Πώς εξελίσσεται η ανθρώπινη ανοσία – Οι αλλαγές στα γονίδια, ο ρόλος των κοινωνικών μεταβολών

Είναι πλέον πιο εύκολο να το κατανοήσουμε, ότι οι ιοί και εν γένει οι παθογόνοι μικροοργανισμοί μπορούν να επιφέρουν μεγάλες αλλαγές στην κοινωνία. Δεν είναι μόνο οι κοινωνίες που προσαρμόζονται στους μικροσκοπικούς οργανισμούς, αλλά και το ίδιο το ανοσοποιητικό σύστημα των ανθρώπων, το οποίο σε βάθος χρόνου προσαρμόζεται στις καινούργιες απειλές, καθιστώντας εν τέλει την προστασία πιο αποτελεσματική. Βέβαια, η αποτελεσματικότητα είναι μια έννοια σχετική: ο άνθρωπος των σπηλαίων είχε να αντιμετωπίσει διαφορετικούς μικροβιακούς κινδύνους από τον σύγχρονο άνθρωπο της πόλης.

Σε πρόσφατη έρευνά τους, επιστήμονες με βάση το Πανεπιστήμιο του Ράντμπουντ στην Ολλανδία βρήκαν ότι η Νεολιθική περίοδος αποτέλεσε ένα σημείο καμπής για την εξέλιξη του ανοσοποιητικού συστήματος, αφού αυτό προσαρμόστηκε στις νέες συνήθειες του ανθρώπου – οι οποίες τον έφεραν σε μικρούς οικισμούς, μέσα σε κοινότητες ανθρώπων, αλλά και πιο κοντά στα ζώα. Ας δούμε όμως με περισσότερες λεπτομέρειες με ποιον τρόπο οι επιστήμονες πραγματοποίησαν ένα ταξίδι στο παρελθόν, σκιαγραφώντας την ανοσία ανθρώπων οι οποίοι έζησαν χιλιάδες χρόνια πριν.

Συνεχώς εξελισσόμενη ανοσία

Το ανοσοποιητικό μας σύστημα εξελίσσεται συνεχώς. Επειτα από κάθε μόλυνση, το ανοσοποιητικό σύστημα αναπτύσσει τα κατάλληλα κύτταρα τα οποία «θυμούνται» τη μόλυνση και είναι έτοιμα να ενεργοποιήσουν άμεσα την κατάλληλη απάντηση την επόμενη φορά που το ίδιο ξένο σώμα θα εισβάλει στον οργανισμό μας. Το θαυμαστό αυτό σύστημα προστασίας όμως εξελίσσεται και σε βάθος χιλιάδων χρόνων. Στην περίπτωση αυτή, η εξέλιξη προκύπτει από την επικράτηση αλληλόμορφων γονιδίων – δηλαδή διάφορων παραλλαγών του ίδιου γονιδίου – τα οποία προσδίδουν στο ανοσοποιητικό σύστημα τη δυνατότητα να απαντά με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα σε διάφορους κινδύνους του φυσικού περιβάλλοντος. Τα αλληλόμορφα γονίδια τα οποία επικρατούν σε έναν πληθυσμό σε κάθε χρονική περίοδο δεν είναι πανομοιότυπα. Η διαφοροποίηση αυτή προκύπτει εν μέρει από το είδος των μολύνσεων οι οποίες επικρατούν στην κάθε περιοχή αλλά και από το κατά πόσο οι μολύνσεις αυτές είναι διαδεδομένες σε μια δεδομένη χρονική περίοδο. Σε ποιες χρονικές περιόδους όμως η ανθρώπινη ανοσία χαρακτηρίστηκε από έντονες αλλαγές και ποιοι παράγοντες ευνόησαν τις αλλαγές αυτές; Το ερώτημα αυτό απασχολεί μια μεγάλη μερίδα της επιστημονικής κοινότητας, η οποία επιχειρεί να κατανοήσει τους μηχανισμούς με τους οποίους εξελίσσεται το ανοσοποιητικό σύστημα των οργανισμών. Στην πρόσφατη έρευνα, τα αποτελέσματα της οποίας δημοσιεύθηκαν στην επιστημονική επιθεώρηση «eLife», οι επιστήμονες επιχείρησαν να διερευνήσουν εάν η αλλαγή του τρόπου ζωής του ανθρώπου, η οποία επήλθε με την έλευση της Νεολιθικής περιόδου, είχε αντίκτυπο στο αμυντικό σύστημα του ανθρώπινου οργανισμού.

Μελετώντας τη σύγχρονη ανοσία…

Φυσικά, δεν είναι δυνατό να μελετήσει κανείς τα κύτταρα ανθρώπων οι οποίοι έζησαν χιλιάδες χρόνια πριν. Ετσι, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια πρωτότυπη προσέγγιση η οποία περιλαμβάνει πολλά βήματα. Αρχικά, συνέλεξαν αιμοσφαίρια, δηλαδή κύτταρα του αίματος, από 534 σύγχρονους ανθρώπους οι οποίοι επιλέχθηκαν τυχαία από μια βάση δεδομένων. Οι άνθρωποι αυτοί προέρχονταν από τη Δυτική Ευρώπη αλλά είχαν διαφορετικά χαρακτηριστικά ως προς το φύλο, την ηλικία ή τον δείκτη μάζας σώματος. Η ετερογένεια του δείγματος εξασφάλισε ότι σε αυτό περιλαμβάνονται άνθρωποι των οποίων το ανοσοποιητικό σύστημα αποκρίνεται με διαφορετικό τρόπο στις απειλές. Επειτα, καλλιέργησαν τα κύτταρα αυτά στο εργαστήριο και τα εξέθεσαν σε διάφορους μικροοργανισμούς. Η έκθεση των συγκεκριμένων κυττάρων σε μικροοργανισμούς προκαλεί την έκλυση κυτταροκινών, πρωτεϊνών δηλαδή οι οποίες διαδραματίζουν κομβικό ρόλο στην επικοινωνία των κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος και ως εκ τούτου στην ανοσολογική απόκριση. Οι ερευνητές μέτρησαν σε ποια επίπεδα εκφράζονται οι κυτταροκίνες αυτές έπειτα από τη μόλυνση με τους παθογόνους μικροοργανισμούς, κάτι το οποίο τούς επέτρεψε να εκτιμήσουν πόσο έντονη είναι η απάντηση των κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος απέναντι στον κάθε μικροοργανισμό ξεχωριστά. Τέλος, επιχείρησαν να συσχετίσουν τα επίπεδα της έκφρασης των κυτταροκινών με την παρουσία διαφορετικών αλληλόμορφων γονιδίων στο γενετικό υλικό των κυττάρων. Με τον τρόπο αυτόν, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να γνωρίζουν σε τι βαθμό ενεργοποιήθηκαν τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος ανάλογα με την αλληλουχία των γονιδίων, δηλαδή ανάλογα με το γενετικό προφίλ των ανθρώπων από τους οποίους προέρχονταν τα κύτταρα.

…για να κατανοήσουμε το παρελθόν

Γνωρίζοντας πόσο έντονα απαντά το ανοσοποιητικό σύστημα ανάλογα με τα αλληλόμορφα γονίδια τα οποία εντοπίζονται στο γενετικό υλικό, οι επιστήμονες μπορούσαν πλέον να «προβλέψουν» πόσο έντονα αποκρινόταν το ανοσοποιητικό σύστημα των αρχαίων ανθρώπων απέναντι σε συγκεκριμένους μικροοργανισμούς. Χρησιμοποιώντας μια βάση δεδομένων, συγκέντρωσαν 827 δείγματα γενετικού υλικού το οποίο προερχόταν από ανθρώπους που έζησαν σε διάφορες ιστορικές περιόδους, ξεκινώντας από 35.000 χρόνια πριν και καταλήγοντας στο σήμερα. Επειτα, βασιζόμενοι στα διαφορετικά αλληλόμορφα γονίδια τα οποία ήταν παρόντα στο αρχαίο γενετικό υλικό, υπολόγισαν με ποια πιθανότητα το ανοσοποιητικό σύστημα των ανθρώπων αποκρινόταν έντονα ή λιγότερο έντονα σε διαφορετικούς παθογόνους μικροοργανισμούς. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης έδειξαν ότι οι αποκρίσεις του ανοσοποιητικού συστήματος των ανθρώπων άλλαξαν πιθανότατα σημαντικά κατά τη διάρκεια της περιόδου 8.000-3.900 π.Χ., δηλαδή κατά τη Νεολιθική περίοδο. Συγκεκριμένα, οι επιστήμονες βρήκαν ότι η έκφραση μιας ομάδας κυτταροκινών που ονομάζονται ιντερφερόνες-γ αυξήθηκε στα κύτταρα του ανοσοποιητικού κατά τη διάρκεια της Νεολιθικής περιόδου. Η ιντερφερόνη-γ είναι μια κυτταροκίνη η οποία διαδραματίζει ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στις αποκρίσεις του ανοσοποιητικού συστήματος έναντι παθογόνων όπως το μυκοβακτήριο της φυματίωσης, το οποίο προκαλεί τη φυματίωση, ή τα βακτήρια του γένους Cociella, ένα από τα οποία προκαλεί τη νόσο που ονομάζεται πυρετός Q.  Επιπλέον, αύξηση παρατηρήθηκε και σε ιντερφερόνες οι οποίες εμπλέκονται στην ανοσολογική απάντηση έναντι των μολύνσεων από τον μύκητα Candida albicans και το βακτήριο Staphylococcus aureus.

Μείωση λειτουργίας… για προστασία

Παράλληλα ωστόσο, οι ερευνητές βρήκαν ότι κατά τη διάρκεια της Νεολιθικής περιόδου υπήρξε αξιοσημείωτη μείωση της έκφρασης τριών κυτταροκινών οι οποίες συνδέονται με την ανοσολογική απόκριση έναντι μιας κατηγορίας μικροοργανισμών, στους οποίους συμπεριλαμβάνεται ο ιός της γρίπης. Πώς εξηγείται η μείωση έκφρασης κυτταροκινών οι οποίες συμβάλλουν στην άμυνα ενός διαδεδομένου ιού, τη στιγμή που η άμυνα του οργανισμού έναντι άλλων παθογόνων (όπως είναι το Candida albicans ή το Staphylococcus aureus) ενισχύεται σημαντικά; Οπως αναφέρεται στην επιστημονική δημοσίευση, πολλές μολύνσεις μπορούν να προκαλέσουν υπερβολική αντίδραση του ανοσοποιητικού συστήματος, παράγοντας μια πολύ μεγάλη ποσότητα κυτταροκινών, ένα φαινόμενο το οποίο ονομάζεται καταιγίδα κυτταροκινών (cytokine storm). Η υπερευαισθησία αυτή του ανοσοποιητικού συστήματος μπορεί να αποδειχθεί ακόμα και θανατηφόρα για τον οργανισμό. Ετσι, ενδεχομένως, η φυσική επιλογή ευνόησε με τον χρόνο την επικράτηση αλληλόμορφων γονιδίων τα οποία μετρίασαν την ένταση της ανοσολογικής απάντησης, κάτι που είχε ως αποτέλεσμα ο οργανισμός να προστατεύεται, χωρίς όμως να τίθεται σε περαιτέρω κίνδυνο η υγεία του ανθρώπου. «Το ανοσοποιητικό σύστημα εξελίχθηκε κατά τη διάρκεια της Νεολιθικής περιόδου, παράγοντας λιγότερες κυτταροκίνες για μια κατηγορία μικροοργανισμών, επειδή η ισορροπία είναι απαραίτητη κατά τη διάρκεια των μολύνσεων: μεγάλη ποσότητα κυτταροκινών μπορεί να προκαλέσει βλάβες στους ιστούς» σημειώνει στο ΒΗΜΑ-Science ο επικεφαλής της δημοσίευσης δρ Μιχάι Νετέα. Οπως εξηγούν οι ερευνητές στην επιστημονική δημοσίευση, η μείωση της έκφρασης των κυτταροκινών οι οποίες συνδέονται με μικροοργανισμούς όπως ο ιός της γρίπης συνεπάγεται την ανάπτυξη μιας ανοχής του ανοσοποιητικού συστήματος απέναντι σε τέτοιου είδους μικροοργανισμούς. Αυτό θα πει ότι το ανοσοποιητικό σύστημα έγινε πιο ανεκτικό στη μόλυνση από ορισμένους μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας, δίνοντας προτεραιότητα στην αντιμετώπιση μολύνσεων από διαφορετικά είδη μικροοργανισμών. Ο «συμβιβασμός» αυτός ήταν ίσως απαραίτητος ώστε να εξασφαλιστεί μια πιο ισορροπημένη απόκριση του ανοσολογικού συστήματος σε ένα μεταβαλλόμενο περιβάλλον.

Ο ρόλος της κοινωνικής δομής

Τα αποτελέσματα αυτά καταδεικνύουν με σαφή τρόπο ότι κατά τη διάρκεια της Νεολιθικής περιόδου το ανοσοποιητικό σύστημα του ανθρώπου υπέστη σημαντικές προσαρμογές. Κάθε άλλο παρά τυχαίο είναι που το ανοσοποιητικό σύστημα άλλαξε τη συγκεκριμένη χρονολογική περίοδο. «Κατά τη διάρκεια της Νεολιθικής περιόδου ο άνθρωπος εξημέρωσε τα ζώα, τα οποία μετέδιδαν στους ανθρώπους πολλές ζωονόσους» εξηγεί ο δρ Νετέα, συμπληρώνοντας ότι «επιπλέον, η πυκνότητα του ανθρώπινου πληθυσμού αυξήθηκε, καθιστώντας τη μετάδοση ασθενειών πολύ πιο εύκολη». Ενώ πιο πριν οι άνθρωποι ζούσαν σε μικρές ομάδες και βρίσκονταν ως επί το πλείστον σε εξωτερικούς χώρους, κατά τη διάρκεια της Νεολιθικής περιόδου άρχισαν να κατασκευάζουν σπίτια και να έρχονται σε επαφή με ανθρώπους που ανήκαν στην ίδια κοινότητα. Παράλληλα, η οικονομία άρχισε να μετατοπίζεται προς τη γεωργική παραγωγή, κάτι που έφερε τους ανθρώπους σε τακτική επαφή με τα ζώα. Η παρούσα έρευνα είναι ιδιαίτερα σημαντική, καθώς σκιαγραφεί τον τρόπο με τον οποίο εξελίχθηκε το ανοσοποιητικό σύστημά μας, ως συνάρτηση της κοινωνικής οργάνωσης των ανθρώπων. Πάντως, σχολιάζοντας τα αποτελέσματα της έρευνας στην ιστοσελίδα της επιστημονικής επιθεώρησης «Nature», ερευνητές οι οποίοι δεν συμμετείχαν στη συγγραφή της δημοσίευσης ανέφεραν πως παρόλο που τα αποτελέσματα είναι εντυπωσιακά, θα χρειαστούν περαιτέρω έρευνες οι οποίες να καταδείξουν ότι η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε μπορεί πράγματι να «προβλέψει» με επιτυχία τη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος ανθρώπων οι οποίοι έζησαν χιλιάδες χρόνια πριν. Οι συγγραφείς της δημοσίευσης σκοπεύουν τώρα να διερευνήσουν με ποιον τρόπο εξελίχθηκαν χαρακτηριστικά όπως ο μεταβολισμός, το ύψος ή η μάζα των ανθρώπων στο πέρασμα του χρόνου.

Ανοσοποιητικό και σύγχρονες νόσοι

Με ποιον τρόπο «σμιλεύεται» το σύγχρονο ανοσοποιητικό σύστημα έχοντας να αντιμετωπίσει ιούς όπως ο HIV που προκαλεί το AIDS, το πλασμώδιο που προκαλεί την ελονοσία, το μυκοβακτήριο της φυματίωσης ή τους ιούς που προκαλούν χρόνια ηπατίτιδα; Εχοντας στη διάθεσή τους μια βάση δεδομένων η οποία περιλαμβάνει εκατοντάδες δείγματα γενετικού υλικού από ανθρώπους οι οποίοι έζησαν στο παρελθόν σε εδάφη της Ευρώπης, οι ερευνητές ακολούθησαν τη μέθοδο που ανέπτυξαν ώστε να διερευνήσουν κατά πόσο μεταβλήθηκε η αντίσταση του ανοσοποιητικού συστήματος απέναντι στη μόλυνση από τους συγκεκριμένους παθογόνους μικροοργανισμούς τα τελευταία 50.000 χρόνια. Η ανάλυση των δεδομένων έδειξε ότι, με εξαίρεση τη φυματίωση, στο γενετικό υλικό του ανθρώπινου πληθυσμού επικρατούν με αυξανόμενη συχνότητα αλληλόμορφα γονίδια τα οποία καθιστούν πιο έντονη την ανοσολογική απόκριση έναντι των συγκεκριμένων παθογόνων μικροοργανισμών. Στην περίπτωση του HIV ωστόσο, ο οποίος είναι ένας σύγχρονος ιός, οι επιστήμονες σημειώνουν πως η ένδειξη αυτή μπορεί να προκύπτει από το γεγονός ότι η ανοσολογική απόκριση έναντι του συγκεκριμένου ιού μοιράζεται κοινά κυτταρικά μονοπάτια με την απάντηση του ανοσοποιητικού συστήματος σε μολύνσεις από άλλους παθογόνους μικροοργανισμούς, οι οποίοι μολύνουν τον άνθρωπο επί εκατοντάδες χρόνια.

Από την Εποχή του Λίθου στις προκλήσεις του Διαστήματος

Δεδομένου ότι η ανθρωπότητα βρίσκεται σε τροχιά… κατάκτησης του Διαστήματος, προκύπτουν νέες προκλήσεις οι οποίες αφορούν τις αντοχές του ανοσοποιητικού συστήματος σε συνθήκες που δεν έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα. Καθώς οι αστροναύτες και τα διαστημικά σκάφη ταξιδεύουν στο Διάστημα, θα μεταφέρουν μαζί τους μικροοργανισμούς γήινης προέλευσης, οι οποίοι θα έρχονται σε επαφή με το περιβάλλον των πλανητών. Δεν θα πρέπει να θεωρούμε απίθανο το σενάριο σύμφωνα με το οποίο οι μικροοργανισμοί θα μπορούσαν να προσαρμοστούν στο νέο περιβάλλον, να πολλαπλασιαστούν εκεί και να επαναμολύνουν τους ανθρώπους οι οποίοι πατούν στην επιφάνεια των πλανητών. Φυσικά, εξίσου σημαντική πρόκληση θα αποτελούσε το ενδεχόμενο ύπαρξης εξωγήινης μικροβιακής ζωής η οποία θα μπορούσε να προσβάλει τους ανθρώπους. Σε δημοσίευση της περασμένης χρονιάς στην επιστημονική επιθεώρηση «PLOS Pathogens», ερευνητές με επικεφαλής τον δρα Μιχάι Νετέα παρουσιάζουν πώς θα μπορούσε να αντιδράσει το ανοσοποιητικό σύστημα σε αυτά τα ενδεχόμενα και ποια μέτρα θα μπορούσαν να λάβουν οι άνθρωποι ώστε να προστατευθούν. Οπως υποστηρίζουν οι ίδιοι, βρισκόμαστε σε μια εποχή στην οποία επιστήμες όπως η ανοσολογία και η βιοχημεία θα κληθούν να μελετήσουν την αλληλεπίδραση του «γήινου» ανοσοποιητικού συστήματος με μικροοργανισμούς τους οποίους ενδεχομένως να συναντήσει η ανθρωπότητα στο Διάστημα. Μάλιστα, οι ερευνητές προτείνουν τον όρο «εξωανοσολογία», ο οποίος θα περιλαμβάνει έρευνες που αφορούν τη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος έξω από τα όρια
της Γης.

Η ανθεκτικότητα σε ασθένειες

Οπως ανέφερε ο δρ Μιχάι Νετέα, αν αφήναμε έναν άνθρωπο από την Προνεολιθική εποχή να ζήσει σε σημερινές συνθήκες και να υιοθετήσει έναν σύγχρονο τρόπο ζωής, θα εμφάνιζε ρευματοειδή αρθρίτιδα ή σκλήρυνση κατά πλάκας πολύ νωρίτερα από τους σύγχρονους ανθρώπους. Αυτό θα συνέβαινε επειδή, σύμφωνα με τα ευρήματα, έχουμε γίνει πιο ανθεκτικοί σε αυτές τις ασθένειες.

«Οι άνθρωποι δεν ήταν συνηθισμένοι σε ιούς όπως η γρίπη και πιθανώς αντιδρούσαν υπερβολικά σε αυτές τις λοιμώξεις. Το ανοσοποιητικό μας σύστημα έπρεπε να προσαρμοστεί επί χιλιάδες χρόνια για να παρέχει την κατάλληλη προστασία» ανέφερε ο δρ Μιχάι Νετέα.