Κάν’ το όπως η σαλαμάνδρα

Ενα γονιδίωμα ούτε μία, ούτε δύο αλλά έξι φορές μεγαλύτερο από το ανθρώπινο κατάφεραν να αποκωδικοποιήσουν ερευνητές του Ινστιτούτου Καρολίνσκα στη Σουηδία. Σε ποιο (τεράστιο) ον ανήκει ένα τέτοιο γονιδίωμα; θα αναρωτιέστε, και ευλόγως. Μα σε ένα ζώο πολλές φορές μικρότερο από τον άνθρωπο, θα σας απαντήσουμε. Πρόκειται συγκεκριμένα για την αποκαλούμενη ισπανική σαλαμάνδρα (Pleurodeles waltl), η οποία ενδημεί στην Ιβηρική χερσόνησο και στο Μαρόκο, είναι ραβδωτή και μπορεί στη φύση να φθάσει σε μήκος τα 30 εκατοστά. Ενδιαφέρουσα η είδηση αν είναι κάποιος «αμφιβιολόγος», πιθανώς θα σχολιάσετε. Ενδιαφέρουσα για όλους μας, θα σας πληροφορήσουμε, αφού αυτή η ταπεινή σαλαμάνδρα μπορεί μια ημέρα να χαρίσει στους ανθρώπους νέα ολόδικά τους αναγεννημένα άκρα, ακόμα και αναγεννημένο εγκέφαλο!

Είναι η πρώτη φορά που αποκωδικοποιείται πλήρως το γονιδίωμα σαλαμάνδρας, ένα επίτευγμα το οποίο δημοσιεύθηκε πρόσφατα στην επιστημονική επιθεώρηση «Nature Communications» και ανοίγει τον δρόμο νέων ανακαλύψεων για την αναγέννηση ανθρώπινων ιστών με «πυξίδα» τη μοναδική ικανότητα αυτού του αμφιβίου να αναγεννά πλήρως τα άκρα του αλλά και τους νευρώνες του εγκεφάλου του. Οπως εξηγεί μιλώντας στο «Βήμα» ο δρ Αλμπέρτο Τζόβεν, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας του Ινστιτούτου Καρολίνσκα και ένας εκ των συγγραφέων της μελέτης, «ήταν μια μεγάλη πρόκληση για εμάς να αποκωδικοποιήσουμε ένα τόσο μεγάλο γονιδίωμα, κάτι που δεν θα είχε επιτευχθεί χωρίς τις τεχνικές αλληλούχησης του γονιδιώματος νέας γενιάς που έχουμε πλέον στα χέρια μας και οι οποίες επιτρέπουν την ταυτόχρονη αποκωδικοποίηση τεράστιου όγκου γενετικής πληροφορίας σε πολύ συντομότερο διάστημα χρόνου. Συγχρόνως οι εξελίξεις στην υπολογιστική βιολογία επέτρεψαν στους ειδικούς της ομάδας μας να τοποθετούν πολύ ταχύτερα το ένα δίπλα στο άλλο τα κομμάτια του γενετικού παζλ. Συνολικά χρειάστηκαν περί τα δύο έτη για να ολοκληρώσουμε την αποκωδικοποίηση τόσο του γονιδιώματος όσο και του μεταγραφώματος (σ.σ.: πρόκειται για την πλήρη αλληλουχία των RNA που συντίθενται υπό τις οδηγίες των γονιδίων σε έναν οργανισμό) της σαλαμάνδρας. Ολες αυτές οι πληροφορίες μάς παρέχουν τώρα τεράστιο υλικό προς μελέτη σχετικά με το πώς λειτουργούν και εκφράζονται διαφορετικά γονίδια του αμφιβίου σε διαφορετικούς ιστούς, κυρίως κατά τη διαδικασία της αναγέννησής τους».

Ηδη τα πρώτα αποτελέσματα της μελέτης έχουν φέρει στο φως αξιόλογα στοιχεία. Μεταξύ των πρώτων ευρημάτων ήταν μια ομάδα microRNA τα οποία στα θηλαστικά εντοπίζονται στα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα αλλά και στα καρκινικά κύτταρα. Σύμφωνα με τον δρα Τζόβεν, «αυτό που πρέπει να κάνουμε τώρα είναι έρευνες σε αυτά τα microRNA ώστε να κατανοήσουμε τον ρόλο τους στην αναγέννηση ιστών. Είναι επίσης άκρως σημαντική η σύνδεσή τους με τα καρκινικά κύτταρα, λαμβάνοντας μάλιστα υπόψη ότι οι σαλαμάνδρες δεν εμφανίζουν καρκίνο».

Παράλληλα οι ερευνητές παρενέβησαν σε συγκεκριμένα γονίδια τα οποία ρυθμίζουν την αναγέννηση των άκρων στη σαλαμάνδρα με χρήση της νέας, δημοφιλούς στα εργαστήρια ανά τον κόσμο, μεθόδου του «μοριακού ψαλιδιού» CRISPR/Cas9, η οποία επιτρέπει το «κόψιμο» του γονιδιώματος από τους επιστήμονες στα επιθυμητά κάθε φορά σημεία. Οπως περιγράφει ο ερευνητής, «επικεντρωθήκαμε σε δύο γονίδια τα οποία συνδέονται με την αναγέννηση ιστών και στα θηλαστικά. Αρχικώς θελήσαμε να δούμε αν η τεχνική λειτουργεί και έτσι διεξαγάγαμε ένα πείραμα στο οποίο έγινε παρέμβαση με το CRISPR στο ένζυμο τυροκινάση που είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση της μελανίνης. Οταν καταστρέψαμε το ένζυμο με τη συγκεκριμένη τεχνική, είδαμε ότι γεννήθηκαν σαλαμάνδρες αλμπίνοι –αυτό ήταν η απόδειξη ότι η μέθοδος λειτουργούσε. Στη συνέχεια ασχοληθήκαμε με δύο μεταγραφικούς παράγοντες που λειτουργούν ως διακόπτες ρυθμίζοντας την έκφραση των γονιδίων, τους Pax3 και Pax7, οι οποίοι εντοπίζονται και στον άνθρωπο και παίζουν σημαντικό ρόλο στη μυϊκή ανάπτυξη. Είδαμε ότι όταν αποσιωπήσαμε αυτούς τους παράγοντες με το CRISPR η διαδικασία της αναγέννησης στη σαλαμάνδρα συνεχιζόταν απρόσκοπτα, γεγονός που μας εξέπληξε. Την ίδια στιγμή όμως ανακαλύψαμε ότι άλλα γονίδια υπερεκφράζονταν σε αυτά τα ζώα, τα οποία παίζουν ρόλο στην αναγεννητική διαδικασία.

Γενικώς ανοίγει ένα τεράστιο πεδίο έρευνας για εμάς μέσα από αυτή την τεράστια γενετική –και όχι μόνο –γνώση, το οποίο ελπίζουμε ότι στο μέλλον θα οδηγήσει και σε αναγεννητικές θεραπείες για τους ανθρώπους». Ποια μορφή θα μπορούσαν να έχουν αυτού του είδους οι μελλοντικές θεραπείες; ρωτήσαμε τον δρα Τζόβεν. «Το πιθανότερο είναι πως θα αναπτυχθούν γονιδιακές θεραπείες οι οποίες θα στοχεύουν τα κατάλληλα γονίδια οδηγώντας σε αναγέννηση των άκρων. Ο άνθρωπος διαθέτει σε μεγάλο βαθμό ίδια γονίδια με τις σαλαμάνδρες αλλά αυτά έχουν αποσιωπηθεί στην πορεία της εξέλιξης. Στόχος μας είναι να τα ενεργοποιήσουμε προκειμένου να «χαρίσουμε» και στους ανθρώπους τις αναγεννητικές ικανότητες της σαλαμάνδρας».

Μπορεί οι σαλαμάνδρες να είναι διάσημες για την αναγέννηση των άκρων τους, ωστόσο δεν είναι εξίσου γνωστό πως αποτελούν «θησαυρό» και σε ό,τι αφορά την αναγέννηση του εγκεφάλου. Οπως αναφέρει ο δρ Τζόβεν, «οι σαλαμάνδρες έχουν την ικανότητα να αναγεννούν μεγάλο μέρος του εγκεφάλου τους ύστερα από τραυματισμό. Μπορούμε λοιπόν τώρα που έχουμε αποκωδικοποιήσει ολόκληρο το γονιδίωμά τους να το εξερευνήσουμε ώστε να συλλέξουμε πολύτιμες πληροφορίες οι οποίες θα οδηγήσουν στην αντιμετώπιση νευροεκφυλιστικών νόσων του ανθρώπινου εγκεφάλου σαν τη νόσο Αλτσχάιμερ και τη νόσο του Πάρκινσον. Διότι είδαμε μέσα από τη μελέτη μας ότι διαθέτουμε λίγο ως πολύ τα ίδια «συστατικά» στον εγκέφαλο με τις σαλαμάνδρες, μόνο που εμείς στην πορεία της εξέλιξης χάσαμε κάποιες βασικές ιδιότητες που εκείνες διαθέτουν, όπως η αναγέννηση των εγκεφαλικών κυττάρων».

Σημειώνεται ότι οι ερευνητές του Τμήματος Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας του Καρολίνσκα είχαν δείξει πριν από μία δεκαετία ότι οι σαλαμάνδρες μπορούν να αναγεννήσουν όλα τα κύτταρα του εγκεφάλου που πεθαίνουν στη νόσο του Πάρκινσον μέσα σε μόλις τέσσερις εβδομάδες. «Τώρα θα είμαστε πλέον σε θέση να εμβαθύνουμε στις μοριακές εκείνες διεργασίες που κρύβονται πίσω από αυτή την ικανότητα. Παρότι μιλούμε για βασική έρευνα, είναι μια έρευνα άκρως… βασική για την ανάπτυξη νέων αναγεννητικών στρατηγικών στους ανθρώπους» υπογραμμίζει ο επιστήμονας. Και μια… βασική τελευταία ερώτηση στον δρα Τζόβεν: Οταν μιλούμε για την ανάπτυξη τέτοιων στρατηγικών, πού ακριβώς την τοποθετούμε χρονικά; Ιδού η απάντησή του που μας ενδιαφέρει όλους, «αμφιβιολόγους» και μη: «Η πρόοδος της επιστήμης μάς εκπλήσσει και πλέον πολλές φορές επιταχύνει τις εξελίξεις. Χονδρικά πάντως εκτιμώ ότι αν χάσω εγώ το χέρι μου, αυτό δεν θα μπορεί να αναγεννηθεί. Αν όμως κάποια ημέρα το χάσει το εγγόνι μου, η επιστήμη θα καταφέρει να του… αναγεννήσει ένα καινούργιο»!