Χαρτογραφώντας το γονιδίωμα χιλίων ανθρώπων

2Οταν το 2000 ο Αρης Πατρινός και ο Κρεγκ Βέντερ στάθηκαν δίπλα στον τότε πρόεδρο των ΗΠΑ, Μπιλ Κλίντον και ανακοίνωσαν την αποκωδικοποίηση του ανθρώπινου γονιδιώματος, το επίτευγμα αυτό απλώς αφορούσε τη «γραμματική» του κώδικα που δημιουργεί ζωή. Για το πώς συντάσσεται ο λόγος της, έπρεπε να περιμένουμε λίγα χρόνια ωσότου αναπτυχθούν η βιοπληροφορική και η μεταγενομική, οι νέες επιστήμες που αναλύουν την πολυπλοκότητα του γονιδιώματος, τους αμέτρητους τρόπους του να συνθέτει ζωή και βεβαίως τις μεταλλάξεις του, που δημιουργούν ασθένειες. Αυτό φιλοδοξούν να επιτύχουν σήμερα δύο νέα διεθνή προγράμματα, στα οποία πρωταγωνιστεί και ένας νέος Ελληνας βιολόγος.

«Το 2000 καταλάβαμε τη βασική οργάνωση του DNA, γρήγορα όμως συνειδητοποιήσαμε ότι η ποικιλομορφία του είναι τεράστια. Κάθε άνθρωπος έχει διαφορετικούς συνδυασμούς γονιδίων που λειτουργούν με διαφορετικούς τρόπους» λέει στην «Κ» ο Μανώλης Δερμιτζάκης, ο 35χρονος βιολόγος από το Ηράκλειο της Κρήτης που εργάζεται ως ερευνητής στο Sanger Institute της Μεγάλης Βρετανίας. «Ετσι, μπορεί για παράδειγμα, οι πρωτεΐνες που παράγουν αυτά τα γονίδια να ποικίλουν ως προς την ποσότητά τους από άνθρωπο σε άνθρωπο ή μπορεί να παρατηρήσει κανείς αλλαγές στη δομή μιας πρωτεΐνης, αλλαγές στις ρυθμιστικές περιοχές των γονιδίων που καθορίζουν το μέρος του σώματος στο οποίο μπορεί αυτό να δράσει κοκ» λέει ο ίδιος.

«Ρήματα» στο συντακτικό

Πριν από λίγα χρόνια, ο κ. Δερμιτζάκης διαδραμάτισε πρωταγωνιστικό ρόλο στο ερευνητικό πρόγραμμα ENCODE, μια μεγάλη διεθνή απόπειρα να κατανοηθεί ο ρόλος του 90% του ανθρώπινου γονιδιώματος που ονομάζονταν μέχρι τότε «άχρηστο». Στο πλαίσιο του ENCODE, ο κ. Δερμιτζάκης και οι συνάδελφοί του από όλον τον κόσμο βρήκαν πως τα γονίδια είναι απλώς τα «ρήματα» ενός πολύπλοκου συντακτικού, το οποίο χρειάζεται να ενεργοποιεί κατά περίπτωση και το λεγόμενο «άχρηστο» DNA προκειμένου να επιτελέσει μια λειτουργία.

Οι αποκαλύψεις του συγκεκριμένου προγράμματος (που συνεχίζεται) έδειξαν πως η πολυπλοκότητα και η ποικιλομορφία του ανθρώπινου γονιδιώματος είναι τέτοια, ώστε να πρέπει να αναζητηθούν στις λεπτομέρειες οι αιτίες τόσο της εξέλιξης του ανθρώπινου είδους, όσο και των ασθενειών του. Μπορεί δυο άνθρωποι να είναι όμοιοι σε ποσοστό 99%. Το 1%, όμως, που τους διαφοροποιεί μπορεί να καθορίζει εξαιρετικά σημαντικές πληροφορίες για αυτούς, όπως για παράδειγμα το ύψος, το χρώμα ή την προδιάθεση ανάπτυξης σοβαρών ασθενειών, όπως είναι οι καρδιοπάθειες, ο διαβήτης και ο καρκίνος.

«Μπορεί να αλλάζει η αλληλουχία των γραμμάτων του DNA και εκεί που κάποιος έχει το γονίδιο Α, άλλος να έχει το γονίδιο G. Μπορεί ακόμα να έχουν διαφορετική θέση στο χρωμόσωμα και μπορεί να χάνονται τα αντίγραφα κάποιων γονιδίων σε κάποιους, ενώ σε άλλους να υπερπολλαπλασιάζονται» μάς εξηγεί ο κ. Δερμιτζάκης. «Ετσι καταλαβαίνουμε ότι κάποιοι οργανισμοί είναι πιο ευαίσθητοι, ενώ σε άλλους εμφανίζονται τυχαίες γενετικές μεταλλάξεις. Ολα αυτά πρέπει να τα καταλάβουμε, για να βρούμε συσχετίσεις με ασθένειες που ώς τώρα αντιμετωπίζουμε εμπειρικά» λέει ο ίδιος.

Πριν από περίπου δέκα ημέρες το Ινστιτούτο Sanger, στο οποίο εργάζεται ο Δερμιτζάκης μαζί με το Ινστιτούτο Γενομικής του Πεκίνου, το Εθνικό Ερευνητικό Ινστιτούτο του ανθρώπινου γονιδιώματος και το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας των ΗΠΑ, ανακοίνωσαν ότι ξεκίνησαν τη χαρτογράφηση και σύγκριση των γονιδιωμάτων χιλίων ανθρώπων από όλον τον κόσμο. Με αυτό τον τρόπο ελπίζουν ότι θα μπορέσουν να καταδείξουν για πρώτη φορά ακριβή στοιχεία τόσο για την ιστορία της εξέλιξης του ανθρώπινου είδους, όσο και για τη σημερινή του λειτουργία και τον εντοπισμό των αιτίων μερικών πολύ σοβαρών ασθενειών.

«Μόλις δύο χρόνια πριν μια τόσο μεγάλης κλίμακας έρευνα θα θεωρούνταν αδιανόητη», λέει ο Ρίτσαρντ Ντέρμπιν, ένας από τους διευθυντές του προγράμματος. «Το οφείλουμε στη θεαματική εξέλιξη της τεχνολογίας, της βιοπληροφορικής και της γενομικής πληθυσμών» λέει ο ίδιος. «Χάρη στις νέες μεθόδους μπορούμε να έχουμε στο ίδιο κόστος εκατό φορές περισσότερες πληροφορίες, κάτι που σημαίνει πως λογικά θα ξεπεράσουμε τα χίλια άτομα στα τρία χρόνια του προγράμματος. Και ίσως σε δύο με τρία χρόνια να μπορέσουμε να αναλύσουμε τις γενετικές πληροφορίες έως και 10.000 ατόμων» συμπληρώνει ο Μανώλης Δερμιτζάκης, ο οποίος συμμετείχε και στον σχεδιασμό του «1.000 Genomes».

Ερευνα για μεταλλάξεις

Μέχρι σήμερα οι επιστήμονες μπορούσαν να εντοπίσουν μεταλλάξεις στο ανθρώπινο γονιδίωμα της τάξης του 5-10%. Οι μεταλλάξεις αυτές συνέβησαν σε διάφορες στιγμές της ιστορίας μας και σε διάφορες περιοχές και συνθήκες. Οι πιο ισχυρές παγιώθηκαν, καθώς περνούσαν από γενιά σε γενιά. Το αποτέλεσμα ήταν το ανθρώπινο γονιδίωμα να παρουσιάσει μια πλούσια ποικιλομορφία από πληθυσμό σε πληθυσμό και από περιοχή σε περιοχή.

«Οι μεταλλάξεις αυτές μπορεί να καθορίζουν το ύψος, το χρώμα ή την εμφάνιση διαβήτη, για παράδειγμα. Χάρη σε αυτές μπορεί εγώ να έχω 25 φορές περισσότερες πιθανότητες να αναπτύξω διαβήτη ενώ όλοι οι υπόλοιποι μόλις 5%. Σε δέκα χρόνια θα έχουμε καλούς γενετικούς χάρτες και θα μπορούμε να διαγνώσουμε προδιαθέσεις ασθενειών σε κάθε άνθρωπο ξεχωριστά, με σχετικά μεγάλη ακρίβεια. Κυρίως όμως θα μπορούμε να δημιουργήσουμε τα κατάλληλα φάρμακα για τις αιτίες των ασθενειών που μαστίζουν σήμερα την ανθρωπότητα», λέει ο Μανώλης Δερμιτζάκης.

Ασθένειες όπως ο διαβήτης, η κυστική ίνωση και άλλες αντιμετωπίζονται σήμερα σχεδόν εμπειρικά. Χάρη σε ένα παράλληλο πρόγραμμα στο οποίο ο Δερμιτζάκης είναι κύριος ερευνητής, το HAP MAP, οι επιστήμονες έχουν ήδη καταφέρει να εντοπίσουν εκατό περιοχές στο γονιδίωμα που σχετίζονται με την ανάπτυξη προστάτη, καρκίνου του μαστού, ρευματοειδούς αρθρίτιδας και πολλών άλλων ασθενειών. Το πρόγραμμα των «1.000 γονιδιωμάτων» στηρίζεται σήμερα στην προεργασία του HAP MAP.

«Στο HAP MAP 3 εξετάζουμε ήδη τα γονιδιώματα 1.200 ατόμων και αυτό θα αποτελέσει τη βάση, για να ελεγχθεί η ποιότητα των πληροφοριών του “1.000 Genomes”», λέει ο κ. Δερμιτζάκης, που είναι ένας από τους πέντε κύριους ερευνητές του. Το «1.000 Genomes» αναμένεται να δίνει πληροφορίες για 8,2 δισεκατομμύρια βάσεις DNA την ημέρα, κάτι που ισοδυναμεί με την αποκωδικοποίηση δύο ολόκληρων ανθρώπινων γονιδιωμάτων την ημέρα. Ο αρχικός του προϋπολογισμός ήταν 500 εκατομμύρια δολάρια, όμως χάρη στις νέες τεχνολογίες αναμένεται να «πέσει» στα 30 με 50 εκατομμύρια.

Πληροφορίες από 6 τρισ. βάσεις DNA

«Αυτά τα νέα προγράμματα θα αυξήσουν τις δυνατότητες των διαγνωστικών μας εργαλείων κατά περίπου 10 φορές», λέει ο Φράνσις Κόλινς από το Εθνικό Ερευνητικό Ινστιτούτο του Ανθρώπινου Γονιδιώματος των Ηνωμένων Πολιτειών. «Θα μπορούμε να δούμε σε όλες τις περιοχές του γονιδιώματος ποια ακριβώς είναι τα προβλήματα. Οι υπάρχουσες βάσεις δεδομένων μπορούν να μας δώσουν πληροφορίες για μεταλλάξεις που συναντώνται ακόμα και στο 10% του πληθυσμού, αλλά αυτό δεν είναι αρκετό. Φτάνοντας σε αλλαγές που αφορούν το 1% του πληθυσμού θα αλλάξουμε τον τρόπο με τον οποίο μελετάμε τις ασθένειες με γενετική βάση».

Κατά τον πρώτο χρόνο λειτουργίας του προγράμματος οι ερευνητές θα επιχειρήσουν να διαβάσουν από 20 φορές τα γονιδιώματα δύο πυρηνικών οικογενειών (πατέρας, μητέρα και ένα ενήλικο τέκνο). Από τις διαφορές μεταξύ των έξι αυτών ανθρώπων θα μπορέσουν να βρουν τους τρόπους σύγκρισης και διάγνωσης των γενετικών διαφοροποιήσεων. Στη συνέχεια, θα επιχειρήσουν τη διπλή ανάγνωση του γονιδιώματος 180 ανθρώπων, ώστε να ελέγξουν την αποτελεσματικότητα των μεθόδων τους σε γρήγορες αναλύσεις. Επειτα από αυτά τα τεστ θα προχωρήσουν σε εξονυχιστική ανάλυση του γονιδιώματος των χιλίων ανθρώπων από όλο τον κόσμο που συμμετέχουν στο πρόγραμμα.

«Η κλίμακα της έρευνας είναι πρωτοφανής. Θα μελετήσουμε έξι τρισεκατομμύρια βάσεις DNA. Στα τρία χρόνια του πειράματος θα παράγουμε περισσότερες γενετικές πληροφορίες από όσες διαθέτουν όλες οι δημόσιες βάσεις δεδομένων εδώ και 25 χρόνια. Κάθε δύο μέρες θα παράγουμε περισσότερες πληροφορίες από όσες αποθηκεύει μια δημόσια βάση σε ένα χρόνο», λέει ο Γκίλ Μάκβιν από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, υπεύθυνος για την ανάλυση των δεδομένων του πειράματος.

Advertisements
  1. Ωραίο άρθρο και πράγματι, στην μελέτη του γονιδιώματος, αυτό που έχει σημασία δεν είναι τόσο οι ομοιότητες μεταξύ των ανθρώπων (που αφορούν άλλωστε την συντριπτική πλειοψηφία των αλληλουχιών), αλλά οι διαφορές. Οι διαφορές που μας καθιστούν πιο ανθεκτικούς ή πιο ευάλωτους σε κάθε είδους αρρώστειες και περιβαλλοντικές καταπονήσεις. Όσο όμως πιο πολλά θα βρίσκουμε για αυτές τις διαφορές, τόσο πιο μεγάλα τα ηθικά διλλήματα για τη χρήση της πληροφορίας αυτής. Όπως και να το κανουμε, είναι πάντως ένας δρόμος χωρίς επιστροφή.

  2. Χωρίς επιστροφή indeed. Πως διαβάζουμε τις εξελίξεις είναι το θέμα. Είναι τα γονίδια η «συνταγή» της ζωής ή ένα νέο ανοιχτό πεδίο αλληλεπιδράσεων και ελευθερίας;-)

  3. Κοίτα, «συνταγή» ζωής χωρίς περιβαλλοντικά ερεθίσματα και επιρροές δεν γίνεται. Τα γονίδια επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό, αλλά όχι 100%. Τώρα, για να λειτουργήσει η μελέτη του γονιδιώματος ως πεδίο αλληλεπιδράσεων και ελευθερίας, το βλέπω δύσκολο σε ατομικό επίπεδο. Δηλαδή η γνώση των γενετικών «αδυναμιών» μας δύσκολα μπορεί να απελευθερώσει τον καθένα μας, μάλλον θα μας εγκλωβίσει σε ένα παιχνίδι πρόληψης και άγχους. Βέβαια, αν εννοείς στο επίπεδο της ανθρωπότητας, τότε ίσως ναι, η μελέτη του γενετικού υλικού θα φέρει κοντά ανθρώπους από όλον τον κόσμο, θα ενθαρρύνει συνεργασίες και θα μας απελευθερώσει μακροπρόθεσμα από αρκετά σύγχρονα προβλήματα (πολλά από τα οποία όμως εμείς δημιουργήσαμε).

  4. Ενα πράγμα που έχω καταλάβει (χωρίς να είμαι βιολόγος) είναι πως η πολυπλοκότητα είναι τόσο μεγάλη, ώστε όλες οι πληροφορίες που μας δίνει η αποκωδικοποίηση να αποκτούν σχετική αξία. Σε αυτή τη σχετικότητα εδράζεται και η ελευθερία. Το γονιδίωμα μπορεί να σε πληροφορήσει για τις προδιαθέσεις σου σε ασθένειες, αλλά είναι και ευάλωτο στα π0εριβαλλτοντικά ερεθίσματα. Επιπλέον παραμένει άγνωστο υπό ποιές προιυποθέσεις αυτές οι προδιαθέσεις θα παίξουν καθοριστικό ρόλο στη ζωή σου και τι συμπληρωματικούς μηχανισμούς διαθέτει ο οργανισμός μας για να αντιμετωπίσει αυτά τα ενδεχόμενα. Ελευθερία ακόμα νομίζω πως σημαίνει οτι προτιμάς να διαβάσεις την πληροφορία οτι μπορεί να είσαι γενετικά ομοιότερος με ένα τούρκο, έναν άραβα ή έναν κινέζο απο τον γείτονα σου. Κάπως έτσι τα βλέπω

  1. No trackbacks yet.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: