Η απάντηση μπορεί να αποτελέσει την πρώτη ένδειξη γύρω από τη χιονοστιβάδα των γεγονότων που οδήγησαν στη σύγχρονη βιολογία. Αν μπορέσουμε να τη βρούμε στα τεχνητά κύτταρα θα μεταφερθούμε πίσω στην αρχή της δαρβινικής εξέλιξης και της προέλευσης της ζωής όπως τη γνωρίζουμε. JACK SZOSTAK Ο κ. Τζακ Σόστακ είναι καθηγητής της Γενετικής στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και ένας εκ των βραβευθέντων με το Νομπέλ Ιατρικής για το 2009. ΤΕΧΝΗΤΑ ΕΝΖΥΜΑ
Μόρια για κάθε περίσταση
Είτε προορίζονται για ένα καινούργιο φάρμακο είτε για έναν ηλιακό συλλέκτη, αγωνιζόμαστε διαρκώς να κατασκευάσουμε πολύπλοκα νέα μόρια. Το να τα κατασκευάσουμε είναι ένα ζήτημα: το να τα κατασκευάσουμε με τρόπο ώστε να είναι αρκετά αποδοτικά για την εμπορική παραγωγή είναι ένα άλλο. Μακάρι να μπορούσαμε να «κλέψουμε» ένα φύλλο από το βιβλίο της φύσης, η οποία χρησιμοποιεί εξαιρετικά εξειδικευμένα ένζυμα σαν καταλύτες για να παράγει τεράστιες ποσότητες από τα μόρια που χρειάζεται η ζωή.
Αρχίζουμε όμως να τα καταφέρνουμε. Μπορούμε να πάρουμε φυσικά ένζυμα και τυχαία να αλλάξουμε τη δομή τους ώσπου κάποια παραλλαγή να παραγάγει το μόριο που θέλουμε. Σε μια στρατηγική με λιγότερες αποτυχημένες απόπειρες μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε «ορθολογικού σχεδιασμού» προσομοιώσεις στον υπολογιστή για να κατασκευάσουμε τεχνητά ένζυμα από το μηδέν.
Τελικά ο στόχος είναι να ξεπεράσουμε τη φύση. Σε σύγκριση με τους τεχνητούς καταλύτες, τα ένζυμα έχουν στον πυρήνα τους μια σχετικά περιορισμένη σειρά μετάλλων. Συνδυάζοντας το καλύτερο από τη φυσική και την τεχνητή κατάλυση ίσως κατορθώσουμε να κατασκευάσουμε ένζυμα- και τελικά προϊόντα- που θα μπορούν απλώς να κάνουν τα πάντα.
ΕΝΑ ΕΜΒΟΛΙΟ ΓΙΑ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΓΡΙΠΕΣ
Δαμάζοντας έναν παγκόσμιο δολοφόνο
Η γρίπη των πτηνών και η γρίπη των χοίρων μπορεί προς το παρόν να έχουν υποχωρήσει, όμως η μεγάλη απειλή για μια καθολική πανδημία εξακολουθεί να υπάρχει: η εμφάνιση κάποιου καινούργιου στελέχους γρίπης.
Η γρίπη μεταλλάσσεται, συνεπώς το να την «αρπάξετε» μια χρονιά δεν σας εμποδίζει από το να κολλήσετε και την επόμενη. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο φτιάχνουμε νέα αντιγριπικά εμβόλια χρόνο με τον χρόνο. Είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο ανά κάποιες δεκαετίες εμφανίζεται ένα νέο στέλεχος γρίπης το οποίο διαθέτει μια γενετική καινοτομία που του δίνει τη δυνατότητα να ξεφεύγει από τις ανοσοποιητικές μας άμυνες και να προκαλεί το γενικό χάος.
Πώς μπορεί να σταματήσει αυτό; Αναπτύσσοντας ένα αντιγριπικό εμβόλιο που θα είναι αποτελεσματικό έναντι όλων των στελεχών του ιού της γρίπης. Διάφορα ενδεχόμενα που πυροδοτούν μια αντίδραση του ανοσοποιητικού εναντίον των τμημάτων του ιού που δεν μεταλλάσσονται εξετάζονται αυτή τη στιγμή. Αρκετά έχουν φθάσει στο στάδιο των δοκιμών σε ανθρώπους. Αν αποδειχθούν αποτελεσματικά ίσως σε λίγο η γρίπη να εξελιχθεί σε μία ακόμη μισοξεχασμένη ασθένεια για την οποία εμβολιάζουμε τα παιδιά μας.
ΤΕΧΝΗΤΗ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ
Ενέργεια από το τίποτε
Ενα φύλλο είναι όμορφο. Είναι επίσης ένα θαύμα χημικής μηχανικής. Στο εσωτερικό του κέντρα φωτοσυνθετικής αντίδρασης συλλέγουν ηλιακή ενέργεια για να προκαλέσουν τη μετατροπή τού νερού και του διοξειδίου του άνθρακα της ατμόσφαιρας σε σάκχαρα τα οποία τρέφουν και αναπτύσσουν το φυτό.
Μήπως θα μπορούσαμε να κάνουμε κάτι αντίστοιχο; Ο ήλιος αποτελεί μακράν τη μεγαλύτερη πηγή ενέργειας που γνωρίζουμε, αλλά το φως του ήλιου δεν μπορεί να είναι παντού ταυτοχρόνως. Αν βρίσκαμε έναν φθηνό τρόπο να μετατρέπουμε τη ηλιακή ενέργεια σε αποθηκεύσιμα, ικανά να μεταφερθούν, χημικά καύσιμα που θα είναι διαθέσιμα σε μόνιμη βάση, θα εξασφαλίζαμε καθαρή ενέργεια για όλους.
Μερικά κομμάτια του παζλ έχουν ήδη μπει στη θέση τους. Μικροσκοπικά φωτοσυλλεκτικά σωματίδια μπορούν να ενσωματωθούν σε μεμβράνες για να απορροφούν ενέργεια και να διασπούν τα μόρια του διοξειδίου του άνθρακα και του νερού. Τα προϊόντα δεν είναι σάκχαρα, αλλά ουδέτερα σε άνθρακα καύσιμα μεταφοράς: υδρογόνο, μεθανόλη και, στο μέλλον, καύσιμα υψηλής ενεργειακής πυκνότητας για συγκεκριμένα οχήματα όπως τα αεροπλάνα.
Το 2010 το αμερικανικό υπουργείο Ενέργειας πρόβλεψε ένα ποσό 122 εκατ. δολαρίων για το στήσιμο του Μεικτού Κέντρου Τεχνητής Φωτοσύνθεσης στην Καλιφόρνια. Εδώ και σε όλο τον κόσμο έχει ξεκινήσει μια κούρσα για την ανάπτυξη νέων απορροφητών, καταλυτών και μεμβρανών που θα επιτρέψουν τη μεγάλης κλίμακας υλοποίηση μιας ιδέας που θα μπορούσε να αλλάξει τον κόσμο για πάντα.
ΝATE LEWIS Ο κ. Νέιτ Λιούις είναι καθηγητής Χημείας στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας (Caltech) και διευθυντής του Μεικτού Κέντρου Τεχνητής Φωτοσύνθεσης.
