Σε μια σταγόνα τα μυστικά της μήτρας

Φως στις 40 εβδομάδες που μας κάνουν ανθρώπους ρίχνουν οι ερευνητές ανά τον κόσμο αξιοποιώντας τις πλέον σύγχρονες τεχνικές για να αφουγκραστούν την εμβρυϊκή ανάπτυξη μέσα από την αιματική κυκλοφορία της μητέρας. Ναι, το DNA και το RNA του εμβρύου περνούν στο μητρικό αίμα και αποτελούν τους καλύτερους πληροφοριοδότες για την κατάσταση της υγείας του πολύτιμου πλάσματος που μεγαλώνει αμέριμνο και ήσυχο στη μήτρα της μητέρας του.

Ειδικότερα, μέσα σε ένα μικρό δείγμα αίματος οι επιστήμονες ανιχνεύουν όχι μόνο αν το έμβρυο φέρει χρωμοσωμικές ανωμαλίες που οδηγούν σε σύνδρομα όπως το Ντάουν, αλλά και αν υπάρχουν μεταλλάξεις για ένα πλήθος ασθενειών. Το σημαντικότερο όμως είναι ότι για πρώτη φορά μπορούν να παρακολουθούν σε γονιδιακό επίπεδο το θαύμα που συντελείται στη μήτρα κάθε κυοφορούσης γυναίκας: πώς γίνεται και τα κατάλληλα γονίδια ξυπνούν και ενεργοποιούνται στην κατάλληλη στιγμή και στο κατάλληλο όργανο, πώς γίνεται και απενεργοποιούνται όταν έχουν ολοκληρώσει το έργο τους, πώς ο πλακούντας δρα σαν προστατευτικό κουκούλι για το ευαίσθητο έμβρυο και πώς το αμνιακό υγρό αλλάζει αντιδρώντας στις περιβαλλοντικές συνθήκες.

Ολος αυτός ο πλούτος πληροφορίας που συλλέγεται δεν είναι στο σύνολό του κατανοητός από τους ερευνητές. Ωστόσο, ήδη έχουν αρχίσει να αναζητούν τρόπους να μεταφράσουν τη νεοαποκτηθείσα γνώση σε διαγνωστικά και θεραπευτικά εργαλεία που θα εξασφαλίζουν την υγεία των επόμενων γενεών.

Συμβαίνει κάθε μέρα σε όλα τα μήκη και πλάτη της Γης και ενώ είναι τόσο συνηθισμένο και φυσιολογικό φαινόμενο παραμένει ταυτόχρονα ένα θαύμα. Γιατί πώς αλλιώς μπορεί να περιγραφεί η δημιουργία ενός ανθρώπου; Πώς να μη θεωρηθεί θαύμα η «παραγωγή» 37,2 τρισεκατομμυρίων κυττάρων προερχομένων από τη σύντηξη ενός ωαρίου και ενός σπερματοζωαρίου μέσα στο συντομότατο διάστημα των 40 μόλις εβδομάδων.

Και δεν είναι μόνο η ποσότητα των κυττάρων που δημιουργεί τον θαυμασμό, αλλά και το γεγονός ότι αυτά διαφοροποιούνται και ταξινομούνται έτσι ώστε να δημιουργούν ιστούς και όργανα και εν τέλει ένα ολοκληρωμένο λειτουργικό άτομο.

Περιττό να πούμε ότι το μέγα μυστήριο της ζωής έχει γίνει στόχος της περιέργειας των επιστημόνων, κυριολεκτικά από καταβολής πολιτισμένου κόσμου, με τον Αριστοτέλη να κάνει τις πρώτες υποθέσεις.

Αλλά η ιστορική πορεία διαλεύκανσης του μυστηρίου αυτού μπορεί να παρομοιαστεί με το ξεφλούδισμα του κρεμμυδιού: μόλις οι ερευνητές αφαιρούσαν με τις ανακαλύψεις τους ένα πέπλο, το επόμενο τους έφραζε τον δρόμο. Φαίνεται όμως πως φτάνουμε σιγά-σιγά στην καρδιά της υπόθεσης, καθώς τώρα οι ερευνητές έχουν θέσει το καίριο ερώτημα και έχουν αρχίσει να παίρνουν απαντήσεις. Το ερώτημα συμπυκνώνεται στα εξής: «Πώς η καταγεγραμμένη στο DNA γραμμική πληροφορία αξιοποιείται έτσι ώστε να παραχθεί ένας τρισδιάστατος οργανισμός, του οποίου μάλιστα η λειτουργικότητα προϋποθέτει ότι η εν λόγω πληροφορία-οδηγία εκτελέστηκε σε συγκεκριμένο χρόνο και από συγκεκριμένα κύτταρα;». Οσο για τις απαντήσεις, είναι η πρώτη φορά που αυτές προέρχονται από τη μελέτη του ανθρώπινου εμβρύου ενόσω αυτό μεγαλώνει αμέριμνο στη μητρική μήτρα και χωρίς να υφίσταται καμία παρέμβαση.

Ολα ξεκίνησαν πριν από 20 ακριβώς χρόνια, όταν ο Dennis Lo από το Κινεζικό Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ ανακάλυψε την παρουσία εμβρυϊκού DNA στο αίμα της κυοφορούσης μητέρας, πράγμα που ανέφερε σε άρθρο του στην επιστημονική επιθεώρηση «The Lancet». Η πληροφορία αυτή άλλαξε τις απόψεις μας ως προς τη «στεγανότητα» του πλακούντα και ήταν από μόνη της πολύ σημαντική. Ωστόσο, εκείνη την εποχή δεν μπόρεσε να αξιοποιηθεί περαιτέρω, καθώς η τεχνολογία ανάγνωσης του DNA δεν ήταν και τόσο εξελιγμένη. Με την πάροδο του χρόνου όμως αναπτύχθηκαν ολοένα και πιο εξελιγμένες τεχνικές εντοπισμού και μελέτης του εμβρυϊκού γενετικού υλικού (DNA και RNA) στο αίμα της μητέρας, έτσι ώστε σήμερα αυτό να αποτελεί τον καλύτερο πληροφοριοδότη μας για τα τεκταινόμενα στον πάντα προστατευμένο ιδιωτικό χώρο όπου αναπτύσσεται το έμβρυο.

Τι μπορούμε να μάθουμε λοιπόν από λίγες σταγόνες μητρικού αίματος μέσα στο οποίο κολυμπούν θραύσματα εμβρυϊκού γενετικού υλικού; Το πρώτο πράγμα που μπόρεσαν να εντοπίσουν οι επιστήμονες, με πιστότητα τέτοια που να μπορεί να αξιοποιηθεί διαγνωστικά, ήταν αν το έμβρυο έφερε χρωμοσωμικές ανωμαλίες, όπως παραδείγματος χάριν αν είχε τρία αντί για δύο χρωμοσώματα 21 και άρα έπασχε από σύνδρομο Ντάουν. Σύντομα όμως πέρασαν από τα χρωμοσώματα στην ίδια την αλυσίδα του DNA και μπορούν πια να ανασυνθέτουν ολόκληρο το εμβρυϊκό γονιδίωμα και να αναζητούν σε αυτό ακόμη και αλλαγές ενός και μόνο γράμματος που θα μπορούσαν να σημάνουν σοβαρές ασθένειες.

Χαρακτηριστικό της έκτασης που έχει πάρει σήμερα η μελέτη του βρεφικού DNA που εντοπίζεται στο μητρικό αίμα είναι ένα από τα ερευνητικά προγράμματα του Ινστιτούτου Sanger στη Βρετανία (το οποίο έχοντας πρωτοστατήσει στην αποκωδικοποίηση του ανθρωπίνου γονιδιώματος, συνεχίζει να πρωτοπορεί στη γονιδιωματική). Εκεί ο Μάθιου Χερλς (Matthew Hurles) και οι συνεργάτες του μελετούν τα γονιδιώματα 1.000 εμβρύων τα οποία όταν εξετάστηκαν με υπερήχους διαπιστώθηκε ότι φέρουν μορφολογικές ανωμαλίες. Από τη συγκριτική μελέτη αυτών των γονιδιωμάτων με εκείνα υγιών εμβρύων, οι βρετανοί ερευνητές ελπίζουν να εντοπίσουν τα γονίδια που ευθύνονται για τις μορφολογικές ανωμαλίες, πράγμα που θα μπορούσε να οδηγήσει σε καλύτερα διαγνωστικά εργαλεία για την έγκαιρη ανίχνευση και ίσως την πρόληψή τους.

Μπορεί οι οδηγίες για τη δημιουργία ενός ανθρώπου να είναι γραμμένες στη γλώσσα του DNA, αλλά όπως γνωρίζουν πολύ καλά οι βιολόγοι την καλύτερη πληροφορία για το πώς και πότε αξιοποιούνται αυτές οι οδηγίες μπορούν να την πάρουν από το RNA. Ο λόγος για αυτό είναι η ίδια η λειτουργία του κυττάρου: όλα τα κύτταρά μας περιέχουν ολόκληρη τη γενετική πληροφορία, αλλά σε κάθε δεδομένη στιγμή χρησιμοποιούν μόνο ένα μέρος αυτής και το πρώτο πράγμα που συμβαίνει όταν ένα τμήμα DNA χρησιμοποιείται είναι η παραγωγή συγκεκριμένων μορίων RNA (τα οποία γεννώνται με καλούπι το προς αξιοποίηση DNA). Στην πραγματικότητα το RNA είναι το ενδιάμεσο μόριο που καθιστά δυνατή τη μετάφραση της γραμμικής πληροφορίας του DNA στο τρισδιάστατο ανθρώπινο σώμα.

Θα μπορούσε κανείς να παρομοιάσει την εμβρυϊκή ανάπτυξη με ένα κονσέρτο, όπου όλη η ορχήστρα είναι παρούσα αλλά μόνο συγκεκριμένα όργανα παίζουν σε μια δεδομένη στιγμή και η μουσική που φτάνει στα αφτιά μας μάς αποκαλύπτει την ταυτότητα του κάθε οργάνου. Αντιστοίχως, καθώς το έμβρυο δημιουργείται, γονίδια ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται συνεχώς, και η παρουσία ή η απουσία συγκεκριμένων μορίων RNA «ψιθυρίζει στα αφτιά» των ερευνητών το τι συμβαίνει σε κάθε αναπτυξιακό στάδιο. Τα μόρια αυτά, παρά το γεγονός ότι είναι μικρότερα και πολύ πιο ευαίσθητα από τα μόρια DNA, μπορούν πια να εντοπίζουν οι ερευνητές στο μητρικό αίμα και αυτό τούς έχει επιτρέψει για πρώτη φορά στην Ιστορία να γνωρίζουν τι συμβαίνει σε γονιδιακό επίπεδο σε ένα ζωντανό αναπτυσσόμενο έμβρυο!

Η εν λόγω τεχνολογία, αν και υφίσταται, δεν έχει εξελιχθεί τόσο ώστε να γίνει ρουτίνα. Ετσι, οι πρώτες πληροφορίες σχετικά με τη διαφορική ενεργοποίηση των γονιδίων που προήλθαν από τη μελέτη του RNA δεν έγιναν σε δείγματα μητρικού αίματος αλλά σε δείγματα αμνιακού υγρού τα οποία λαμβάνονται από αμνιοκέντηση, καθώς και σε δείγματα που λαμβάνονται κατά τη γέννηση με καισαρική τομή. Αυτά, παράλληλα με τα δείγματα μητρικού αίματος, έχουν επιτρέψει στην Ντιάνα Μπιάνκι (Diana Bianchi) και στους συνεργάτες της στα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των ΗΠΑ να αποκτήσουν μια πολύ καλή εικόνα του γονιδιακού ρεπερτορίου της εμβρυϊκής ανάπτυξης, και ειδικότερα του δευτέρου και του τρίτου τριμήνου.

Οπως αναφέρεται στο σχετικό άρθρο της στην επιστημονική επιθεώρηση PNAS, τα έμβρυα που ολοκληρώνουν την ανάπτυξή τους και ετοιμάζονται για τη μεγάλη έξοδο ενεργοποιούν τα γονίδια που θα τους χρειαστούν: εκείνα που σχετίζονται με τη λειτουργία των ματιών, του αναπνευστικού και του γαστρεντερικού συστήματος (αφού για πρώτη φορά θα εισπνεύσουν αέρα και θα λάβουν τροφή), γονίδια του ανοσοποιητικού (που δεν χρειάζονταν στο αποστειρωμένο περιβάλλον της μήτρας), γονίδια της όσφρησης που θα τους επιτρέψουν να αναγνωρίζουν τη μυρωδιά της μητέρας τους (ικανότητα ζωτικής σημασίας για την επιβίωση όταν ο άνθρωπος ήταν πρωτόγονος).

Στο πίσω μέρος του μυαλού των ερευνητών που μελετούν την εμβρυϊκή ανάπτυξη είναι πάντοτε η πρόληψη και η θεραπεία γενετικών ασθενειών ή ασθενειών που προκύπτουν από τις συνθήκες που επικρατούν κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη. Σύμφωνα με το άρθρο της, η Μπιάνκι μελετώντας δείγματα αμνιακού υγρού από έμβρυα με σύνδρομο Ντάουν διαπίστωσε ότι τα γονίδια που ενεργοποιούνται ως αποτέλεσμα της παρουσίας ενός ακόμη χρωμοσώματος δεν σχετίζονται μόνο με αυτό το χρωμόσωμα αλλά προέρχονται απ’ όλο το γονιδίωμα. Βασισμένη στα ευρήματά της, η ερευνήτρια δοκιμάζει σε μοντέλα ζώων φάρμακα τα οποία θα μπορούσαν να μετριάσουν τις επιπτώσεις του συνδρόμου.

Ενα από τα λιγότερο μελετημένα όργανα ήταν μέχρι πρότινος ο πλακούντας, καθώς οι ερευνητές τον μελετούσαν μόνο όταν ολοκλήρωνε το έργο του και πεταγόταν αμέσως μετά τη γέννηση. Η μελέτη του με τη βοήθεια του RNA έχει αποκαλύψει τον πολυσύνθετο ρόλο του. Ετσι αμερικανοί ερευνητές του Πανεπιστημίου Ροκφέλερ στη Νέα Υόρκη έχουν εντοπίσει γονίδια τα οποία σχετίζονται με τη δυσλειτουργία του πλακούντα στην περίπτωση της προεκλαμψίας, μιας επικίνδυνης για τη ζωή της μητέρας επιπλοκής, και ελπίζουν να δημιουργήσουν ένα τεστ έγκαιρης διάγνωσής της. Αντιστοίχως, καναδοί ερευνητές του Πανεπιστημίου της Βρετανικής Κολομβίας στον Καναδά έχουν καταγράψει τις συνεχείς ενεργοποιήσεις και απενεργοποιήσεις στον πλακούντα γονιδίων του ανοσοποιητικού συστήματος, πράγμα που σημαίνει ότι το όργανο αυτό παίζει καθοριστικό ρόλο στο να μην απορριφθεί το έμβρυο από το ανοσοποιητικό σύστημα της μητέρας. (Με δεδομένο το γεγονός ότι το έμβρυο είναι γενετικά ένα μείγμα μητρικών και πατρικών «συστατικών» είναι απορίας άξιον το ότι το ανοσοποιητικό της μητέρας δεν το αναγνωρίζει ως ξένο σώμα και δεν κινείται εναντίον του!)

Από τις μελέτες αυτές προέκυψε και η επιβεβαίωση ότι το μητρικό κάπνισμα επιδρά στο έμβρυο αυξάνοντας την πιθανότητά του αυτό να εμφανίσει αναπνευστικά προβλήματα αλλά και παχυσαρκία όταν γεννηθεί. Οι ερευνητές διαπίστωσαν σημαντικές μεταβολές στην ενεργοποίηση των γονιδίων του πλακούντα μεταξύ καπνιστριών και μη καπνιστριών.

Δεν χωρεί αμφιβολία ότι το πεδίο της εμβρυολογίας έχει μπει σε μια κοσμογονική περίοδο. Αλλά πρώτοι οι ερευνητές σημειώνουν ότι η δυνατότητά μας να παρακολουθούμε σε live εκδοχή τα γονίδια δεν σημαίνει απαραιτήτως και πως έχουμε την ικανότητα να ερμηνεύουμε όλα τα ευρήματα. Χαρακτηριστική είναι η παράγραφος στο τελευταίο άρθρο του Ντένις Λο. Ο άνθρωπος που πρώτος ανακάλυψε την παρουσία εμβρυϊκού DNA στο μητρικό αίμα και που στη συνέχεια συνέβαλε καθοριστικά στη βελτίωση των τεχνικών εντοπισμού του σημειώνει: «Παρά το γεγονός ότι έχουμε την τεχνολογική δυνατότητα να ανιχνεύουμε στο μητρικό αίμα μεταλλάξεις οι οποίες υπάρχουν μόνο στο έμβρυο, η εξήγηση της κλινικής σημασίας καθεμιάς από αυτές τις μεταλλάξεις είναι μια τεράστια πρόκληση η οποία απαιτεί τη συνεχή βελτίωση της κατανόησής μας για το ανθρώπινο γονιδίωμα».