Βιολόγοι φτιάχνουν ένα απρόσβλητο από ιούς βακτήριο

Χρήσιμο σε φαρμακευτικές εταιρείες και βιομηχανίες τροφίμων, ενώ δεν λείπουν και σκέψεις για εφαρμογή της τεχνολογίας αυτής στο μέλλον και στον άνθρωπο

Ενας ιός προσγειώνεται πάνω σε ένα κύτταρο, όπως μια αράχνη προσγειώνεται πάνω σε μπαλόνι χίλιες φορές μεγαλύτερο απ' αυτήν. Εχει έξι πόδια απλωμένα κάτω από ένα σώμα, που μοιάζει σαν σύριγγα με μια ογκώδη κεφαλή από πάνω. Το θήραμα είναι ένα βακτήριο Escherichia coli και ο κυνηγός ένας βακτηριοφάγος ιός, που ονομάζεται λάμδα. Εχοντας βρει το θύμα του, ο λάμδα κάνει αυτό που τρισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων ιών έχουν κάνει αμέτρητες φορές από τότε που εμφανίστηκε ζωή στη Γη: Προσδένεται στην κυτταρική μεμβράνη με τα πόδια του, προσαρμόζει το τμήμα του, που μοιάζει με σύριγγα, σε έναν πόρο της και συσπειρώνεται, εισάγοντας το DNA του μέσα στο κύτταρο.
Το DNA περιέχει οδηγίες για την κατασκευή περισσότερων ιών και αυτή είναι ουσιαστικά η λειτουργία του ιού: Λειτουργεί ως κάψουλα που περιέχει τα σχέδια για την κατασκευή περισσότερων αντιγράφων του εαυτού του. Οι ιοί δεν έχουν τους μοριακούς μηχανισμούς για να φτιάχνουν νέα πράγματα. Γι' αυτό εισβάλλουν σε κύτταρα και πραγματοποιούν «αεροπειρατεία» του κυτταρικού εξοπλισμού, χρησιμοποιώντας τον για να κάνουν αντίγραφά τους, μέχρι να γίνουν τόσο πολλοί, που το κύτταρο να σκάσει και οι νέοι ιοί να διαχυθούν μολύνοντας κι άλλα κύτταρα. Οι ιοί μπορούν να κάνουν όλα αυτά επειδή όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί, από τους ρινόκερους των αφρικανικών πεδιάδων, έως τους ...ρινοϊούς που μας προκαλούν συνάχι, χρησιμοποιούν το ίδιο σύστημα κωδικοποίησης, που βασίζεται στα νουκλεϊνικά οξέα. Εισάγοντας τέτοιον κώδικα μέσα στο κύτταρο, αυτό αρχίζει να χρησιμοποιεί τις οδηγίες του για να κατασκευάσει τις σχετικές πρωτεΐνες.

rE. coli - 57

Ομως τώρα ο λάμδα συναντά ένα άλλο, καινοφανές κύτταρο E. coli. Ο ιός ακολουθεί τη γνωστή διαδικασία, αλλά ο κυτταρικός μηχανισμός δεν αντιδρά στο DNA του. Αυτό οφείλεται στο ότι το βακτήριο χρησιμοποιεί ένα «λειτουργικό σύστημα» βασισμένο στο DNA, που δεν υπήρξε ποτέ πριν στη Γη και ο κώδικας του ιού είναι ασύμβατος με αυτό, το ίδιο όπως ασύμβατος και καταδικασμένος είναι ένας ιός των Windows μέσα σε υπολογιστή με Linux. Σύμφωνα με τους κατασκευαστές του τροποποιημένου βακτηρίου, η ίδια τύχη περιμένει και οποιονδήποτε άλλον ιό του επιτεθεί. Το όνομα του τροποποιημένου βακτηρίου: rE. coli - 57.
Το rE. coli - 57 κατασκευάζεται σε εργαστήριο της ιατρικής σχολής του πανεπιστημίου Χάρβαρντ στις ΗΠΑ, από επιστημονική ομάδα με επικεφαλής την Νίλι Οστροφ. Πρόκειται για το πιο πολύπλοκο έργο γενετικής τροποποίησης στην ιστορία και είναι το αντικείμενο θεωρητικής εργασίας του γενετιστή Τζορτζ Τσερτς, που δημοσιεύτηκε το 2016, προσδιορίζοντας 148.955 απαραίτητες αλλαγές στο γονιδίωμα του E. coli, ώστε αυτό να γίνει απρόσβλητο από ιούς. Η ομάδα της Οστροφ έχει πραγματοποιήσει το 63% των τροποποιήσεων και τα μικρόβια συνεχίζουν να ζουν και να ευημερούν. Οι ερευνητές θεωρούν ότι δεν θα αργήσει η ώρα που όλες οι απαραίτητες αλλαγές θα έχουν γίνει και το rE. coli - 57 θα μπορεί να δοκιμαστεί απέναντι σε πλειάδα διαφορετικών ιών.

Εκτυπωτές DNA

Η πραγματοποίηση τόσο πολλών αλλαγών στο γονιδίωμα ενός κυττάρου είναι δύσκολη υπόθεση, γι' αυτό οι ερευνητές σκέφτηκαν να αξιοποιήσουν τη δυνατότητα εξαρχής σύνθεσης των τμημάτων DNA που χρειάζονταν. Σήμερα υπάρχουν εταιρείες σύνθεσης DNA, που χρησιμοποιούν εκτυπωτές με λειτουργία παρόμοια με των εκτυπωτών έγχυσης μελάνης (inkjet) και οι οποίοι μπορούν να κατασκευάσουν πιστά στα σχέδια, που θα τους δοθούν, τμήματα DNA μεγέθους 4.000 γενετικών γραμμάτων. Οι ερευνητές σχεδιάζουν τον κατάλληλο γενετικό κώδικα σε υπολογιστή και μετά παίρνουν έτοιμα τα τμήματα DNA, με τα οποία θα αντικαταστήσουν άλλα τμήματα στα κύτταρα των οργανισμών που μελετούν. Μάλιστα, η Οστροφ αντικατέστησε στο rE. coli - 57 και ένα πρόσθετο γονίδιο, για να το κάνει εξαρτημένο από ένα συνθετικό μη φυσικό αμινοξύ στην τροφή του, ώστε να πεθάνει αν τύχει και διαρρεύσει στο περιβάλλον.
Οι ιοί είναι εξαιρετικά διαδεδομένοι. Περίπου 800 εκατομμύρια απ' αυτούς καλύπτουν κατά μέσο όρο κάθε τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας του πλανήτη. Μας προκαλούν αρρώστιες, αλλά το ενδιαφέρον για την κατασκευή του rE. coli - 57 προέρχεται κυρίως από τα προβλήματα που δημιουργούν οι ιοί στις φαρμακοβιομηχανίες και στις βιομηχανίες τροφίμων, που χρησιμοποιούν βακτήρια για να παρασκευάσουν φάρμακα, γιαούρτια, τυριά κ.τ.λ. Ολο το υλικό στη γραμμή παραγωγής πρέπει να πεταχτεί στα σκουπίδια όταν τα βακτήρια αυτά μολυνθούν από ιούς και πεθάνουν. Το rE. coli - 57 μπορεί να σημαίνει δισεκατομμύρια δολάρια για τους κατασκευαστές του αν πετύχει. Αυτά όσον αφορά τα κίνητρα. Επιπλέον, σύμφωνα με την Οστροφ, το rE. coli - 57 θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και για την κατασκευή εξωτικών αμινοξέων, πέρα από τα 20 αμινοξέα που υπάρχουν στη φύση και μ' αυτά τα αμινοξέα θα μπορούσαν ίσως να παρασκευαστούν «πρωτεΐνες σχεδιαστή», για να στοχεύσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια και αποτελεσματικότητα ασθένειες όπως το AIDS και ο καρκίνος.
Παραπέρα, το rE. coli - 57 θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να κάνει και ανθρώπινα κύτταρα απρόσβλητα από ιούς. Κάτι τέτοιο θα έδινε οριστική λύση στις μολύνσεις από ιούς των ειδικών κυτταρικών σειρών, που χρησιμοποιούνται στην ιατρική έρευνα. Οταν τα χρησιμοποιούμενα κύτταρα μολυνθούν, τότε όλο το πείραμα πρέπει να ξαναγίνει από την αρχή, πράγμα που σημαίνει κόστος και καθυστέρηση. Βεβαίως, ο επαναπρογραμματισμός ανθρώπινων κυττάρων είναι πολύ πιο πολύπλοκος, αφού το ανθρώπινο DNA περιέχει 3,2 δισεκατομμύρια γενετικά «γράμματα», δηλαδή είναι 800 φορές πιο μεγάλο από το DNA του E. coli. Ορισμένοι επιστήμονες μη σχετιζόμενοι με την έρευνα του Χάρβαρντ, αμφιβάλλουν αν τα γενετικώς τροποποιημένα κύτταρα είτε των βακτηρίων είτε των ανθρώπων θα λειτουργούν όπως τα κανονικά κύτταρα, ενώ άλλοι εκφράζουν ανησυχίες ότι η τέτοια τροποποίηση κυττάρων φέρνει λίγο πιο κοντά την κατασκευή ανθρώπων κατά παραγγελία.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»