Ούτε τέσσερα χρόνια δεν έχουν παρέλθει από την πρώτη εμφάνιση του SARS-CoV-2 (ή μάλλον από την πρώτη φορά που αυτός πέτυχε να μολύνει ανθρώπους) και ο αριθμός των στελεχών, των παραλλαγών και των υποπαραλλαγών του δεν έχει τέλος. Στην πραγματικότητα, αυτή η πληθώρα νέων μορφών του ιού δεν είναι παρά το αποτέλεσμα της δαρβινικής εξέλιξης: κάθε φορά που ο ιός πιέζεται από τις επιθέσεις του δικού μας ανοσοποιητικού συστήματος μια τυχαία αλλαγή στο γενετικό υλικό του που του παρέχει τη δυνατότητα να ξεφύγει από αυτές τις επιθέσεις επικρατεί.
Θα μπορούσαμε άραγε να προβλέψουμε το είδος των αλλαγών που θα έδιναν ένα εξελικτικό πλεονέκτημα στον ιό και έτσι να είμαστε προετοιμασμένοι για το μέλλον; Θετική απάντηση έδωσε στο ερώτημα αυτό μια ελληνική ερευνητική ομάδα η οποία ιχνηλάτησε τις πιθανές αλλαγές του ιού αξιοποιώντας τη θεωρία δικτύων, όπως περιγράφεται στο σχετικό άρθρο της που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό mSystems της Αμερικανικής Εταιρείας Μικροβιολογίας.
Η σύνθεση της ομάδας
Η ομάδα απαρτίζεται από τον Γιάννη Μανουσόπουλο, ερευνητή του εργαστηρίου Ιολογίας του ΕΛΓΟ-ΔΗΜΗΤΡΑ στην Πάτρα, τον Γιάννη Ιωαννίδη, καθηγητή Παθολογίας και Στατιστικής, διευθυντή του κέντρου METRICS της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Στάνφορντ της Καλιφόρνιας, την Κλειώ Αναστασοπούλου, αναπληρώτρια καθηγήτρια Μικροβιολογίας, και τον Αθανάσιο Τσακρή, καθηγητή Μικροβιολογίας και διευθυντή του Εργαστηρίου Μικροβιολογίας της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Αθηνών, ο οποίος μίλησε στο ΒΗΜΑ-Science για τη μελέτη και τη σημασία της.
Κάθε αλλαγή στο γενετικό υλικό των ιών έχει ως συνέπεια αντίστοιχες αλλαγές στις πρωτεΐνες του. «Οπως σε όλους του ιούς, έτσι και στον SARS-CoV-2 που προκάλεσε την πρόσφατη πανδημία οι πρωτεΐνες έχουν διάφορους εξειδικευμένους ρόλους, μεταξύ των οποίων είναι και η αλληλεπίδραση με τον ξενιστή. Ιδιαίτερα η πρωτεΐνη της ακίδας του ιού (spike protein) έχει απόλυτα εξειδικευμένη δράση, επιτρέποντας την είσοδο του ιού στα κύτταρα του ατόμου το οποίο μολύνει. Επειδή όμως η συγκεκριμένη πρωτεΐνη είναι και η πλέον εκτεθειμένη στο ανοσοποιητικό σύστημα, είναι ταυτόχρονα και η πιο ευμετάβλητη. Οι διάφορες παραλλαγές του ιού, όπως οι γνωστές Αλφα, Βήτα, Γάμα, Δέλτα και, πιο πρόσφατα, η Ομικρον, είναι αποτέλεσμα αλλαγών στον τύπο των αμινοξέων σε συγκεκριμένα σημεία της πρωτεΐνης-ακίδας» σημείωσε ο κ. Τσακρής και προσέθεσε: «Ωστόσο, η αλλαγή σε μια οποιαδήποτε θέση έχει βρεθεί ότι επηρεάζει τις αλλαγές και σε άλλες θέσεις, μέσω του φαινομένου της «επίστασης», επιτρέποντας δηλαδή ανεπαίσθητες μεταβολές στη διαμόρφωση της πρωτεΐνης που διασφαλίζουν μεν τη λειτουργικότητά της, αλλά επιτρέπουν και την τροποποίησή της, πράγμα που έχει ως συνέπεια αυτή να μη γίνεται αντιληπτή από τα αντισώματα τα οποία είχαν δημιουργηθεί για να μας προστατεύουν από την προηγούμενη παραλλαγή του ιού».
Το σύμπλεγμα των αλληλεπιδράσεων μεταξύ μεταβαλλόμενων θέσεων στις ιικές πρωτεΐνες δεν είχε καθόλου μελετηθεί πριν αποφασίσει η ελληνική μάδα να διερευνήσει την αλληλεπίδραση των πρωτεϊνών του SARS-CoV-2. Η έρευνά τους εστίασε σε δύο άξονες: στην ανάπτυξη στατιστικής μεθόδου ανίχνευσης της σημασίας των αλληλεπιδράσεων μεταξύ θέσεων της πρωτεΐνης-ακίδας και στη μελέτη των αλληλεπιδράσεων των μεταβαλλόμενων θέσεων, μέσα από το πρίσμα της θεωρίας των δικτύων.
Αποκαλυπτικό λογισμικό
Σύμφωνα με το άρθρο τους, για τον σκοπό αυτόν αναπτύχθηκε ειδικό λογισμικό που εξέταζε όλους τους δυνατούς συνδυασμούς μεταβλητών θέσεων. Εντοπίστηκαν 69 τέτοιες θέσεις στην ακίδα του SARS-CoV-2 οι οποίες είχαν 252 σημαντικές, στατιστικά, συσχετίσεις. «Κάποιες από αυτές τις θέσεις είχαν πολλαπλές συνδέσεις, ήταν απόλυτα λειτουργικές και αποτελούσαν μέρος των παραλλαγών Αλφα και Βήτα του ιού. Κάποιες άλλες είχαν ελάχιστες συνδέσεις και στην ουσία αποτελούσαν προσπάθειες του ιού για διαμόρφωση νέων παραλλαγών. Το σύνολο των συνδέσεων αποτελούσε ένα πολύπλοκο και όχι τυχαία διαμορφωμένο σύμπλεγμα, που αποτυπώνει τις εξελικτικές δυνατότητες του ιού, παρέχοντας ταυτόχρονα τη δυνατότητα πρόβλεψης ανάδυσης νέων λειτουργικών θέσεων» εξήγησε μιλώντας στο ΒΗΜΑ-Science ο κ. Γιάννης Μανουσόπουλος.
Αναλύοντας περαιτέρω τη δομή του δικτύου, οι επιστήμονες εντόπισαν ομάδες λειτουργικών θέσεων οι οποίες αντιστοιχούσαν σε παραλλαγές του ιού που ήδη κυκλοφορούσαν στην Ελλάδα μέχρι τα τέλη Απριλίου του 2021 (Αλφα, Βήτα, Β.1.1.318), αλλά και δομές θέσεων που αντιστοιχούσαν στην παραλλαγή Δέλτα η οποία εμφανίστηκε αργότερα, τον Ιούλιο του 2021. Αυτές οι δομές επέτρεπαν τη γρήγορη αναγνώριση πολλαπλών συνδυασμών επιστατικών θέσεων – θέσεων, δηλαδή, με συγκριτικό πλεονέκτημα για τον ιό ανά δεδομένη χρονική στιγμή. Παράλληλα, η δομική ανάλυση υπέδειξε ορισμένες άγνωστες θέσεις με πολλαπλές συνδέσεις οι οποίες ενδεχομένως έχουν σημαντικό ρόλο στη βιολογία του ιού, αλλά έχουν περάσει απαρατήρητες μέχρι σήμερα. «Η έρευνά μας περιγράφει για πρώτη φορά ένα ενδομοριακό δίκτυο ιικής πρωτεΐνης και θέτει τις βάσεις για μια νέα οπτική γωνία εξελικτικής μελέτης των ιών γενικότερα, με δυνατότητες πρόβλεψης της ανάδυσης νέων ιικών παραλλαγών. Επομένως, αυτή η πρωτότυπη ανάλυση μπορεί να αποτελέσει τη βάση για την προοπτική «ιχνηλάτησης» της εξελικτικής τροχιάς διαφόρων ιών και την έγκαιρη και αποτελεσματική αντιμετώπιση πανδημιών» σημείωσε ο κ. Τσακρής.
Η Θεωρία Δικτύων στην υπηρεσία της δημόσιας υγείας
Σύμφωνα με τη «Θεωρία των έξι βαθμών διαχωρισμού», μπορεί κανείς, δυνητικά, να συνδεθεί με οποιονδήποτε τυχαία επιλεγμένο άνθρωπο σε οποιοδήποτε επίσης τυχαία επιλεγμένο σημείο της Γης – στην Κεντρική Αφρική, στην Αυστραλία ή στην Αλάσκα – μέσω μιας αλυσίδας που περιλαμβάνει το πολύ έξι κρίκους. Πρώτος βαθμός διαχωρισμού είναι οι γνωστοί μας, δεύτερος οι γνωστοί των γνωστών και ούτω καθεξής…
«Ακούγεται παράξενο, κι όμως είναι αληθινό» σημείωσε ο κ. Αθανάσιος Τσακρής, καθηγητής Μικροβιολογίας και διευθυντής του Εργαστηρίου Μικροβιολογίας της Ιατρικής Σχολής του ΕΚΠΑ, και προσέθεσε: «Αυτή η θεωρία, αρχικά διατυπωμένη από τον ούγγρο συγγραφέα Φρίγκιες Καρίντι και αργότερα από τον αμερικανό ψυχολόγο Στάνλεϊ Μίλγκραμ (ο οποίος προσπάθησε να απαντήσει στο ερώτημα πόσοι άνθρωποι χρειάζονται για να δημιουργηθεί ένας σύνδεσμος μεταξύ δύο αγνώστων), εξηγείται σήμερα από την επιστήμη των δικτύων, που μελετά τις διασυνδέσεις, όχι μόνο μεταξύ των ανθρώπων και των ζώων αλλά ακόμη και μεταξύ των μικροβίων ή των μορίων των ιών, όπως οι πρωτεΐνες τους».
Τέλος ο έλληνας καθηγητής εξήγησε ότι «τα δίκτυα μελετούν τη δυναμική αλληλεπιδράσεων μεταξύ στοιχείων που έχουν δυνατότητα σύνδεσης. Η νέα επιστήμη ξεκίνησε από τη μελέτη των κοινωνικών δικτύων και εξαπλώθηκε γρήγορα στη Βιολογία και στην Ιατρική περιλαμβάνοντας όλη την ιεραρχία από τον άνθρωπο έως τα μεγαλομόρια εντός του κυττάρου. Κατ’ αντιστοιχία ανάμεσα στα βιολογικά δίκτυα που έχουν περιγραφεί περιλαμβάνονται τα επιδημιολογικά, τα νευρωνικά, τα μεταβολικά δίκτυα, καθώς και δίκτυα αλληλεπίδρασης πρωτεϊνών. Αν και έχουν κατά καιρούς γίνει επισημάνσεις αλληλεπιδράσεων μεταξύ θέσεων εντός πρωτεϊνικών μορίων, εν τούτοις μέχρι σήμερα δεν έχει περιγραφεί στο σύνολό του κάποιο ενδομοριακό δίκτυο, όπως αυτό της πρωτεΐνης-ακίδας του SARS-CoV-2. Ελπίζουμε ότι αντίστοιχες μελέτες και για άλλους ιούς θα συμβάλουν στην πρόληψη πιθανών νέων πανδημιών».
