Κυριακή, 23 Μαΐου 2010

Τhe DNA software builds its own hardware

Οἱ ἐρευνητικὲς προσπάθειες τῶν τελευταίων χρόνων ἔχουν ἐπικεντρωθεῖ στὸ νὰ γίνουν κατανοητὲς οἱ πληροφορίες ποὺ ἔχουν συλλεγεῖ μὲ τὴν ἀποκωδικοποίηση γονιδιωμάτων πολλῶν ὀργανισμῶν. Γιὰ τὴν ἐξυπηρέτηση αὐτοῦ του σκοποῦ ἔχουν δημιουργηθεῖ πολυάριθμα ὑπολογιστικὰ καὶ πειραματικὰ μοντέλα. Ὅμως ἡ λεπτομερὴς γνώση τῆς λειτουργίας τῶν γονιδιωμάτων ἐξακολουθεῖ νὰ εἶναι πολὺ περιορισμένη. Γιὰ κανένα κυτταρικὸ σύστημα δὲν ἔχει γίνει δυνατὴ ἡ κατανόηση τοῦ βιολογικοῦ ρόλου ὅλων τῶν γονιδίων ποὺ ἐκφράζονται ἀπὸ τὸ γονιδίωμά τους. Δὲν εἶναι γνωστὸ ἀκόμα καὶ γιὰ τὰ ἁπλὰ βακτηριακὰ κύτταρα, ἐὰν τὰ χρωμοσώματά τους περιέχουν ὁλόκληρο τὸ γενετικό τους ρεπερτόριο. Ἀκόμα καὶ στὴν περίπτωση ποὺ αὐτὸ συμβαίνει δὲν εἶναι γνωστὸ ἐὰν θὰ ἦταν δυνατὴ ἡ ἀναπαραγωγὴ μὲ χημικὴ σύνθεση ἑνὸς πλήρους γενετικοῦ συστήματος μὲ μόνο ἀρχικὸ στοιχεῖο ἀποθηκευμένες ψηφιακὲς πληροφορίες γιὰ τὴν ἀλληλουχία DNA σὲ ἕναν ὑπολογιστή.


Πρόσφατα (20-05-2010) τὸ περιοδικὸ Science [http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/science.1190719] δημοσίευσε μιὰ ἐπιστημονικὴ ἐργασία στὴν ὁποία οἱ συγγραφεῖς ἀνακοίνωσαν τὴν σύνθεση καὶ τὴ συναρμολόγηση τοῦ γονιδιώματος τοῦ Mycoplasma mycoides μεγέθους 1.08 Mbp. Ἡ σύνθεση τοῦ γονιδιώματος αὐτοῦ βασίστηκε σὲ ψηφιακὲς πληροφορίες γιὰ τὴν ἀλληλουχία τοῦ γονιδιώματος αὐτοῦ του βακτηρίου, καὶ στὴ συνέχεια -μετὰ τὴ σύνθεση- τὴ μεταμόσχευσή του σὲ ἕνα Mycoplasma capricolum κύτταρο δέκτη γιὰ νὰ δημιουργηθεῖ τὸ νέο Mycoplasma mycoides κύτταρο τοῦ ὁποίου ἡ λειτουργία ἐλέγχεται ἀποκλειστικὰ ἀπὸ τὸ συνθετικὸ χρωμόσωμα. Τὸ μοναδικὸ DNA ποὺ ὑπάρχει στὰ κύτταρα αὐτὰ εἶναι ἡ σχεδιασθεῖσα συνθετικὴ ἀλληλουχία DNA, συμπεριλαμβανομένων διαγραφῶν, πολυμορφισμῶν, καὶ μεταλλάξεων ποὺ παρήχθησαν κατὰ τὴ διάρκεια τῆς διαδικασίας σύνθεσης. Τὰ νέα κύτταρα, ὅπως ἰσχυρίζονται οἱ συγγραφεῖς τῆς ἐργασίας αὐτῆς, ἔχουν τὶς ἀναμενόμενες φαινοτυπικὲς ἰδιότητες καὶ τὴν ἱκανότητα συνεχοῦς αὐτὸ-ἀντιγραφῆς.

Τὸ γεγονὸς ὅτι τὸ συνθετικὸ γονιδίωμα παρέχει στὰ μεταμοσχευμένα κύτταρα τὰ χαρακτηριστικά τοῦ Μ. mycoides ὑπονοεῖ ὅτι ἡ ἀλληλουχία DNA στὴν ὁποία εἶναι βασισμένο τὸ συνθετικὸ αὐτὸ γονιδίωμα εἶναι ἀρκετὰ ἀκριβὴς ὥστε νὰ προσδώσει σὲ ἕνα ζωντανὸ κύτταρο ἐπιθυμητὲς φαινοτυπικὲς ἰδιότητες. Ἡ ἐργασία αὐτὴ παρέχει μιὰ ἀπόδειξη ἐπὶ τῆς ἀρχῆς ὅτι εἶναι δυνατὴ ἡ παραγωγὴ κυττάρων μὲ ἰδιότητες γονιδιωμάτων ἡ ἀλληλουχία τῶν ὁποίων ἔχει σχεδιαστεῖ στὸν ὑπολογιστή, ἀφοῦ τὸ συνθετικὸ γονιδίωμα ποὺ περιγράφεται σὲ αὐτὸ τὸ ἄρθρο ἔχει περιορισμένες διαφορὲς ἀπὸ τὸ φυσικὸ γονιδίωμα τοῦ Μ. mycoides καὶ ὑπονοεῖ ὅτι ἡ προσέγγιση ποὺ περιγράφεται θὰ μποροῦσε νὰ ἐφαρμοστεῖ στὴ σύνθεση καὶ τὴ μεταμόσχευση ἄλλων γονιδιωμάτων ὅσο ἡ τεχνολογία τοῦ γονιδιωματικοῦ σχεδιασμοῦ ἐξελίσσεται.

Ἀναμένεται πὼς οἱ μέθοδοι ποὺ περιγράφονται στὸ ἄρθρο αὐτὸ θὰ γενικευτοῦν καὶ ὁ σχεδιασμός, ἡ σύνθεση, ἡ συναρμολόγηση, καὶ ἡ μεταμόσχευση τῶν συνθετικῶν χρωμοσωμάτων δὲν θὰ εἶναι πλέον ἐμπόδιο στὴν πρόοδο τῆς συνθετικῆς βιολογίας. Ἐπιπρόσθετα οἱ χαμηλότερες δαπάνες σύνθεσης σὲ συνδυασμὸ μὲ τὴν αὐτοματοποίηση θὰ ἐπιτρέψουν εὐρεῖες ἐφαρμογὲς τῆς μεθόδου αὐτῆς στὴν συνθετικὴ γενωμική.

5 σχόλια:

  1. Γιά νά καταλάβω, αὐτό εἷναι ἕνα βῆμα παραπέρα ἀπό τήν κλωνοποίηση;

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  2. Κλονωποίηση είναι η δυνατότητα να δοθούν ιδιότητες γενετικού κυττάρου σε ένα σωματικό κύτταρο. Η Dolly έφερε γενετικό υλικό το οποίο ήταν ακριβές αντίγραφο του μητρικού σωματικού κυττάρου. Στο καθεαυτό γενετικό υλικό του μητρικού κυττάρου δεν έγινε καμμιά επέμβαση. Από την άλλη πλευρά με την καινούρια αυτή τεχνολογία που περιγράφεται στο παραπάνω άρθρο έχουμε γιά πρώτη φορά τη δημιουργία τεχνητής ζωής. Το γενετικό υλικό που μεταμοσχεύθηκε στο κύτταρο δέκτη ήταν ένα μόριο DNA το οποίο συνετέθη στο εργαστήριο εκ του μηδενός με βάση πληροφορίες που είχαν αποθηκευθεί στον υπολογιστή. Έτσι η διαφορά μεταξύ της Dolly και της νέας αυτής τεχνολογίας είναι ότι στη δεύτερη περίπτωση το DNA που εισήχθη στον θυγατρικό οργανισμό είναι συνθετικό και δεν είναι ακριβές αντίγραφο του μητρικού γενετικού υλικού αλλά μοιάζει με το γενετικό υλικό κάποιου βακτηρίου του οποίου η αλληλουχία DNA είχε αποθηκευτεί σε κάποια βάση δεδομένων. Το συνθετικό DNA που μεταμοσχεύθηκε στο κύτταρο δέκτη είναι παρόμοιο αλλά όχι πανομοιότυπο με το DNA του Mycoplasma mycoides. Απο το αρχικό γενετικό υλικό του Mycoplasma mycoides αφαιρέθηκαν όλες οι “περιττές” πληροφορίες και στο καινούριο μόριο παρέμειναν μόνο οι απαραίτητες πληροφορίες που είναι αναγκαίες για το βακτήριο αυτό να επιβιώσει.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  3. Σάν ἰδέα, ἄν καί ἐνδιαφέρουσα, δέν μοῦ πολυαρέσει. Κρατάω ἐπιφυλάξεις. Κυρίως ἀνησυχῶ ἄν τό κλειδί τέτοιων διαδικασιῶν τό κρατᾶνε μή φιλοσοφημένοι, ἀποξενωμἐνοι ἀπό τήν συνολική πραγματικότητα ἄνθρωποι, καί πολύ παραπάνω διότι οἱ ὅποιες καλές προθέσεις μερικῶν παίζουν διακοσμητικό ρόλο ἐντός τῆς μαζικοποιημένης, τεχνολογικῆς "δημοκρατίας".

    Διότι ὡς γνωστόν δέν ὑπάρχουν τά συστήματα χάριν τῶν ἀνθρώπων ἀλλά οἱ ἄνθρωπο χάριν τῶν συστημάτων.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  4. Η ιδέα να σχεδιάσεις, να αναμίξεις, και να συναρμολογήσεις από την αρχή το γονιδίωμα ενός οργανισμού είναι εξαιρετικά ευφυής. Υπάρχουν μεγάλες προκλήσεις όσον αφορά την αξιοποίησή της κυρίως -όπως διατείνονται καί οι δημιουργοί της- πρός την κατεύθυνση της ανάπτυξης νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων και στην περιπίπτωση αυτή θα μπορούσε να αποδειχτεί καί ωφέλιμη. Δε νομίζω πως η έρευνα θα πρέπει να σταματήσει επειδή όλοι μας –δικαιολογημένα- έχουμε κάποιους φόβους γιά το που θα καταλήξει. Συνεχής επαγρύπνηση, ενημέρωση καί προσπάθεια κατανόησης των εξελίξεων είναι αναγκαία για να μας γλυτώσουν από τα χειρότερα.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  5. Δέν συζητῶ θέμα σταματήματος ἤ ὄχι τῆς ἔρευνας. Αὐτό πού γιά μένα ἔχει περισσότερη σημασία εἷναι ποιός θά τήν διεξάγει ἤ θά τήν σταματήσει. Ποιός θά βαλει στόχους καί προτεραιότητες. Φοβᾶμαι τόν μή φιλοσοφημένο "ἐπιστήμονα", ὅπως φοβᾶμαι καί τόν μή φιλοσοφημένο "πολιτικό". Θεωρῶ καί τούς δύο μονόπλευρους καί γιά αὐτὀ κουμπώνομαι. Μοῦ ἔρχεται στό μυαλό ὁ Πλάτωνας μέ τό σύστημα "βασιλέως-φιλοσόφου". Ὅσα ξεχωριστά ἄτομα, ἐπιστήμονες, πολτικοί, ἁπλοί καθημερινοί ἄνθρωποι ὁ καθένας στόν τομέα του, συνδυάζουν ἰδιότητες τῶν δύο, εἴτε θά συνθλιβοῦν μέσα στήν πνευματική πολιτισμική ἔρημο, εἴτε θά ἀπομονωθοῦν.

    ΑπάντησηΔιαγραφή