Τετάρτη, 18 Φεβρουαρίου 2009

Ζωή κατασκευασμένη στο εργαστήριο

Η εμφάνιση της ζωής στον πλανήτη μας πριν από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια αποτελεί αναμφίβολα ένα από τα δυσκολότερα προβλήματα της σύγχρονης επιστήμης. Μέχρι πριν από λίγα χρόνια η πλειονότητα των ειδικών -βιολόγων, βιοχημικών, βιοφυσικών- δεν θα δίσταζε να χαρακτηρίσει αυτό το μεγαλειώδες και μοναδικό φυσικό φαινόμενο «θαύμα».

Υποδηλώνοντας με τη χρήση αυτής της αντιεπιστημονικής έννοιας την παντελή αδυναμία τους να εξηγήσουν πώς από την άβια ύλη μπόρεσε να αναδυθεί μια τόσο πολύπλοκη οργάνωση όπως αυτή των αρχέγονων κυττάρων. Αφού βέβαια ήταν σε όλους σαφές ότι τα πρώτα αρχέγονα κύτταρα, για να μπορούν να επιβιώσουν στο χρόνο, όφειλαν εξαρχής να διαθέτουν και τις τρεις εκπληκτικές ιδιότητες που όχι μόνο χαρακτηρίζουν κάθε έμβια ύπαρξη, αλλά και τη διαφοροποιούν απ' όλα τ' άλλα φυσικά σώματα.

Ακόμη και οι πιο στοιχειώδεις και αρχαϊκές μορφές ζωής θα έπρεπε, ταυτοχρόνως, να είναι ικανές να αυτοσυντηρούνται (ιδιότητα του μεταβολισμού), να πολλαπλασιάζονται παράγοντας σχετικά πιστά αντίγραφα του εαυτού τους (ιδιότητα της αναπαραγωγής) και, τέλος, να αλλάζουν προσαρμοζόμενες στις αλλαγές του περιβάλλοντός τους (ιδιότητα της εξέλιξης).

Ωστόσο η επιστημονική κατανόηση της προέλευσης της ζωής πάνω στη Γη δυσχεραίνεται όχι μόνο από την εγγενή πολυπλοκότητα ακόμη και των πιο απλών μονοκύτταρων οργανισμών, αλλά και από την παντελή απουσία απολιθωμένων μαρτυριών για τα πρώτα βήματα της ζωής.

Τα πρώτα απολιθωμένα ίχνη ζωής πάνω στη Γη χρονολογούνται 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, όμως είναι σαφές ότι η ζωή πρέπει να εμφανίστηκε πολύ παλαιότερα, ίσως πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια! Η απουσία όμως τέτοιων μικροαπολιθωμάτων δεν αποθάρρυνε καθόλου τους ερευνητές. Απεναντίας, επιχειρούν να παρακάμψουν αυτή την έλλειψη ιστορικών μαρτυριών επινοώντας εναλλακτικές πειραματικές μεθόδους για τη «λύση» του αινίγματος της προέλευσης της ζωής.

Τα δύο τελευταία χρόνια μάλιστα πραγματοποιήθηκαν αρκετές εργαστηριακές έρευνες που στοχεύουν στη δημιουργία πολύ απλών κυτταρικών δομών ικανών να εκδηλώνουν, αλλά σε πολύ στοιχειώδη μορφή, τις τρεις βασικές ιδιότητες της ζωής που αναφέραμε. Φαίνεται πως ένα άρρηκτο νήμα συνδέει την τόσο απόμακρη στο χρόνο προέλευση της ζωής με τις σημερινές προσπάθειες των ερευνητών να δημιουργήσουν συνθετικές μορφές ζωής, δηλαδή τεχνητά κύτταρα που ουδέποτε υπήρξαν ή δημιουργήθηκαν στη φύση.

Δημιουργώντας συνθετικά κύτταρα

Οι εντυπωσιακές κατακτήσεις και τα εργαλεία της μοριακής βιολογίας και της γενετικής μηχανικής επέτρεψαν τα τελευταία χρόνια την ανάδυση ενός νέου ερευνητικού πεδίου, της συνθετικής βιολογίας (Synthetic Biology). Η συνθετική βιολογία έχει ήδη καταφέρει να αναπαραγάγει στο εργαστήριο βασικές δομές, βιοχημικές διεργασίες και μηχανισμούς παρόμοιους με αυτούς που μέχρι χθες μόνο οι ζωντανοί οργανισμοί ήταν σε θέση να παράγουν.

Πρόκειται επομένως για έναν ειδικό και πρωτοποριακό τομέα της βιοτεχνολογίας που δεν αποβλέπει απλώς στη δημιουργία γενετικά τροποποιημένων οργανισμών -με αυτό ασχολείται η γενετική μηχανική- αλλά θέλει να δημιουργήσει συνθετικούς οργανισμούς με ολότελα νέες βιολογικές ιδιότητες. «Είμαστε πεπεισμένοι ότι, μετά την εμφάνισή της πάνω στη Γη, η επόμενη δημιουργία ζωής θα γίνει στο εργαστήριο κάποιου από εμάς» υποστηρίζει ο David Deamer, καθηγητής Βιοχημείας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια και ένας από τους μέγιστους ειδικούς παγκοσμίως σε αυτόν τον τομέα.

Οι ερευνητές σε αυτόν τον τομέα είναι αναγκασμένοι να ξεκινήσουν τις προσπάθειές τους για δημιουργία συνθετικής ζωής χρησιμοποιώντας ως πρότυπο τα πιο απλά υπαρκτά δείγματα ζωής, δηλαδή τα βακτηρίδια, μονοκύτταρους οργανισμούς με σχετικά λίγα γονίδια. Ωστόσο, ακόμη και τα πολύ απλά κύτταρα των βακτηριδίων θεωρούνται υπερβολικά περίπλοκα σε σχέση με τα πρώτα αρχέγονα κύτταρα.

Είναι βέβαιο ότι οι πρώτες μορφές ζωής ήταν πολύ πιο απλές από τους σημερινούς μονοκύτταρους οργανισμούς. Οπότε, αν θα ήθελε κανείς να κατανοήσει και να αναπαραγάγει στο εργαστήριο τα πρώτα βήματα της ζωής, θα έπρεπε να δημιουργήσει συνθετικά κύτταρα πολύ πιο απλά από τα σημερινά βακτηρίδια.

Αυτό τουλάχιστον υποστηρίζει μια πολύ ενδιαφέρουσα έρευνα που πραγματοποιήθηκε παράλληλα στην Ιταλία και την Ιαπωνία. Αν ο πιο απλός μονοκύτταρος οργανισμός, ένα βακτηρίδιο, περιέχει τουλάχιστον 500 λειτουργικά γονίδια που κωδικοποιούν για 500 διαφορετικές πρωτεΐνες, τότε αυτοί οι ερευνητές θα πρέπει να κατασκευάσουν ένα πολύ πιο απλό κύτταρο που θα περιέχει μόνο 250 ή το πολύ 300 βασικά γονίδια που θα περιβάλλονται από μια πολύ πιο απλή κυτταρική μεμβράνη. Ο συλλογισμός ήταν αρκετά απλός, αν και η πρακτική υλοποίησή του αποδείχτηκε πολύ πιο σύνθετη.

Οι Ιταλοί ερευνητές G. Murtas και Ρ. Luisi στο Πανεπιστήμιο της Ρώμης επικέντρωσαν το ενδιαφέρον τους στη δημιουργία μιας αρκετά απλής συνθετικής μεμβράνης (βλ. φωτ.) ικανής να προστατεύει το κυτταρόπλασμα και τα γονίδια ενός πολύ απλού συνθετικού κυττάρου.

Ως πρότυπο για την κατασκευή της συνθετικής μεμβράνης επέλεξαν τα λιποσώματα ή λιπιδικά κυστίδια. Αυτά τα μόρια, όταν βρεθούν μέσα σε υδάτινο περιβάλλον, αναδιοργανώνονται και σχηματίζουν αυθόρμητα σφαιροειδείς δομές που περικλείουν προστατευτικά ό,τι βρίσκεται μέσα τους. Ίσως δεν ακούγεται και πολύ εντυπωσιακό, όμως οι Ιταλοί ερευνητές πέτυχαν να πραγματοποιηθεί σύνθεση πρωτεϊνών (η πρώτη πράξη του μεταβολισμού) στο εσωτερικό αυτής της συνθετικής μεμβράνης!

Έπειτα από αυτό το πρώτο βήμα προς τη δημιουργία συνθετικής ζωής οι Ιταλοί ερευνητές, σε συνεργασία με τους Ιάπωνες, επιχειρούν σήμερα το δεύτερο βήμα: να πετύχουν την αναπαραγωγή της συνθετικής μεμβράνης παράλληλα με την αναπαραγωγή του μικρού αριθμού γονιδίων και πρωτεϊνών που περιέχει. «Ενώ στη Ρώμη έχουν επικεντρώσει το ενδιαφέρον τους στην αναπαραγωγή της μεμβράνης λιποσωμάτων, στο Τόκιο εργαζόμαστε πάνω στην αναπαραγωγή του γενετικού υλικού (δηλαδή των γονιδίων που βρίσκονται μέσα σε αυτήν). Συνδυάζοντας τις δύο αυτές έρευνες ελπίζουμε ότι θα καταφέρουμε να δημιουργήσουμε ζωή ολοκληρωτικά κατασκευασμένη στο εργαστήριο» δηλώνει ο Takuya Ueda, επικεφαλής της ιαπωνικής ερευνητικής ομάδας.

Ωστόσο προς αυτή την κατεύθυνση κινούνται, ήδη από καιρό, και πολλά άλλα εργαστήρια σε όλο τον κόσμο. Για παράδειγμα, πρωτοποριακές είναι οι μέχρι σήμερα έρευνες του David Deamer στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. Οι προσπάθειές του επικεντρώνονται στο να πετύχει την αναπαραγωγή γενετικού υλικού που βρίσκεται μέσα σε ένα είδος μεμβράνης παρόμοιας με αυτές των σύγχρονων κυττάρων, η οποία όμως είναι ικανή να διαιρείται χωρίς τον πολύπλοκο μηχανισμό που διαθέτουν τα σύγχρονα κύτταρα. Ένας άλλος επιστήμονας, ο διάσημος Αμερικανός γενετιστής Jack Szostak, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ, προσπαθεί να τελειοποιήσει ένα συνθετικό ζωικό σύστημα που είναι ικανό να αναπαράγεται ακολουθώντας δαρβινική εξελικτική πορεία.

Η συνταγή για τα συνθετικά γονιδιώματα

Εντελώς διαφορετική κατεύθυνση φαίνεται να ακολουθούν οι έρευνες του επιφανούς μοριακού γενετιστή Graig Venter και της ομάδας του. Αυτός ο ιδιόρρυθμος ερευνητής-μπίζνεσμαν είναι παγκοσμίως γνωστός επειδή ήταν ο πρώτος που κατάφερε να αποκρυπτογραφήσει το ανθρώπινο γονιδίωμα, ενώ αμφίβολη φήμη απέκτησε επιχειρώντας να κατοχυρώσει νομικά τα δικαιώματα για οικονομική εκμετάλλευση των γονιδιωμάτων ορισμένων ζώων.

Παρ' όλα αυτά, τα τελευταία δύο χρόνια ο Venter και οι συνεργάτες του στο Graig Venter Institute στο Maryland (ΗΠΑ) έχουν πραγματοποιήσει εντυπωσιακές έρευνες στον τομέα της συνθετικής βιολογίας. Έχοντας εντοπίσει σε ένα βακτηρίδιο τον οργανισμό με το απλούστερο γονιδίωμα πάνω στη Γη, πέτυχαν να περιορίσουν και κατόπιν να μεταμοσχεύσουν αυτό το γονιδίωμα σε ένα διαφορετικό βακτηρίδιο δημιουργώντας το πρώτο συνθετικό βακτηρίδιο!

Το συγκεκριμένο βακτηρίδιο ονομάζεται Mycoplasma Genitalium και κατέχει δύο αναμφισβήτητα μοναδικές πρωτιές: αφενός έχει το μικρότερο γονιδίωμα (αριθμό γονιδίων) από κάθε άλλο ζωντανό οργανισμό και αφετέρου είναι ο πρώτος οργανισμός του οποίου το συνολικό γονιδίωμα κατάφεραν, πριν από δύο χρόνια, οι ερευνητές να το μεταφέρουν σε άλλο βακτηρίδιο δημιουργώντας έναν μικροοργανισμό με εντελώς νέα ταυτότητα. Ενώ, σε μια δεύτερη φάση πριν από λίγους μήνες, κατάφεραν να «σπάσουν» τα γονίδιά του και κατόπιν να τα ανασυγκροτήσουν πλήρως μέσω μιας αμιγώς συνθετικής μεθόδου. Αυτό το σημαντικό βιοτεχνολογικό επίτευγμα δημοσιεύτηκε τον περασμένο Ιανουάριο στο περιοδικό «Science».

Απώτερος στόχος αυτών των πρωτοποριακών ερευνών, όπως παραδέχεται ο ίδιος ο Venter, είναι να δημιουργηθούν στο άμεσο μέλλον απολύτως νέοι συνθετικοί μικροοργανισμοί ικανοί να παράγουν μαζικά βιολογικά καύσιμα, να αφομοιώνουν το διοξείδιο του άνθρακα και άλλες μολυσματικές ουσίες από το περιβάλλον ή και να παράγουν νέες σπάνιες φαρμακευτικές ουσίες.

Ομως οι νέοι συνθετικοί οργανισμοί δεν ξυπνούν μόνο τις πιο τρελές τεχνολογικές ελπίδες μας, ξυπνούν επίσης και τους πιο τρελούς φόβους μας και αγωνίες (βλ. πλαίσιο). Ποιος αλήθεια μπορεί να μας εγγυηθεί ότι στο μέλλον η μαζική εισαγωγή τέτοιων συνθετικών οργανισμών δεν θα προκαλέσει σοβαρές διαταραχές στο περιβάλλον ή ότι δεν θα τους συμβούν ποτέ μεταλλάξεις με απρόβλεπτες συνέπειες για τη ζωή των ανθρώπων; Το κυνικό σχόλιο του Steen Rasmussen, παγκοσμίου φήμης ειδικού σε αυτόν τον τομέα έρευνας, είναι ότι «το πρόβλημα πλέον δεν είναι "αν" θα πραγματοποιηθεί ή όχι η συνθετική ζωή, αλλά "πότε" θα συμβεί αυτό».

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την Ελευθεροτυπία του Σαββάτου, 23 Οκτωβρίου 2008.

Από τη βιολογία στη βιο-αλχημεία

Όλο και περισσότεροι επιστήμονες προβληματίζονται για τις σοβαρές κοινωνικές, βιοηθικές και οικολογικές ανατροπές που θα επιφέρουν οι εφαρμογές της συνθετικής βιολογίας. Ορισμένοι, μάλιστα, την περιγράφουν με τα πιο μελανά χρώματα και τη θεωρούν, αυθαίρετα, ως τη σύγχρονη εκδοχή της μεσαιωνικής αλχημείας, ένα είδος μεταμοντέρνας βιο-αλχημείας ...

Ενα επιχείρημα, που επανέρχεται συχνά, είναι ότι η σύγχρονη επιστήμη έχει αναλάβει σήμερα το ρόλο του Θεού: με τις νέες τεχνολογικές δυνατότητες που έχει στη διάθεσή της μπορεί, υποτίθεται, να διαμορφώνει κατά βούληση τη ζωή και το μέλλον όλων των έμβιων όντων, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου. Οπως συνέβη με τη γενετική μηχανική πριν από δύο δεκαετίες, η συνθετική βιολογία σήμερα θεωρείται σοβαρή απειλή για το μέλλον της ανθρωπότητας.

Οι ειδικοί επιστήμονες, που εργάζονται σε αυτό το πεδίο, προσπαθούν -λιγότερο ή περισσότερο επιτυχώς- να αντικρούσουν αυτές τις κατηγορίες και επιμένουν ότι οι νέες μέθοδοι είναι απολύτως ασφαλείς και δεν εγκυμονούν κανένα κίνδυνο. Ο Graig Venter, για παράδειγμα, αρνείται κατηγορηματικά ότι η σύγχρονη βιολογία έχει αναλάβει το ρόλο του Θεού: «Αυτό είναι απλώς ένα επιχείρημα εντυπωσιασμού επινοημένο από τα μέσα επικοινωνίας. Οσο η ανθρώπινη γνώση επεκτείνεται σταδιακά σε νέα πεδία, οι θρησκείες θα πρέπει να προσαρμόζονται στα νέα δεδομένα».

Αντίθετα, οι πολυάριθμοι επικριτές των πρακτικών της «συνθετικής βιολογίας», μεταξύ των οποίων και 35 γνωστές περιβαλλοντικές και οικολογικές οργανώσεις, επιμένουν ότι δεν διαθέτουμε σήμερα ένα αρκετά σαφές νομοθετικό πλαίσιο ή έστω σαφείς κανόνες για τη ρύθμιση και τον έλεγχο αυτών των νέων πειραμάτων και των ενδεχόμενων βιομηχανικών εφαρμογών τους.

Μήπως οι πρόσφατες πρόοδοι στον τομέα έρευνας της συνθετικής βιολογίας επιβάλλουν την ύπαρξη μιας νέας «συνθετικής βιοηθικής» ή ενός νέου νομοθετικού πλαισίου για την αντιμετώπιση πιθανών κινδύνων και μελλοντικών προβλημάτων; Μάλλον όχι ή, ακριβέστερα, όχι ακόμη, αφού αυτές οι τεχνικές βρίσκονται για την ώρα σε ένα πολύ πρώιμο στάδιο της ανάπτυξής τους. Καμιά άμεση πρακτική εφαρμογή των συνθετικών μεθόδων δεν προβλέπεται για το άμεσο και ίσως ούτε καν για το απώτερο μέλλον. Συνεπώς, καμιά λήψη άμεσων μέτρων δεν φαίνεται να απαιτείται σήμερα. Εξάλλου, θα άξιζε να υπενθυμίσουμε ότι ο υπερβολικός έλεγχος και οι πιθανές απαγορεύσεις της βασικής επιστημονικής έρευνας εγκυμονούν πολύ σοβαρότερους και πιο ρεαλιστικούς κινδύνους.

Ωστόσο το ίδιο το γεγονός ότι τίθενται επιτακτικά κάποια, έστω και αφελή, ερωτήματα σχετικά με τους κινδύνους που εγκυμονούν ορισμένες πρόσφατες εξελίξεις στις βιοεπιστήμες, υποκρύπτει τη βαθύτερη ανησυχία ή και το φόβο των μη ειδικών, δηλαδή της πλειονότητας των πολιτών, για τις εφαρμογές της επιστήμης. Αυτό το γεγονός υποδεικνύει, με τη σειρά του, τη ζωτική ανάγκη που υπάρχει σήμερα για περισσότερη και εγκυρότερη ενημέρωση σχετικά με τις κατακτήσεις και τις εφαρμογές της σύγχρονης επιστήμης.

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την Ελευθεροτυπία του Σαββάτου, 23 Οκτωβρίου 2008.