Sunday, 04 December 2022
Back You are here: Αρχική

Με 100 δολάρια μπορεί να γίνει ανάγνωση του γονιδιώματος (DNA) μας!

To κόστος ανάλυσης του DNA ενός ανθρώπου μειώθηκε σε διάστημα 20 ετών, από το 2003 έως το 2022, κατά ένα εκατομμύριο φορές. Αυτό σημαίνει ότι πλέον αναμένονται σημαντικές πρόοδοι στη Βιολογία, την Υγεία, την Ιολογία, την Κτηνοτροφία, την Γεωργία και την Οικονομία. Λόγω του χαμηλού κόστους η γονιδιωματική θα είναι διαθέσιμη τόσο στη βελτίωση της απόδοσης των καλλιεργούμενων/εκτρεφόμενων ειδών, όσο και στην ιατρική γιατί θα να είναι διαθέσιμη σε όλους τους ασθενείς, πλούσιους ή φτωχούς.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Οι παππούδες μας δεν γνώριζαν καν τι είναι το γονιδίωμα. Οι γονείς μας ναι μεν είναι ενημερωμένοι αλλά μόνο εγκυκλοπαιδικά, καθώς η πρώτη πλήρης ανάγνωση ενός δείγματος ανθρώπινου DNA ολοκληρώθηκε μόλις το 2003, ο «χρόνος ανάγνωσης» διήρκησε 10 χρόνια και το κόστος ανήλθε περίπου στα 100 εκατ. δολάρια.

   Σήμερα, τα περισσότερα από 3 δισεκατομμύρια γράμματα στο ανθρώπινο γονιδίωμα μπορούν να αναλυθούν από δύο τουλάχιστον εταιρείες για 100 δολάρια και «ο χρόνος ανάγνωσης» διαρκεί μόλις μερικές ώρες. Κάποιοι ανταγωνιστές διαφωνούν με το διαφημιζόμενο χαμηλό κόστος των $100. Λένε ότι αυτό το κόστος καλύπτει μόνο τα αντιδραστήρια, όχι τα στάδια εργασίας, πριν και μετά τον προσδιορισμό της αλληλουχίας του DNA, και την δαπάνη για τη αγορά των μηχανημάτων. Ακόμα και αν το ποσό των 100 $ είναι υποεκτίμηση του πραγματικού, τώρα πλέον και άλλες εταιρείες υπόσχονται ανάλυση του ανθρώπινου DNAμε 100 $.

   Για να πραγματοποιηθεί αυτό το εξαιρετικά χαμηλό κόστος οι εταιρείες χρειάζονται να προβούν στην ανάλυση των αλληλουχιών σε εκατοντάδες γονιδιώματα. Αλλά η αλληλουχία υψηλής απόδοση ίσως δεν είναι πάντα καλή για την κλινική πρακτική, ακόμη και εάν είναι καλή οικονομικά, επειδή συνήθως ένας γιατρός χρειάζεται να αναλυθούν τα γονιδιώματα ενός ή λίγων ασθενών και όχι χιλιάδων. Ακόμη όμως και σε αυτήν την περίπτωση, υπάρχουν εταιρείες, π.χ. Element Biosciences, που μπορεί να προσδιορίσει την αλληλουχία του DNAτριών ασθενών κάθε φορά, με κόστος μόνο 560 $ το καθένα.

   Ως εκ τούτου, αυτή είναι η χρονιά της μεγάλης ανατροπής στη βιολογία, την υγεία, την ιολογία, την κτηνοτροφία, την γεωργία και την οικονομία. Γιατί; Η αλληλουχία DNA είναι ζωτικής σημασίας σε πεδία από τη βασική βιολογία έως την ιολογία, τη βελτίωση της απόδοσης των καλλιεργούμενων/εκτρεφόμενων ειδών και την ανθρώπινη εξέλιξη. Οι κλινικοί γιατροί ζητούν να την αξιοποιήσουν για την έγκαιρη ανίχνευση καρκίνου και άλλων ασθενειών και οι βιολόγοι βρίσκουν ολοένα και περισσότερους τρόπους να χρησιμοποιούν τη γονιδιωματική για τη μελέτη μεμονωμένων κυττάρων. Ως εκ τούτου βρισκόμαστε στην έναρξη της επόμενης επανάστασης στην αλληλούχηση του DNAκαι στις πολυποίκιλες εφαρμογές της. Ας δώσουμε συνοπτικά ορισμένα παραδείγματα.

Α) ΒΙΟΛΟΓΙΑ

ΑΝΑΤΡΟΠΗ ΣΕ ΕΝΑ ΑΚΟΜΗ ΔΟΓΜΑ ΤΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ;    Γνωρίζουμε ότι μονάδες τριών γραμμάτων σε αλληλουχίες DNA, γνωστές ως κωδικόνια (κωδικά), προσδιορίζουν καθένα από τα 20 αμινοξέα που αποτελούν δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών. Περιστασιακά, εμφανίζονται ορθογραφικά λάθη σε ένα γράμμα στον γενετικό κώδικα, γνωστά ως σημειακές μεταλλάξεις. Οι σημειακές μεταλλάξεις που αλλάζουν τις προκύπτουσες πρωτεϊνικές αλληλουχίες ονομάζονται μη συνώνυμες μεταλλάξεις, ενώ αυτές που δεν αλλάζουν τις πρωτεϊνικές αλληλουχίες ονομάζονται σιωπηλές ή συνώνυμες μεταλλάξεις. Μεταξύ του ενός τρίτου και του ενός τετάρτου των σημειακών μεταλλάξεων σε αλληλουχίες DNA που κωδικοποιούν πρωτεΐνες είναι συνώνυμες. Από τότε που αποκωδικοποιήθηκε ο γενετικός κώδικας, αυτές οι μεταλλάξεις γενικά θεωρείται ότι είναι ουδέτερες ή σχεδόν ουδέτερες.   Βιολόγοι όμως του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν απέδειξαν ότι οι περισσότερες «σιωπηλές» γενετικές μεταλλάξεις είναι επιβλαβείς, όχι ουδέτερες, ένα εύρημα με ευρείες επιπτώσεις στη μελέτη των μοριακών μηχανισμών ανθρώπινων ασθενειών.

   Β) ΥΓΕΙΑ

   Β.1. Ερευνητές μελέτησαν την πλήρη αλληλουχία του DNA σε χιλιάδες δείγματα από ασθενείς με 19 διαφορετικούς τύπους καρκίνου – μαστού, παχέος εντέρου, προστάτη, εγκεφάλου και άλλους – και εντόπισαν συγκεκριμένες “μεταλλαγμένες υπογραφές” που παρέχουν ενδείξεις για το εάν ένας ασθενής είχε στο παρελθόν έκθεση σε περιβαλλοντικές αιτίες καρκίνου, όπως το κάπνισμα ή την υπεριώδη ακτινοβολία.   Ο λόγος που είναι σημαντικός ο εντοπισμός μεταλλακτικών υπογραφών είναι επειδή είναι σαν τα δακτυλικά αποτυπώματα στον τόπο του εγκλήματος. Με βάση ένα συγκεκριμένο μεταλλακτικό μοτίβο, ο εξειδικευμένος γιατρός μπορεί να προτείνει μια συγκεκριμένη πορεία θεραπευτικής αγωγής, όπως η ανοσοθεραπεία ή γονιδιακή θεραπεία ανάλογα με τις μεταλλάξεις στο DNA του καρκινικού όγκου. Δηλ να εφαρμοστεί Ιατρική Ακρίβειας. Αναφέρεται σε μια νέα προσέγγιση της ιατρικής που προσαρμόζει την περίθαλψη στις ιδιαίτερες ανάγκες κάθε ξεχωριστού ασθενούς με βάση το γενετικό προφίλ του και τα κλινικά ευρήματα. Υπάρχει στη χώρα μας Εθνικό Δίκτυο Ιατρικής Ακριβείας στην Ογκολογία.

Β.2. Ιατρική ακρίβειας στη θεραπεία καρκίνων.

Β.2.α) Ο καρκίνος του παχέος εντέρου αποτελεί τον τρίτο σε συχνότητα καρκίνο στους ΄Ελληνες. Σε μικρή ομάδα ασθενών χορηγήθηκε ένα μονοκλωνικό αντίσωμα (dotarlimab = δοσταρλιμάμπη), κάθε 3 εβδομάδες για 6 μήνες. Έναν χρόνο μετά την ολοκλήρωση της δοκιμής, σε καθέναν από τους συμμετέχοντες η νόσος πέρασε σε πλήρη ίαση. Η θεραπεία εφαρμόζεται σε όσους έχουν όγκους με συγκεκριμένη γενετική (DNA) σύσταση (περίπου 15% των περιτπώσεων), γνωστή ως αδυνατότητα επιδιόρθωσης λανθασμένων συζεύξεων των βάσεων του DNA λόγω μεταλλάξεων σε γνωστά γονίδια. Το μήνυμά αυτής της εργασίας είναι: «Εξεταστείτε εάν έχετε καρκίνο του παχέος εντέρου για να δείτε εάν ο όγκος σας έχει το ‘μοριακό αποτύπωμα’ συγκεκριμένης μετάλλαξης.

     Λαμβάνοντας υπόψη ότι το κόστος ανάλυσης του DNA ενός ανθρώπου μειώθηκε σε διάστημα 20 ετών, από το 2003 έως το 2022, κατά ένα εκατομμύριο φορές είναι πλέον δυνατή η εξατομικευμένη πρόληψη, θεραπεία των ασθενειών, καθώς και φροντίδα για όλους τους ΄Ελληνες. Το έργο αυτό μπορεί να «εκδημοκρατίσει» την γονιδιωματική ιατρική έτσι ώστε να είναι διαθέσιμη σε όλους τους ασθενείς (πλούσιους ή φτωχούς) με κόστος περίπου 1000 ευρώ κατ’ άτομο.

Γ. ΙΟΛΟΓΙΑ

Γ.1.    DNA και Προδιάθεση για σοβαρό Covid-19

Περισσότερα από 1000 γονίδια μπορεί να συμβάλλουν στον κίνδυνο ενός ατόμου να αναπτύξει σοβαρό Covid-19, πέρα από τις συνθήκες ζωής του, όπως η ηλικία, η καταγωγή του και τυχόν ύπαρξη υποκείμενων νοσημάτων. Τα γονίδια αυτά συμβάλλουν στην λειτουργία ενός συγκεκριμένου τύπου λευκών αιμοσφαιρίων, που είναι γνωστά ως   “Φυσικά Φονικά Κύτταρα”. Αυτά αποτελούν τον τρίτο μεγάλο αριθμητικά πληθυσμό “Λεμφοκυττάρων” και παίζουν σημαντικό ρόλο στην “Πρώτη Γραμμή Άμυνας του Ανοσοποιητικού Συστήματος” (την Φυσική Ανοσία). Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο στοχευμένες θεραπείες και στην πιθανή μελλοντική πρόγνωση ποια άτομα κινδυνεύουν περισσότερο από τον κορωνοϊό.

Γ.2. ΄Έγκαιρη ιχνηλάτηση των κυρίαρχων παραλλαγών το κορωνοϊού που προκαλούν ανησυχία.

Η πανδημία του κορωνοϊού SARS-CoV-2 έχει χαρακτηριστεί από πολλά διαφορετικά κύματα μετάδοσης που ξεκινούν από νέες παραλλαγές που αντικαθιστούν τις παλαιότερες. Δεδομένου αυτού του τρόπου εμφάνισης, υπάρχει προφανής ανάγκη για την έγκαιρη ανίχνευση νέων παραλλαγών για την πρόληψη υπερβολικών θανάτων. Ερευνητές χρησιμοποιώντας 6 εκατομμύρια γονιδιώματα RNAτου ιού SARS-CoV-2 έδειξαν πώς μπορεί να εκτιμηθεί η επίδραση των γενετικών μεταλλάξεων στην ικανότητα του ιού να πολλαπλασιάζεται για να εξαπλωθεί σε έναν πληθυσμό. Με βάση αυτά τα στοιχεία οι ερευνητές έχουν αναπτύξει ένα μοντέλο για να συγκρίνουν τη σχετική μεταδοτικότητα όλων των ιικών παραλλαγών. Χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο, οι αναδυόμενες παραλλαγές μπορούν να εντοπιστούν έγκαιρα μαζί με τις μεταλλάξεις που συμβάλλουν στη μεταδοτικότητα, όχι μόνο στην περιοχή τη ακίδας του ιού, αλλά και σε άλλες ιικές πρωτεΐνες. Η δυνατότητα αυτή θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης για να βοηθήσει τους αξιωματούχους της δημόσιας υγείας να προετοιμαστούν για μελλοντικά κύματα COVID-19.

Δ. ΓΕΝΕΤΙΚΗ/ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΙΚΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΖΩΩΝ

Τα αγροτικά ζώα έχουν παίξει κρίσιμο ρόλο στην κάλυψη των διατροφικών απαιτήσεων του ανθρώπου για τρόφιμα και φυτικές ίνες. Αυτά παρέχουν σήμερα το 18% των συνολικών θερμίδων και το 39% των καταναλωμένης πρωτεΐνης. Εκτός από την τροφή, τα ζωικά υποπροϊόντα έχουν χρήσεις σε φαρμακευτικές, καλλυντικές ουσίες, αλλά και σε οικιακά και βιομηχανικά προϊόντα.

   Πρωταρχικός στόχος της έρευνας στη γονιδιωματική των ζώων είναι η χρήση γονιδιωματικής πληροφορίας για τη βελτίωση της ανταπόκρισης των ζώων σε επιλογή. Το καλύτερο παράδειγμα εφαρμογής γονιδιωματικής τεχνολογίας προέρχεται από τα βοοειδή γαλακτοπαραγωγής των Η.Π.Α. Η επιτυχία αυτής της προσπάθειας εξαρτιόταν από μια συνεργασία επιστημόνων, ενώσεις κτηνοτρόφων, γενετικών εταιρειών και εταιρείες βιοτεχνολογίας. Ο κοινός στόχος όλων των εταίρων ήταν η ανάπτυξη και η εμπορευματοποίηση μιας δοκιμασίας γενότυπου που θα βελτίωνε σημαντικά την ακρίβεια επιλογής ζώων, επιτρέποντας έτσι αξιοσημείωες μειώσεις στα μεσοδιάστημα γενεών και τη δυνατότητα επιλογής σε νέα χαρακτηριστικά όπως π.χ αποδοτικότητα παραγωγής κρέατος ή γάλακτος. Η γαλακτοκομική βιομηχανία οδήγησε τη γεωργογονιδιωματική επανάσταση με την εφαρμογή γενετικών προβλέψεων με χρήση της γονιδιωματικής. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, περισσότερα από 2 εκατομμύρια βοοειδή γαλακτοπαραγωγής (κυρίως θηλυκά) από 5 φυλές έχουν ενσωματώσει πληροφορίες γονιδιώματος στην εθνική γενετική αξιολόγηση γαλακτοκομικών προϊόντων. Ο αντίκτυπος για τη γενετική βελτίωση ήταν πολύ σημαντικη, για παράδειγμα, η συνολική οικονομική αξία στα γαλακτοκομικά

ζώα, σχεδόν διπλασιάστηκε ως προς την κερδοφορία.

   Οι εταιρείες εκτροφής χοίρων χρησιμοποιούν, επίσης, τις πληροφορίες από το γονιδίωμα για την επιτάχυνση, περίπου 30%, της γενετικής βελτίωσης.

   Τελικά, οι τεχνολογίες του ζωικού γονιδιώματος έχουν γίνει μέρος των βασικών στρατηγικών γεωργικής παραγωγής που χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της υγείας των ζώων, της ευημερίας, της αποδοτικότητας της παραγωγής και της ποιότητας των προϊόντων με τρόπους που ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις των αυξανόμενων παγκόσμιων πληθυσμών.

Ε. ΓΕΝΕΤΙΚΗ/ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΙΚΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΗΣ ΦΥΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ

Η γεωργία του 21ου αιώνα αντιμετωπίζει πολλές προκλήσεις, συμπεριλαμβανομένων των νέων αναδυόμενων αβιοτικών και βιοτικών καταπονήσεων και της πιθανής μείωσης της καλλιεργήσιμης γης. Αυτές οι προκλήσεις αποτελούν σοβαρές απειλές για την επισιτιστική ασφάλεια ενός συνεχώς αυξανόμενου παγκόσμιου πληθυσμού. Μία από τις λύσεις για την κάλυψη των διατροφικών απαιτήσεων είναι η ανάπτυξη ποικιλιών καλλιέργειας υψηλής απόδοσης με μεγαλύτερο γενετικό δυναμικό και αντοχή/ανοχή τόσο σε βιοτικές όσο και σε αβιοτικά στρες.

   Τις τελευταίες τρεις δεκαετίες, πολλά νέα εργαλεία και τεχνολογίες γονιδιωματικής (μοριακοί δείκτες, τεχνολογίες αλληλούχησης, μεθοδολογίες χαρτογράφησης γονιδιώματος, επεξεργασία του γενετικού υλικού) έχουν αναπτυχθεί, τα οποία έχουν αυξήσει τις γνώσεις και τις δυνατότητές μας για την αναπαραγωγή βελτιωμένων φυτικών ποικιλιών σε συντομότερο χρονικό διάστημα. Η πρόοδος στη γονιδιωματική, τα στατιστικά εργαλεία, τη βιοπληροφορική, τη φαινομενική, την επιστήμη των δεδομένων και πολλούς άλλους σχετικούς κλάδους μας βοηθούν να επιτύχουμε επιθυμητά γενετικά οφέλη στις καλλιέργειες, με γρήγορο αλλά βιώσιμο τρόπο. Για να αυξηθεί η γεωργική παραγωγικότητα για την κάλυψη των αναγκών σε τρόφιμα, υπάρχει ανάγκη συνδυασμού της παραδοσιακής αναπαραγωγής φυτών με εργαλεία και τεχνικές με σύγχρονες τεχνολογίες όπως υποβοηθούμενη από δείκτη/γονιδιωματική επιλογή και επεξεργασία γενετικού υλικού (π.χ. CRISPR-Cas). Ως εκ τούτου, υπάρχει πλέον επαρκής γνώση εφαρμογής αυτών των σύγχρονων εργαλείων για τη βελτίωση της φυτικής παραγωγής σε δεκάδες φυτικά είδη.

   Παράδειγμα. Το κοινό φασόλι (Phaseolus vulgaris) θεωρείται μια από τα κύριες καλλιέργειες οσπρίων παγκοσμίως. Η μελέτη της γενετικής ποικιλομορφίας οδήγησε στην ταυτοποίηση γενετικών δεικτών που επηρεάζουν την βελτιωμένη παραγωγή. Αυτοί οι δείκτες χρησιμοποιούνται σε κοινά προγράμματα αναπαραγωγής φασολιών παγκοσμίως.

Από τη διεθνή βιβλιογραφία προκύπτει ήδη η εφαρμογή πολλών σύγχρονων γονιδιωματικών εργαλείων για τη βελτίωση πολλών φυτικών καλλιεργειών, όπως των κύριων δημητριακών (σίτος, ρύζι, καλαμπόκι, κριθάρι), οσπρίων (ρεβίθια, μπιζέλια, φασόλια) και λαχανικών (λάχανο, πιπεριά, γογγύλι), αλλά και αγροτικών ειδών (ταύροι, χοίροι, κότες, πέστροφες). Πιστεύεται ότι οι πόροι και η γνώση που παράγονται μέσω της γονιδιωματικής θα βοηθήσει στην επίσπευση βελτίωση της καλλιέργειας και της εκτροφής, διαδραματίζοντας έτσι σημαντικό ρόλο στην αύξηση της φυτικής και ζωικής παραγωγής για μελλοντική επισιτιστική ασφάλεια του πληθυσμού της γης.

O Κωνσταντίνος Τριανταφυλλίδης είναι Ομότιμος Καθηγητής Γενετικής και Γενετικής του ανθρώπου Τμήμα Βιολογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης  - email:  This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

Βιωσιμη Αναπτυξη - Εντυπη Εκδοση

Το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο για τη Βιώσιμη Ανάπτυξη (EISD) εκδίδει το περιοδικό "Βιώσιμη Ανάπτυξηπου έχει
σαν στόχο την ενημέρωση κάθε ενδιαφερόμενου για θέματα που προάγουν τη Βιώσιμη Ανάπτυξη, με σκοπό την
πληροφόρηση και ευαισθητοποίηση σε θέματα ευημερίας του ανθρώπου, καταπολέμησης της φτώχειας,
προστασίας του περιβάλλοντος και ορθολογικής χρήσης των φυσικών πόρων.
 

  Κάντε Κλικ για να διαβάσετε το 13ο Τεύχος     

 

..

Social Network