Σύνταξη – Επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης
Κανείς δεν ξέρει τι κάνει – στην πραγματικότητα – περίπου το ένα πέμπτο των γονιδίων μας. Ελπίζεται ότι μπορούν να κρύβουν το μυστικό για τη διόρθωση διαταραχών ανάπτυξης, έλεγχο του καρκίνου των νευροεκφυλιστικών νόσων και πολλών άλλων.
Το Human Genome Project, που ξεκίνησε το 1990, αποκάλυψε την πρώτη ανάγνωση της αλληλουχίας του ανθρώπινου DNA με μεγάλο θαυμασμό, το 2000. Το ανθρώπινο γονιδίωμα δηλώθηκε ουσιαστικά ολοκληρωμένο το 2003 – αλλά χρειάστηκαν σχεδόν 20 χρόνια ακόμη μέχρι να κυκλοφορήσει η τελική, πλήρης έκδοση.
Ωστόσο, αυτό δεν σήμανε το τέλος του γενετικού παζλ της ανθρωπότητας. Μια νέα μελέτη χαρτογράφησε το χάσμα μεταξύ της ανάγνωσης των γονιδίων μας και της κατανόησής τους. Τεράστια τμήματα του γονιδιώματος – περιοχές που οι συγγραφείς της μελέτης έχουν δώσει το παρατσούκλι «Unknome» – αποτελούνται από γονίδια των οποίων τη λειτουργία δεν γνωρίζουμε ακόμη.
Αυτό έχει σημαντικές επιπτώσεις για την ιατρική: Τα γονίδια είναι οι οδηγίες για την κατασκευή των πρωτεϊνικών δομικών στοιχείων του σώματος. Πολλά από αυτά που εξακολουθούν να αποτελούν μυστήριο και θα μπορούσαν να έχουν βαθιά ιατρική σημασία – ίσως να κρατούν τα κλειδιά για διαταραχές ανάπτυξης, καρκίνο, νευροεκφυλισμό και πολλά άλλα.
Η μελέτη καθιστά απόλυτα σαφές πόσα σημαντικά γονίδια γνωρίζουμε ελάχιστα έως και καθόλου. Υπολογίζεται ότι η λειτουργία του ενός πέμπτου των ανθρώπινων γονιδίων με ζωτική σημασία εξακολουθεί να παραμένει ουσιαστικά άγνωστο. Τα καλά νέα είναι ότι η έρευνα περιγράφει επίσης τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες μπορούν να επικεντρωθούν σε αυτά τα μυστήρια γονίδια. «Μπορεί τώρα να βρισκόμαστε στην αρχή του τέλους του Unknome», λέει ο Matthew Freeman από το Dunn School of Pathology στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, συν-συγγραφέας της μελέτης.
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε δύο εργαλεία για να βρει τα κενά στις γνώσεις μας. Πρώτον, μελετώντας την πληθώρα των υπαρχουσών βάσεων δεδομένων γενετικών πληροφοριών, συνέκριναν τους γενετικούς κώδικες πολλών διαφορετικών ειδών για να αποκαλύψουν γονίδια που μοιάζουν κατά προσέγγιση. Αυτά τα μικρά, επαναλαμβανόμενα κομμάτια σε ένα γενετικό θέμα είναι γνωστά ως διατηρημένα γονίδια, και ακόμα κι αν δεν καταλαβαίνουμε τι κάνουν, ξέρουμε ότι πρέπει να είναι σημαντικά επειδή η φύση είναι φειδωλή και τείνει να χρησιμοποιεί τον ίδιο γενετικό μηχανισμό για να κάνει σημαντικές δουλειές σε διαφορετικούς οργανισμούς. «Το μόνο πράγμα για το οποίο θα μπορούσαμε να είμαστε σίγουροι είναι ότι, αν είναι σημαντικά, αυτά τα γονίδια θα ήταν αρκετά καλά διατηρημένα σε όλη την διαδικασία της εξέλιξης των ειδών», λέει ο Freeman.
Μόλις εντόπισαν παρόμοια γενετικά επαναλαμβανόμενα μικρά κομμάτια σε σκουλήκια, ανθρώπους, μύγες, βακτήρια και άλλους οργανισμούς, οι ερευνητές μπόρεσαν να εξετάσουν τι ήταν γνωστό για τη λειτουργία αυτών των σαφώς σημαντικών γονιδίων και να τα βαθμολογήσουν ανάλογα, με την υψηλή βαθμολογία «κατανόησης» να αντικατοπτρίζει τη στέρεα γνώση.
Επειδή τόσες πολλές γενετικές πληροφορίες είναι ήδη διαθέσιμες σε εκατοντάδες γονιδιώματα και έχουν καταγραφεί με τυποποιημένο τρόπο, ήταν δυνατό να αυτοματοποιηθεί η διαδικασία βαθμολόγησης. «Στη συνέχεια ρωτήσαμε πόσα από αυτά τα (διατηρημένα γονίδια) έχουν βαθμολογία μικρότερη από ένα, όπου ουσιαστικά τίποτα δεν είναι γνωστό για αυτά», λέει ο Freeman. «Προς έκπληξή μας, δύο δεκαετίες μετά ανακάλυψη του πρώτου ανθρώπινου γονιδιώματος, ο αριθμός τους εξακολουθεί να παραμένει υψηλός», συνεχίζει. Συνολικά, ο ολικός αριθμός των ανθρώπινων γονιδίων με βαθμολογία κατανόησης 1 ή λιγότερο είναι επί του παρόντος 1.723 από συνολικά 19.664.
Με την ίδια λογική, τα 10 κορυφαία γονίδια που εντοπίστηκαν από την έρευνα της ομάδας στις γενετικές βάσεις δεδομένων αντιστοιχούσαν με «όλα τα πιο διάσημα γονίδια, κάτι που είναι καθησυχαστικό», λέει ο Sean Munro του Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας στο Κέιμπριτζ, συν-συγγραφέας της μελέτης. «Αναγνωρίσαμε κάθε ένα από αυτά, και υπάρχουν ήδη χιλιάδες εργασίες για καθένα από αυτά», συμπληρώνει.
Προκειμένου να διερευνήσει τον σημαντικό αριθμό αγνώστων γονιδίων, η ομάδα διεξήγαγε μια ακόμη μελέτη, χρησιμοποιώντας τον καλύτερα κατανοητό (σε γενετικό επίπεδο) οργανισμό από όλους: τη Drosophila melanogaster. Οι φρουτόμυγες αποτελούν αντικείμενο έρευνας για περισσότερο από έναν αιώνα, επειδή είναι εύκολο και φθηνό να αναπαραχθούν, έχουν σύντομο κύκλο ζωής, παράγουν πολλούς απογόνους και μπορούν να τροποποιηθούν γενετικά με πολλούς τρόπους.
Η ομάδα χρησιμοποίησε επεξεργασία γονιδίων προκειμένου να περιορίσει τον αριθμό των γονιδίων χαμηλής βαθμολογίας που βρέθηκαν τόσο σε ανθρώπους όσο και σε μύγες φρούτων, σε περίπου 300. «Διαπιστώσαμε ότι το ένα τέταρτο αυτών των άγνωστων γονιδίων ήταν θανατηφόρα – όταν απομακρύνθηκαν, προκάλεσαν τον θάνατο των μυγών, και ωστόσο κανείς δεν έχει μάθει ποτέ τίποτα για αυτά», λέει ο Freeman. «Άλλο ένα 25% από αυτά προκάλεσαν αλλαγές στους φαινοτύπους των μυγών, που μπορέσαμε να εντοπίσουμε με πολλούς τρόπους», προσθέτει. Αυτά τα γονίδια συνδέθηκαν με τη γονιμότητα, την ανάπτυξη, την κίνηση, τον ποιοτικό έλεγχο των πρωτεϊνών και την ανθεκτικότητα στο στρες. «Το ότι τόσα πολλά θεμελιώδη γονίδια δεν είναι κατανοητά, ήταν εντυπωσιακό», λέει ο Freeman. Είναι πιθανό ότι οι παραλλαγές σε αυτά τα γονίδια θα μπορούσε να έχει πολύ μεγάλες επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία.
Όλες αυτές οι πληροφορίες σχετικά με τα «unknomics» φυλάσσονται σε μια βάση δεδομένων, την οποία η ομάδα καθιστά διαθέσιμη σε άλλους ερευνητές για χρήση, προκειμένου να ανακαλύψουν νέα κεφάλαια της βιολογίας. Το επόμενο βήμα μπορεί να είναι η παράδοση των δεδομένων για αυτά τα μυστηριώδη γονίδια και τις μυστηριώδεις πρωτεΐνες που δημιουργούν, στην τεχνητή νοημοσύνη.
«Το AlphaFold του DeepMind, για παράδειγμα, μπορεί να παρέχει σημαντικές πληροφορίες για το τι κάνουν οι μυστηριώδεις πρωτεΐνες, κυρίως αποκαλύπτοντας πώς αλληλοεπιδρούν με άλλες πρωτεΐνες», λέει ο Alex Bateman του Ευρωπαϊκού Ινστιτούτου Βιοπληροφορικής, που εδρεύει στο Κέιμπριτζ του Ηνωμένου Βασιλείου. «Το ίδιο μπορεί να κάνει και το cryo-EM, το οποίο είναι ένας τρόπος παραγωγής εικόνων μεγάλων, πολύπλοκων μορίων», προσθέτει. Μια ομάδα του University College του Λονδίνου έδειξε έναν συστηματικό τρόπο χρήσης μηχανικής μάθησης για να καταλάβει τι κάνουν οι πρωτεΐνες στη μαγιά.
Το «Unknome» είναι ασυνήθιστο καθώς είναι μια βάση δεδομένων βιολογίας που θα συρρικνωθεί, όσο το καταλαβαίνουμε καλύτερα. Η μελέτη δείχνει ότι κατά την τελευταία δεκαετία «έχουμε μετακινηθεί από το 40% στο 20% του ανθρώπινου πρωτεώματος που εξακολουθεί να μην είναι κατανοητό σε κάποιο βαθμό», λέει ο Bateman. Ωστόσο, με τους τρέχοντες ρυθμούς προόδου, η επεξεργασία της λειτουργίας όλων των ανθρώπινων γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες, θα μπορούσε να διαρκέσει περισσότερο από μισό αιώνα, εκτιμά ο Freeman.
Η ανακάλυψη ότι η λειτουργία τόσων πολλών γονιδίων παραμένει αδιευκρίνιστη, αντανακλά μια παρατηρητική προκατάληψη που εμφανίζεται όταν οι άνθρωποι αναζητούν μόνο κάτι σε ένα σχετικά εύκολο πεδίο. Σε αυτή την περίπτωση, έχει προκαλέσει αυτό που οι Freeman και Munro αποκαλούν «προκατάληψη στη βιολογική έρευνα προς το προηγουμένως μελετημένο». Το ίδιο ισχύει για τους ερευνητές, οι οποίοι τείνουν να λαμβάνουν χρηματοδότηση για έρευνα σε σχετικά καλά κατανοητές περιοχές, αντί να πάνε σε αυτό που ο Freeman αποκαλεί την έρημο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η βάση δεδομένων είναι τόσο σημαντική, εξηγεί ο Munro – αντεπιτίθεται στην οικονομία του ακαδημαϊκού χώρου, η οποία αποφεύγει πράγματα που είναι πολύ ελάχιστα κατανοητά. «Υπάρχει ανάγκη για έναν διαφορετικό τύπο υποστήριξης για την έρευνα αυτών των αγνώστων», λέει ο Munro.
Όμως, ακόμη και με τη διαθεσιμότητα της βάσης δεδομένων και την προσέλκυση ερευνητών, θα εξακολουθήσουν να υπάρχουν κάποια τυφλά σημεία γνώσης. Η μελέτη επικεντρώθηκε στα γονίδια που είναι υπεύθυνα για τις πρωτεΐνες. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, αχαρτογράφητες περιοχές του γονιδιώματος έχουν επίσης βρεθεί ότι φιλοξενούν τον κώδικα για μικρά RNA – υπολείμματα γενετικού υλικού που μπορούν να επηρεάσουν άλλα γονίδια και τα οποία είναι κρίσιμοι ρυθμιστές της φυσιολογικής ανάπτυξης και των σωματικών λειτουργιών. Μπορεί να υπάρχουν περισσότερα «άγνωστα άγνωστα» που κρύβονται στο ανθρώπινο γονιδίωμα.
Προς το παρόν, παραμένουν ακόμη πολλά προς διερεύνηση και ο Freeman ελπίζει ότι η έρευνα τους θα ενθαρρύνει άλλους να μελετήσουν τη γενετική Terra Incognita: «Υπάρχει περισσότερο από αρκετό «Unknome» για όποιον θέλει να εξερευνήσει πραγματικά την νέα βιολογία», καταλήγει ο ίδιος.
