Tag Archives: πρωτεΐνη

Το μικρόβιο που παρατείνει τη ζωή μας

Είναι δυνατόν ένα μικρόβιο να επιμηκύνει τη ζωή των θηλαστικών; Και όμως έτσι δείχνουν όλα τα πειράματα. Η χορήγησή του στον ανθρώπινο οργανισμό έχει υπολογιστεί ότι θα μας πρόσθετε περίπου δέκα χρόνια! Η αξιοποίησή του πρέπει ωστόσο να γίνει με απόλυτη προσοχή για να μη διαταράξει την ισορροπία του οργανισμού

ΘΕΟΔΩΡΑ ΤΣΩΛΗ Από  ΤΟ ΒΗΜΑ online-ΕΠΙΣΤΗΜΗ

Η ουσία ραπαμυκίνη, που από κάποιους χαρακτηρίστηκε «ελιξίριο της μακροζωίας», παράγεται από ένα μικρόβιο (Streptomyces hygroscopicus) που ζει στο έδαφος της Νήσου του Πάσχα, του εξωτικού αυτού μέρους του Νοτίου Ειρηνικού. Η ουσία πρωτοανακαλύφθηκε το 1964 από καναδούς ερευνητές. Οι επιστήμονες διέσχισαν τον Ειρηνικό και έφθασαν στη Νήσο του Πάσχα προκειμένου να μελετήσουν την υγεία ενός τόσο απομονωμένου πληθυσμού όσο αυτός που την κατοικεί. Κάτω από τη σκιά των περίφημων μονολιθικών αγαλμάτων που δεσπόζουν στο νησί συνέλεξαν βιολογικό υλικό για περαιτέρω εξέταση χωρίς να γνωρίζουν ότι ουσιαστικώς μέσα στο χώμα που θα έπαιρναν μαζί τους θα κρυβόταν το πολύτιμο φάρμακο. Και όμως έτσι τελικώς ανακλύφθηκε η ραπαμυκίνη! Η ουσία χρησιμοποιήθηκε αρχικώς ως αντιμυκητισιακός παράγοντας αλλά σύντομα φάνηκε η έντονη ανοσοκατασταλτική δράση της, με αποτέλεσμα να αποτελεί εδώ και πολλά χρόνια ένα άκρως χρήσιμο «εργαλείο» ενάντια στην απόρριψη μοσχευμάτων. Το όνομά της συνδέεται με την ονομασία Ράπα Νούι που δόθηκε στο νησί από τους πολυνήσιους αποίκους του, οι οποίοι εκτιμάται ότι έφθασαν σε αυτό τον 5ο αιώνα μ.Χ. (Ράπα σημαίνει μεγαλύτερο ενώ Νούι είναι ένα νησί της Ταϊτής).

«Παγώνει» τον χρόνο!

Πριν από μερικούς μήνες όμως και συγκεκριμένα τον περασμένο Ιούλιο ερευνητές τριών διαφορετικών αμερικανικών ινστιτούτων- Πανεπιστήμια του Τέξας και του Μίσιγκαν και Εργαστήριο Τζάκσον στο Μέιν- τράβηξαν επάνω τους το παγκόσμιο ενδιαφέρον καθώς με δημοσίευσή τους στην έγκριτη επιθεώρηση «Νature» παρουσίασαν μια άλλη πιθανή δράση της ραπαμυκίνης που αφορά το να «παγώνει» τον χρόνο. Οι επιστήμονες μελέτησαν την ουσία στο πλαίσιο ενός προγράμματος του Εθνικού Ινστιτούτου Παρεμβάσεων για τη Γήρανση των ΗΠΑ. Στόχος του προγράμματος είναι να δοκιμαστούν χημικά τα οποία θα μπορούσαν να επιμηκύνουν το προσδόκιμο ζωής πειραματοζώων και συγκεκριμένα ποντικών. Από «ακρόαση» περνούν και άλλες ουσίες όπως η ασπιρίνη, η ρεσβερατρόλη του κόκκινου κρασιού αλλά και η συμβαστατίνη.

Οι ερευνητές «έτρεξαν» παράλληλη μελέτη σε ηλικιωμένα ποντίκια και είδαν ότι η ραπαμυκίνη επιμήκυνε σημαντικά τη ζωή των ζώων. Στο πλαίσιο του πειράματος οι τρεις ομάδες μελέτησαν 2.000 ποντίκια τα οποία ήταν ηλικίας περίπου 600 ημερών- στον άνθρωπο η αντίστοιχη ηλικία είναι τα 60 έτη. Περίπου το ένα τέταρτο των ζώων ακολούθησε φυσιολογική διατροφή, ενώ τα υπόλοιπα λάμβαναν τροφή εμπλουτισμένη με ραπαμυκίνη.

Οπως προέκυψε, τα ζώα που λάμβαναν το φάρμακο μαζί με την τροφή τους έζησαν πολύ περισσότερο από τα υπόλοιπα. Συγκεκριμένα η διάρκεια ζωής των αρσενικών αυξήθηκε από 1.078 σε 1.179 ημέρες (28%) και των θηλυκών από 1.094 σε 1.245 ημέρες (ποσοστό της τάξεως του 38%). Με βάση αυτά τα στοιχεία που αφορούσαν την αύξηση του προσδόκιμου ζωής στις μεγάλες ηλικίες υπολογίστηκε ότι η μέση συνολική επιβίωση αυξάνεται κατά 9% στα αρσενικά ποντίκια και κατά 14% στα θηλυκά. Ενα τέτοιο ποσοστό θα μεταφραζόταν σε αύξηση του προσδόκιμου επιβίωσης του ανθρώπου κατά τουλάχιστον δέκα έτη.

«Ξανάνιωσαν» τα γέρικα ποντίκια

Αυτό που εξέπληξε τους ερευνητές ήταν ότι το φάρμακο φάνηκε να προσφέρει    «θαυματουργή» αντιγηραντική δράση, παρ΄ ότι η χορήγησή του ξεκίνησε όταν τα ζώα    βρίσκονταν σε προχωρημένη ηλικία. Μάλιστα, όπως συμβαίνει συχνά στην επιστήμη, η   συγκεκριμένη ανακάλυψη σχετικά με την ευεργετική επίδραση της ουσίας ακόμη και στις μεγάλες ηλικίες ήλθε εντελώς τυχαία. Οι ερευνητές κατάφεραν να δουν τη σημαντική αντιγηραντική επίδραση που είχε το φάρμακο στα ηλικιωμένα ζώα απλώς επειδή πάσχιζαν επί μακρόν να βρουν τη σωστή φόρμουλα χορήγησης της ουσίας, με αποτέλεσμα εν τω μεταξύ τα πειραματόζωα να γεράσουν!

Πώς συνέβη αυτό; Οταν τα ποντίκια ήταν ακόμη μικρά, οι επιστήμονες άρχισαν να προσθέτουν ραπαμυκίνη στην τροφή τους για να δουν αν θα υπήρχε αποτέλεσμα. Κατάλαβαν όμως γρήγορα ότι με την απλή προσθήκη της ουσίας στην τροφή δεν ήταν δυνατόν να επιτευχθεί η χορήγηση των σωστών δόσεων του φαρμάκου. Αρχισαν λοιπόν να αναζητούν τρόπους ανάπτυξης μιας ειδικής τροφής η οποία θα περιείχε συμπυκνωμένη ραπαμυκίνη που θα εκλυόταν σταδιακώς στο έντερο. Χρειάστηκε διάστημα μεγαλύτερο του ενός χρόνου για να δημιουργηθεί αυτή η ειδική τροφή με συνέπεια τα ποντίκια να φθάσουν σχεδόν στην… τρίτη ηλικία. Οι ερευνητές βρίσκονται αυτή τη στιγμή σε διαδικασία δεύτερης μελέτης, στην οποία χορηγούν ραπαμυκίνη σε ποντίκια ενώ αυτά είναι πολύ νεότερα (270 ημερών) προκειμένου να δουν ποια θα είναι η δράση της ουσίας όταν αυτή δοθεί σε μικρότερες ηλικίες. Τα πρώτα αποτελέσματα μαρτυρούν αύξηση της επιβίωσης και σε αυτές τις ηλικίες.

Σημειώνεται ότι πριν από τα πειράματα στα ποντίκια διεξήχθησαν άλλα πειράματα σε τρία είδη κατώτερων οργανισμών (μύκητες, νηματώδεις σκώληκες, δροσόφιλες), όπου και πάλι είχε φανεί η αντιγηραντική δράση της ουσίας. Η πρόσφατη μελέτη στα ποντίκια όμως θεωρήθηκε άκρως σημαντική καθώς ήταν η πρώτη φορά που φάνηκε ότι μια φαρμακολογική παρέμβαση μπορεί να βάλει «φρένο» στη διαδικασία της γήρανσης σε θηλαστικά. Ωστόσο τα θετικά αυτά αποτελέσματα δεν μεταφράζονται και σε άμεση ανάπτυξη ενός φαρμάκου που θα πολεμά τη γήρανση. Και αυτό διότι η ραπαμυκίνη είναι κατά βάση ένα ανοσοκατασταλτικό φάρμακο το οποίο συνδέεται με σοβαρές παρενέργειες και άρα στην υπάρχουσα μορφή του είναι πολύ επικίνδυνο για χρήση ως αντιγηραντική θεραπεία. Οι ερευνητές ανέφεραν πάντως στην επιστημονική επιθεώρηση «Νature» ότι τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να ανοίξουν τον δρόμο για τη δημιουργία νέων φαρμάκων που θα έχουν μεν αντιγηραντική δράση, χωρίς όμως να επηρεάζουν το ανοσοποιητικό σύστημα. Εκτιμούν μάλιστα ότι οι πρώτες τέτοιου είδους θεραπείες θα μπορούσαν να κυκλοφορήσουν μέσα σε μια δεκαετία.

Η πρωτεΐνη -τροχονόμος
Ποιος είναι όμως ο τρόπος δράσης της ραπαμυκίνης που δείχνει να την αναδεικνύει σε «μαγικό φίλτρο» της νεότητας; Η ουσία πιστεύεται ότι παρεμβαίνει στο ίδιο μονοπάτι με εκείνο το οποίο στοχεύει ο θερμιδικός περιορισμός, μια τακτική που έχει φανεί από πειράματα σε ζώα ότι προσφέρει μακροζωία. Το επιτυγχάνει αυτό μέσω μιας κυτταρικής πρωτεΐνης που ονομάζεται mΤΟR (mammalian Τarget of Rapamycin) και η οποία έχει αποδειχθεί ότι παίζει μεγάλο ρόλο σε ό,τι αφορά τόσο την υγεία όσο και την ασθένεια των κυττάρων. Η mΤΟR ευθύνεται για τη ρύθμιση σημαντικών αυξητικών παραγόντων και οδών σηματοδότησης που ελέγχουν βασικές κυτταρικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένων της ανάπτυξης του κυττάρου, του κυτταρικού μεταβολισμού και της δημιουργίας νέων αιμοφόρων αγγείων μέσω της αγγειογένεσης.

Αντικαρκινικές ιδιότητες
Τα χαρακτηριστικά αυτά όμως τα οποία ελέγχει η πρωτεΐνη είναι εκείνα που μπορούν να συνδεθούν και με τον καρκίνο: η υπερενεργοποίηση ορισμένων οδών σηματοδότησης είναι δυνατόν να καταλήξει σε υπερ-δραστηριότητα της mΤΟR, με αποτέλεσμα τη μη ελεγχόμενη ανάπτυξη του κυττάρου, τον αυξημένο κυτταρικό μεταβολισμό, τη δημιουργία νέων αιμοφόρων αγγείων και τελικώς την ανάπτυξη του καρκίνου. Λόγω αυτού του «ευαίσθητου» ρόλου της, λοιπόν, η mΤΟR αλλά και η ραπαμυκίνη η οποία στοχεύει τη συγκεκριμένη πρωτεΐνη έχουν μπει στο «μικροσκόπιο» πολλών ερευνητών διαφορετικών πεδίων όπως εκείνων που ασχολούνται με τον καρκίνο.

Η ραπαμυκίνη έχει δείξει ισχυρές αντικαρκινικές ιδιότητες σε μοντέλα ζώων- κυρίως σε ό,τι αφορά την αγγειογένεση και την ανάπτυξη των όγκων-, ενώ μελετώνται διάφορα παράγωγά της ενάντια σε πολλές μορφές καρκίνου, όπως τα λεμφώματα, ο καρκίνος του πνεύμονος, του νεφρού, του μαστού, του παχέος εντέρου και του παγκρέατος. Μάλιστα κυκλοφορεί ήδη ένα παράγωγο της ραπαμυκίνης για την αντιμετώπιση του προχωρημένου νεφροκυτταρικού καρκινώματος, καθώς και του λεμφώματος από κύτταρα του μανδύα (επιθετική μορφή καρκίνου των Β-λεμφοκυττάρων), ενώ βρίσκονται σε φάση δοκιμών σε ανθρώπους και άλλα παράγωγα της ουσίας για την αντιμετώπιση του νεφροκυτταρικού καρκίνου.

Στεντ και νεφροπάθειες
Η ουσία φαίνεται όμως ότι μπορεί να αποτελέσει «όπλο» της Ιατρικής σε πολλά επίπεδα. Π.χ., χρησιμοποιείται ήδη στα στεντ που εμφυτεύονται σε καρδιοπαθείς προκειμένου να παραμένουν ανοιχτές οι αρτηρίες τους, ενώ μελετάται η χρήση της και ενάντια στη νόσο Αλτσχάιμερ και στις νεφροπάθειες.

Μελέτη που δημοσιεύθηκε τον περασμένο Ιανουάριο στο επιστημονικό έντυπο «Journal of the Αmerican Society of Νephrology» από ειδικούς του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Σάντα Μπάρμπαρα έδειξε ότι η ραπαμυκίνη μπορεί να αποτελέσει πιθανή θεραπεία για την πολυκυστική νεφροπάθεια, η οποία εκτιμάται ότι «πλήττει» περί τα 12 εκατομμύρια άτομα παγκοσμίως. Η συγκεκριμένη πάθηση χαρακτηρίζεται από την εμφάνιση μεγάλου αριθμού κύστεων στους νεφρούς, με αποτέλεσμα τελικώς να προκαλείται νεφρική ανεπάρκεια σχεδόν στους μισούς ασθενείς ως τα 50 έτη τους. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα μοντέλο ποντικού το οποίο έφερε τα ίδια γονίδια τα οποία προκαλούν την πολυκυστική νόσο των νεφρών στον άνθρωπο. Οπως προέκυψε, η ραπαμυκίνη όχι μόνο έβαλε «φρένο» στην περαιτέρω ανάπτυξη κύστεων αλλά φάνηκε ακόμη και να οδηγεί σε μερική αναστροφή του υπάρχοντος προβλήματος. Αυτή τη στιγμή βρίσκονται σε εξέλιξη διαφορετικές κλινικές δοκιμές που θα δείξουν την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα της ραπαμυκίνης και κάποιων παραγώγων της στην πολυκυστική νεφροπάθεια. Τα πρώτα αποτελέσματα αναμένονται μάλιστα μέσα στο έτος.

Ασπίδα της μνήμης
Ο «θησαυρός» όμως του Νησιού του Πάσχα υπόσχεται ακόμη και να «θωρακίσει» τη μνήμη μας. Σύμφωνα με ερευνητές του Κέντρου Επιστημών Υγείας στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Σαν Αντόνιο, η ραπαμυκίνη φάνηκε έπειτα από πειράματα σε ποντίκια με Αλτσχάιμερ ότι είναι ικανή να αναστρέψει τα προβλήματα μάθησης και μνήμης. Είναι μάλιστα αξιοσημείωτο ότι η ουσία μείωσε τις βλάβες που προκαλεί η νευροεκφυλιστική νόσος στον εγκέφαλο των ζώων. Οι έρευνες συνεχίζονται και οι επιστήμονες εκτιμούν ότι ίσως σύντομα το φάρμακο θα μπορέσει να δώσει μια νέα προοπτική στους ασθενείς με Αλτσχάιμερ, για τους οποίους δεν υπάρχουν σήμερα αποτελεσματικές θεραπείες.

Σε κάθε περίπτωση αυτή η ουσία, που ξεκίνησε από τη μέση του πουθενά για να αποτελέσει αντικείμενο διαφορετικών ερευνητικών ομάδων ανά τον κόσμο, είναι πολλά υποσχόμενη. Βέβαια δεν είναι λίγοι οι ειδικοί που προειδοποιούν πως, εξαιτίας του ότι στοχεύει την πρωτεΐνη mΤΟR, η οποία αποτελεί το «κλειδί» πολλών και διαφορετικών κυτταρικών λειτουργιών, πρέπει να είμαστε άκρως προσεκτικοί με τη χρήση της. Η δράση της ραπαμυκίνης μοιάζει με εκείνη ενός κοφτερού μαχαιριού: είναι ισχυρή και μπορεί να κόψει το «κακό» στη ρίζα του, αν όμως δεν γίνει σωστή χρήση της μπορεί να τραυματίσει ή και να σκοτώσει. Ελπίζουμε όλοι ότι με την κατάλληλη ερευνητική δουλειά η ραπαμυκίνη θα δημιουργήσει μελλοντικά ένα τοπίο στην ιατρική έρευνα ελκυστικό όσο το «εξωτικό» Νησί του Πάσχα και όχι ένα σκοτεινό τοπίο σαν κάποιος να κρατά κοφτερό μαχαίρι στα τυφλά…

Γιατί είμαστε άνθρωποι μόνο κατά το ήμισυ!

FRANK RYAN (ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Sheffield και συγγραφέας του βιβλίου «Virolution»), © 2010  Νew Scientist Μagazine

Το Βήμα online

Τα στοιχεία του γονιδιώματος μας που προέρχονται από ιούς αντιστοιχούν στο μισό DNA μας! Ήρθε η ώρα να καταλάβουμε ότι είμαστε οι απόγονοι εκείνων που επέζησαν από μια βασανιστική αλλά και δημιουργική σειρά επιδημιών. Η γνώση αυτή θα μας βοηθήσει ίσως να επιζήσουμε καλύτερα…

Όταν, το 2001, το ανθρώπινο γονιδίωμα αποκωδικοποιήθηκε για πρώτη φορά, βρεθήκαμε αντιμέτωποι με μια σειρά εκπλήξεις. Η πρώτη ήταν η έλλειψη γονιδίων: εκεί που αναμέναμε περί τις 100.000 δεν βρέθηκαν περισσότερα από 20.000. Μια μεγαλύτερη έκπληξη ήλθε από την ανάλυση των αλληλουχιών η οποία αποκάλυψε ότι αυτά τα γονίδια δεν αντιπροσώπευαν παρά το 1,5% του γονιδιώματός μας. Αυτό επισκιάζεται από DNA ιικής προέλευσης το οποίο φτάνει το 9% του ανθρωπίνου γονιδιώματος. Και σαν να μην έφτανε αυτό, τεράστια κομμάτια του γονιδιώματός μας αποτελούνται από μυστηριώδεις ιικής φύσεως αλληλουχίες που ονομάζονται μεταθετά στοιχεία, κομμάτια εγωιστικού DNA που φαίνεται ότι δεν έχουν καμία άλλη λειτουργία παρά να δημιουργούν αντίγραφα του εαυτού τους. Αυτές αποτελούν το 34% του γονιδιώματός μας. Στο σύνολό τους, τα ιικού τύπου στοιχεία του γονιδιώματός μας αντιστοιχούν στο μισό DNA μας. Κάποτε αυτό είχε θεωρηθεί άχρηστο, αλλά τώρα γνωρίζουμε ότι ένα μέρος του παίζει βασικό ρόλο στη βιολογία μας. Όσο για την προέλευση και τη λειτουργία του υπολοίπου, απλούστατα δεν γνωρίζουμε.

Έτσι, το ανθρώπινο γονιδίωμα παρουσιάζει ένα παράδοξο. Πώς ήρθε αυτό το ιικό DNA; Τι ρόλο έχει παίξει στην εξέλιξή μας και πώς επιδρά στη φυσιολογία μας; Προκειμένου να απαντηθούν αυτά τα ερωτήματα θα πρέπει να διερευνηθεί η καταγωγή του γονιδιώματός μας- μια ιστορία φανταστικότερη από ότι θα είχαμε μαντέψει, με τους ιούς να παίζουν μεγαλύτερο ρόλο από αυτόν που θα πιστεύαμε. Συχνά οι ιοί συσχετίζονται με επιδημίες και υψηλή θνησιμότητα, ευλογιά, γρίπη, ΑΙDS. Υποστηρίζω ότι αυτοί οι λοιμώδεις ιοί αλληλεπιδρούν επίσης με τους ξενιστές τους με έναν πιο ανεπαίσθητο τρόπο και πως, μέσω της συμβίωσης, έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην εξέλιξη των ξενιστών τους. Σήμερα έχουμε ολοένα και αυξανόμενες ενδείξεις ότι αυτό είναι αλήθεια, και πειστικότατες ενδείξεις ότι οι ιοί έχουν αλλάξει την ανθρώπινη εξέλιξη.

Οι ιοί ως σύντροφοι
Η συμβίωση λειτουργεί σε πολλά και διαφορετικά επίπεδα βιολογικής οργάνωσης. Στο ένα άκρο της κλίμακας βρίσκεται η απλή ανταλλαγή μεταβολιτών. Ένα καλό τέτοιο παράδειγμα είναι οι συνεργασίες μεταξύ μυκήτων και ριζικών συστημάτων φυτών, οι οποίες παρέχουν στο φυτό μέταλλα και στον μύκητα σάκχαρα. Στο άλλο άκρο βρίσκονται οι συμπεριφορικού τύπου συμβιώσεις, χαρακτηριστικό παράδειγμα των οποίων είναι οι σταθμοί καθαρισμού, όπου θαλάσσιοι θηρευτές κάνουν ουρά προκειμένου μικρά ψάρια και γαρίδες να καθαρίσουν το στόμα τους από παράσιτα και υπολείμματα τροφής.

Η συμβίωση μπορεί επίσης να λειτουργήσει και στο γενετικό επίπεδο, όπου οι συνέταιροι ανταλλάσσουν γονίδια. Ένα καλό τέτοιο παράδειγμα είναι το θαλάσσιο σαλιγκάρι Elysia chlorotica το οποίο απομονώνει χλωροπλάστες από τα φύκη που καταναλώνει και στη συνέχεια τους μεταφέρει σε κύτταρα του γαστρεντερικού συστήματός του, όπου του παρέχουν θρεπτικά υλικά. Το γονιδίωμα του σαλιγκαριού περιέχει επίσης γονίδια τα οποία έχουν προέλθει από τα φύκη, καθώς οι χλωροπλάστες των φυκών δεν θα μπορούσαν να λειτουργήσουν διαφορετικά.

Το γονιδίωμα του σαλιγκαριού μπορεί λοιπόν να θεωρηθεί ένα μείγμα μυκητιακών και σαλιγκαρίσιων γονιδίων.

Αυτή η ιδέα της γονιδιακής συμβίωσης είναι κεφαλαιώδους σημασίας προκειμένου να απαντηθούν ερωτήματα που αφορούν την προέλευση του ανθρωπίνου γονιδιώματος, καθώς ισχύει και για ιούς και για τους ξενιστές τους. Οι ιοί είναι υποχρεωτικά παράσιτα.

Δεν μπορούν να αναπαραχθούν παρά μόνο στα κύτταρα των ξενιστών τους, έτσι ο κύκλος ζωής τους περιλαμβάνει τη δημιουργία στενών συνεταιριστικών σχέσεων. Υπό αυτή την έννοια οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ ιών και ξενιστών μπορούν να θεωρηθούν συμβιωτικές.

Για πολλούς ιούς, όπως π.χ. ο ιός της γρίπης, αυτές οι σχέσεις είναι παροδικές. Αλλά κάποιοι προκαλούν μόνιμες λοιμώξεις, καθώς δεν αφήνουν ποτέ το σώμα του ξενιστή τους. Τέτοιου είδους μακρόχρονες σχέσεις αλλάζουν τη φύση της συμβίωσης καθιστώντας πιθανότερη την αμοιβαιότητα. Η διαδικασία αυτή συχνά ακολουθείται από μια αναγνωρίσιμη φάση την οποία έχω ονομάσει «επιθετική συμβίωση».

Κουνέλια και άνθρωποι
Ένα παράδειγμα επιθετικής συμβίωσης αποτελεί η επιδημία μυξωμάτωσης μεταξύ των κουνελιών της Αυστραλίας, τη δεκαετία του 1950. Το ευρωπαϊκό κουνέλι εισήχθη στην Αυστραλία το 1859, ως πηγή φαγητού. Χωρίς φυσικούς θηρευτές, οι πληθυσμοί τους εμφάνισαν εκρηκτική ανάπτυξη με αποτέλεσμα την καταστροφή των καλλιεργειών. Το 1950, κουνέλια μολυσμένα με τον μυξοϊό απελευθερώθηκαν εσκεμμένα στο περιβάλλον. Σε διάστημα τριών μηνών, το 99,8% των κουνελιών της Νοτιοανατολικής Αυστραλίας ήταν νεκρά.

Παρά το γεγονός ότι η επιδημία μυξωμάτωσης δεν είχε σχεδιαστεί ως ένα εξελικτικό πείραμα, είχε εξελικτικές συνέπειες. Ο φυσικός ξενιστής του μυξοϊού είναι το βραζιλιάνικο κουνέλι, στο οποίο δεν προκαλεί παρά ήσσονος σημασίας δερματικά εξανθήματα. Τώρα, το ίδιο συμβαίνει και με τα κουνέλια της Αυστραλίας. Κατά τη διάρκεια της επιδημίας επιλέχθηκαν οι ιοί με τη γενετική ποικιλομορφία που τους επέτρεπε να επιβιώσουν από τη λοίμωξη. Έτσι, τους μαζικούς θανάτους του λοιμού ακολούθησε η συν-εξέλιξη και τώρα κουνέλια και ιός συνυπάρχουν σε μια μη παθογόνο αμοιβαιότητα.

Φανταστείτε τώρα έναν αντίστοιχο ιό να πλήττει ένα πρώιμο ανθρώπινο πληθυσμό στην Αφρική. Η επιδημία θα ακολουθούσε παρόμοια πορεία, με τον λοιμό να ακολουθείται από μια περίοδο όπου οι επιζήσαντες συν-εξελίσσονται με τον ιό. Υπάρχουν ενδείξεις ότι αυτό έγινε κατ΄ επανάληψη κατά τη διάρκεια της εξέλιξής μας, παρά το γεγονός ότι δεν γνωρίζουμε πότε και μέσω ποιων λοιμωδών παραγόντων. Ακόμη και σήμερα, οι ιικές λοιμώξεις μεταβάλλουν τον ρου της ανθρώπινης εξέλιξης. Παρά το γεγονός ότι η φάση του λοιμού αμβλύνεται από ιατρικές παρεμβάσεις στην πανδημία του AIDS, παρατηρούμε φαινόμενα επιλεκτικής πίεσης τόσο στους ανθρώπους όσο και στους ιούς. Παραδείγματος χάριν, το ανθρώπινο γονίδιο HLA-Β παίζει σημαντικό ρόλο στην απόκριση στην μόλυνση από τον ιό HIV-1 και διαφορετικοί αλληλόμορφοι εμφανίζουν ισχυρή συσχέτιση με την εξέλιξη της νόσου. Είναι λοιπόν πιθανόν ότι διαφορετικοί αλληλόμορφοι του HLA-B γονιδίου ασκούν επιλεκτική πίεση στον ιό, ενώ οι συχνότητες του HLA-Β στον πληθυσμό είναι πολύ πιθανό να επηρεάζονται από αυτόν. Πρόκειται για συμβιογένεση εν δράσει.

Τίνος είναι το γονιδίωμα;
Πώς μας φέρνει αυτό κοντύτερα στην κατανόηση της σύνθεσης του ανθρώπινου γονιδιώματος; Ο ΗΙV-1 είναι ένας ρετροϊός, μια ομάδα RΝΑ-ιών που μετατρέπει το RΝΑ του σε DΝΑ πριν το εντάξει στα χρωμοσώματα του ξενιστή του. Αυτή η διαδικασία, η οποία είναι γνωστή ως ενσωμάτωση (endogenisation), μετατρέπει έναν μολυσματικό ιό σε έναν μη μολυσματικό ενδογενή ρετροϊό (Ηuman non-infectious endogenous retrovirus, ΗΕRV).

Η ενσωμάτωση επιτρέπει στους ρετροϊούς να φέρουν τη γενετική συμβίωση σε ένα νέο επίπεδο. Συνήθως πρόκειται για μια επιμήκυνση του κανονικού λοιμώδους κύκλου του ιού, όταν για παράδειγμα αυτός μολύνει κύτταρα του αίματος. Όταν όμως συμβεί ο ιός να ενσωματωθεί σε ένα χρωμόσωμα στα ωάρια ή στα σπερματοζωάρια του ξενιστή, μπορεί να αποτελέσει μέρος του γονιδιώματος των επόμενων γενιών.

Τέτοιου είδος ενσωμάτωση έχει λάβει χώρα κατ΄ επανάληψη στην εξέλιξή μας και αποτελεί την πηγή του ιικού DΝΑ στο γονιδίωμά μας. Το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει χιλιάδες ΗΕRV προερχόμενα από 30-50 διαφορετικές οικογένειες ιών. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι πρόκειται για την κληρονομιά που μας άφησαν οι επιδημίες που έπληξαν το ανθρώπινο είδος καθ΄ όλη τη διάρκεια της εξελικτικής ιστορίας μας. Με άλλα λόγια, είμαστε οι απόγονοι των επιζησάντων μιας βασανιστικής, αν και βίαια δημιουργικής, σειράς ϊικών επιδημιών.

100 χρόνια αγώνας για τα κοάλα
Ενσωμάτωση συμβαίνει αυτή τη στιγμή καθώς μια ρετροϊική επιδημία έχει πλήξει τα κοάλα της Αυστραλίας. Ο ρετροϊός ΚoRv εμφανίστηκε πριν από περίπου 100 χρόνια και έχει ήδη εξαπλωθεί στο 75% των κοάλα, σκοτώνοντας πλήθος ζώων ενώ ταυτόχρονα περνά στα αναπαραγωγικά κύτταρα των επιζώντων.

Οι ρετροϊοί δεν έχουν το μονοπώλιο στην ενσωμάτωση. Πρόσφατα εντοπίστηκαν γονίδια ενός bornavirus στα γονιδιώματα πολλών θηλαστικών, του ανθρώπου συμπεριλαμβανομένου. Πρόκειται για τον πρώτο μη ρετροϊό που εντοπίζεται στο γονιδίωμα ενός ζώου. Σύμφωνα με τις ενδείξεις, αυτός εισέβαλε στα αναπαραγωγικά κύτταρα του προγόνου των θηλαστικών πριν από 40 εκατομμύρια χρόνια. Αναμένονται πολλές ακόμη τέτοιες ανακαλύψεις, οι οποίες πιθανόν θα δώσουν μια εξήγηση για την προέλευση του μυστηριώδους μισού του ανθρωπίνου γονιδιώματος.

Η ικανότητα των ιών να ενώνονται γενετικά με τους ξενιστές τους έχει ξεκάθαρη εξελικτική σημασία. Για τον ξενιστή σημαίνει νέο υλικό για εξέλιξη. Αν συμβεί ο ιός να έχει μεταφέρει ένα χρήσιμο γονίδιο, η φυσική επιλογή θα δράσει πάνω του και, ως να ήταν μια χρήσιμη μετάλλαξη, θα το διασπείρει στον πληθυσμό. Θα μπορούσε άραγε ένα ιικό γονίδιο να είναι χρήσιμο σε ένα θηλαστικό; Μη στοιχηματίσετε εναντίον αυτής της ιδέας. Οι ρετροϊοί έχουν μια μακρά συν-εξελικτική σχέση με τους ξενιστές τους, κατά τη διάρκεια της οποίας έχουν αναπτύξει την ικανότητα να χειρίζονται τις άμυνες των ξενιστών για τους δικούς τους στόχους. Είναι λοιπόν αναμενόμενο τα γονίδια των ιών που μολύνουν ανθρώπους να είναι συμβατά με την ανθρώπινη βιολογία.

Αυτό ισχύει και για το ρυθμιστικό DΝΑ. Ένας ιός που ενσωματώνεται στα αναπαραγωγικά κύτταρα δεν φέρνει μόνο τα γονίδιά του αλλά και τις ρυθμιστικές περιοχές του γονιδιώματός του οι οποίες ελέγχουν αυτά τα γονίδια. Τα ϊικά γονιδιώματα περικλείονται από περιοχές που ονομάζονται μακρές τελικές επαναλήψεις (Long Τerminal Repeats, LΤR) οι οποίες περιέχουν σειρά αλληλουχιών ικανών να ρυθμίσουν τόσο τα ϊικά όσο και τα γονίδια του ξενιστή. Επί παραδείγματι, πολλά LΤR περιλαμβάνουν θέσεις πρόσδεσης ορμονών των ξενιστών τους, οι οποίες πιθανότατα εξελίχθηκαν στην προσπάθεια του ιού να ξεγελάσει τις άμυνες του ξενιστή.

Οι ρετροϊοί μπορούν να ενσωματωθούν κατ΄ επανάληψη μέσα στο γονιδίωμα του ξενιστή, οδηγώντας σε βαθμιαία συγκέντρωση ακόμη και 1000 ERV. Ενσωμάτωση τέτοιας έκτασης παρέχει τη δυνατότητα συμβιογενετικής εξέλιξης. Όταν τα ERV έχουν πια ενσωματωθεί στο ανθρώπινο γονιδίωμα, η φυσική επιλογή θα δράσει επάνω τους, πετώντας αυτά που είναι επιζήμια για την επιβίωση του ξενιστή, αδιαφορώντας για αυτά που είναι ουδέτερα και επιλέγοντας δυναμικά εκείνα τα σπάνια που ενισχύουν την επιβίωσή του.

Οι περισσότερες ενσωματώσεις θα είναι αρνητικές ή δεν θα έχουν καμία επίδραση. Το ανθρώπινο γονιδίωμα βρίθει τέτοιων απομειναριών, τα οποία συχνά δεν είναι παρά τμήματα γονιδίων ή απλών μεμονωμένων LΤR. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει και την ύπαρξη των μεταθετών στοιχείων (retrotransposons) τα οποία εμφανίζονται με δύο τύπους: μακρά και κοντά στοιχεία τα οποία αποτελούν αποδομημένα τμήματα αρχαίων ιών.

Οι ιοί προστατεύουν τον πλακούντα!

Τα κοάλα της Αυστραλίας βιώνουν ένα γεγονός βιολογικής ενσωμάτωσης που άρχισε πριν από 100 χρόνια όταν ο ιός ΚoRv έπληξε τους πληθυσμούς τους. Σήμερα το 75% των κοάλα συνυπάρχει με τον ιό που έχει περάσει στα αναπαραγωγικά κύτταρα όσων ζώων δεν έχει σκοτώσει

Όσο για τη θετική επιλογή, αυτή μπορεί να διαπιστωθεί από την αναζήτηση ιικών γονιδίων ή ρυθμιστικών περιοχών που έχουν διατηρηθεί και αποτελούν πια μέρος του ανθρωπίνου γονιδιώματος, και γνωρίζουμε πολλές τέτοιες αλληλουχίες. Οι πρώτες που ανακαλύφθηκαν αποτελούν τα απομεινάρια ενός ρετροϊού που έπληξε το γονιδίωμα των πρωτευόντων θηλαστικών περίπου πριν από 40 εκατομμύρια χρόνια και έδωσε γένεση σε αυτό που ονομάζουμε οικογένεια W των ERV. Το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει περί τις 650 τέτοιες ενσωματώσεις. Μια από αυτές εντοπίζεται στο χρωμόσωμα 7 και περιέχει ένα γονίδιο που ονομάζεται syncytin-1. Το γονίδιο αυτό κωδικοποιούσε αρχικά για μια πρωτεΐνη του ιικού περιβλήματος, η οποία σήμερα είναι κεφαλαιώδους σημασίας για τη λειτουργία του ανθρώπινου πλακούντα. Η έκφραση του γονιδίου syncytin-1 ρυθμίζεται από δύο LΤR, το ένα προέρχεται από τον αρχικό ιό και το άλλο από έναν δεύτερο ιό που ονομάζεται ΜaLR. Έτσι, διαθέτουμε μια αμιγώς ϊική γενετική μονάδα η οποία παίζει ζωτικότατο ρόλο στην ανθρώπινη βιολογία.

Αντίστοιχα παραδείγματα υπάρχουν πολλά. Ακόμη, ένα γονίδιο που παίζει καθοριστικό ρόλο στη δημιουργία του ανθρώπινου πλακούντα, το syncytin-2, έχει προέλθει από ιό και το ίδιο ισχύει για τουλάχιστον άλλα έξι τα οποία συμβάλλουν στην εύρυθμη λειτουργία του. Υπάρχουν επίσης προκαταρκτικές ενδείξεις ότι ΗΕRV παίζουν ρόλο στην εμβρυϊκή ανάπτυξη. Το αναπτυσσόμενο ανθρώπινο έμβρυο εκφράζει γονίδια από δύο διαφορετικές κλάσεις ΗΕRV και μάλιστα σε μεγάλα ποσά, παρά το γεγονός ότι η λειτουργία τους παραμένει άγνωστη. Ακόμη περισσότερο, έχει διαπιστωθεί ότι η άρση της δράσης μιας κατηγορίας μεταθετών στοιχείων με φαρμακευτική παρέμβαση σε έμβρυα ποντικού αναστέλλει την ανάπτυξή τους οριστικά. Το παραπάνω εύρημα είναι δηλωτικό του ρόλου του μεταθετού στοιχείου στην πρώιμη ανάπτυξη των θηλαστικών.

«Ιικά» ρυθμίζεται και ο εγκέφαλος
Φαίνεται επίσης ότι τα ΗΕRV παίζουν ρόλο και στην κανονική κυτταρική φυσιολογία. Ανάλυση της έκφρασης των γονιδίων του εγκεφάλου έδειξε ότι πολλές οικογένειες ΗΕRV λαμβάνουν μέρος στην κανονική λειτουργία του οργάνου. Π.χ., τα γονίδια syncytin-1 και syncytin-2 εκφράζονται εκτενώς στον εγκέφαλο, αν και η λειτουργία τους δεν έχει διευκρινιστεί.

Άλλες έρευνες έχουν δείξει ότι το 25% των ανθρώπινων ρυθμιστικών αλληλουχιών περιέχει ϊικά στοιχεία, πυροδοτώντας την υπόθεση ότι τα ΗRV συμβάλλουν καθοριστικά στη γονιδιακή ρύθμιση. Υποστηρικτικά αυτής της άποψης είναι ευρήματα που δείχνουν ότι LΤR συγκεκριμένων ΗΕRV εμπλέκονται στη μεταγραφή σημαντικών πρωτεϊνών. Π.χ., το γονίδιο της β-αιμοσφαιρίνης, το οποίο κωδικοποιεί για ένα από τα δύο συνθετικά της αιμοσφαιρίνης, είναι μερικώς υπό τον έλεγχο ενός LΤR με ρετροϊική προέλευση.

Η απάντηση στο παράδοξό μας είναι τώρα ξεκάθαρη: το ανθρώπινο γονιδίωμα έχει εξελιχθεί σαν μια ολοβιοτική μονάδα σπονδυλοζώων και ιών. Δεν είναι λοιπόν περίεργο ότι οι ερευνητές που έχουν κάνει τις ανακαλύψεις που περιγράψαμε παραπάνω σχεδιάζουν τώρα ένα πλήρες ερευνητικό πρόγραμμα που θα διερευνήσει τη συμβολή των ιών στην ανθρώπινη βιολογία.

Σημειωτέον δε, ότι αυτή η «ιο-εξέλιξη» (virolution) συνεχίζεται ακόμη. Ο ΗΙV ανήκει σε μια κατηγορία ιών οι οποίοι ονομάζονται lentiviruses. Ως πρόσφατα οι βιολόγοι πίστευαν ότι οι εν λόγω ιοί δεν μπορούσαν να ενσωματωθούν, αλλά σήμερα γνωρίζουμε ότι έχουν ήδη ενσωματωθεί στα γενετικά κύτταρα κουνελιών και λεμούριων. Αυτό σημαίνει ότι και ο ΗΙV-1 έχει τη δυνατότητα να εισέλθει στα ανθρώπινα γενετικά κύτταρα, και ίσως οδηγήσει την ανθρώπινη εξέλιξη σε απροσδόκητες κατευθύνσεις. Είναι ένας λοιμός για μας, αλλά θα μπορούσε να αποδειχθεί ζωτικής σημασίας για τη βιολογία των απογόνων μας.

Δημιουργήθηκε το ισχυρότερο κολλαγόνο στον κόσμο

Ομάδα αμερικανών ερευνητών δημιούργησε την ισχυρότερη μορφή κολλαγόνου που είναι γνωστή στην επιστήμη. Η ανακάλυψη, με επικεφαλής τον καθηγητή χημείας και βιοχημείας Ρόναλντ Ρέινς του πανεπιστημίου του Ουισκόνσιν-Μάντισον, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό PNAS της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ. Σύμφωνα με τους ερευνητές, «πρόκειται, με διαφορά, για το πιο σταθερό κολλαγόνο που έχει ποτέ δημιουργηθεί».

Πρόκειται για μια πολύ σταθερή εναλλακτική λύση στο ανθρώπινο κολλαγόνο, που μπορεί μια μέρα να χρησιμοποιηθεί για την θεραπεία της αρθρίτιδας και άλλων παθήσεων, οι οποίες οφείλονται στη βλάβη του φυσικού κολλαγόνου στο ανθρώπινο σώμα.

Το κολλαγόνο είναι η πιο άφθονη πρωτεΐνη στο σώμα του ανθρώπου, η οποία δημιουργεί δομές που υποστηρίζουν τη δομή του δέρματος, των εσωτερικών οργάνων, των χόνδρων και των οστών, καθώς επίσης όλων των ενδιάμεσων συνδετικών ιστών.

Εδώ και δεκαετίες, οι γιατροί χρησιμοποιούν κολλαγόνο από αγελάδες για να θεραπεύουν σοβαρές βλάβες, όπως εγκαύματα και άλλα τραύματα, αν και υπάρχει πάντα ο κίνδυνος ο ξένος ιστός να απορριφθεί από τον ανθρώπινο οργανισμό.                                      Από          www.skai.gr
Συνέχεια