Τι σχέση έχουν τα βακτήρια που αποικούν στο ανθρώπινο έντερο με την εκδήλωση σοβαρών νοσημάτων; Και πώς μπορεί η τροποποίηση του DNA τους να λειτουργήσει θεραπευτικά; Η επεξεργασία του γονιδιώματος των βακτηρίων του εντέρου θα «δημιουργήσει ένα εντελώς νέο πεδίο βιολογίας» τις επόμενες δεκαετίες, ήταν η απάντηση που βγήκε από τα χείλη της βραβευμένης με Νομπέλ γενετίστριας Τζένιφερ Ντούντνα, ανοίγοντας ένα παράθυρο στο επιστημονικό μέλλον, που δείχνει πως όλα είναι πιθανά.

Η ίδια… μίλησε την ίδια γλώσσα με το ακροατήριό της στην πρόσφατη Σύνοδο Κορυφής για την Επεξεργασία του Ανθρώπινου Γονιδιώματος, στο Λονδίνο. Για τους υπόλοιπους, όμως, όσα ειπώθηκαν στην επιστημονική αυτή συνάντηση πιθανόν να μοιάζουν με σενάρια επιστημονικής φαντασίας. Ή μήπως όχι;

Τα όσα περιέγραψε η καθηγήτρια του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ, σύμφωνα με δημοσίευμα των Times του Λονδίνου, στηρίζονται σε παρατηρήσεις δεκαετιών της επιστημονικής κοινότητας. Πολλά νοσήματα, από το Αλτσχάιμερ έως το άσθμα, έχουν συνδεθεί με τη σύνθεση του μικροβιώματος – δηλαδή, τα τρισεκατομμύρια μικρόβια που υπάρχουν στο υγιές ανθρώπινο έντερο. Ομως, το σύνθετο αυτό οικοσύστημα είναι δύσκολο να μελετηθεί, αν και τα τελευταία χρόνια έχει αναδειχθεί ως βασικό μονοπάτι για την ενίσχυση της αποτελεσματικότητας  της εξατομικευμένης θεραπείας.

Υπό το πρίσμα αυτό, η Τζένιφερ Ντούντνα επεσήμανε στην ίδια επιστημονική εκδήλωση πως υπάρχει μια σαφής ιατρική και επιστημονική ανάγκη να ελεγχθεί το μικροβίωμα.

Τι γνωρίζουμε σήμερα

«Γνωρίζουμε, για παράδειγμα, ότι είναι σημαντικός ο ρόλος του μικροβιώματος του ανθρώπινου εντέρου σε ασθένειες, συμπεριλαμβανομένων των λοιμώξεων, ακόμη και στον νευροεκφυλισμό», επεσήμανε η δρ Ντούντνα.

Υπάρχουν, όμως, και σημαντικοί περιορισμοί. «Επί του παρόντος, πολλές μελέτες σχετικά με το πώς το μικροβίωμα επηρεάζει την υγεία μας είναι βασισμένες σε συσχετίσεις και είναι κυρίως περιγραφικές: στερούνται λειτουργικής γνώσης για τις αλληλεπιδράσεις μικροβίου-μικροβίου και μικροβίου-ξενιστή» εξηγεί η Μαρία Γαζούλη, καθηγήτρια Βιολογίας/Γενετικής – Νανοϊατρικής στην Ιατρική Σχολή του ΕΚΠΑ.

Η αιτία; «Ενας λόγος είναι ότι τα βακτηριακά είδη του εντέρου δεν είναι εύκολο να καλλιεργηθούν, καθιστώντας την ανάπτυξη εργαλείων επεξεργασίας των γονιδίων τους εξαιρετικά δύσκολη. Ωστόσο, η διαγραφή συγκεκριμένων γονιδίων από συγκεκριμένα στελέχη στη μικροχλωρίδα του εντέρου θα μπορούσε να βοηθήσει στην “ανάθεση” μιας νέας λειτουργίας σε αυτά, η οποία με τη σειρά της να καθορίσει πώς αυτές οι λειτουργίες θα επηρεάσουν την υγεία μας».

Τα καλά νέα, όπως εξηγεί η κ. Γαζούλη, είναι ότι «πολλές ομάδες ανέπτυξαν πρόσφατα πολλά υποσχόμενα εργαλεία επεξεργασίας γονιδίων για μεμονωμένα είδη βακτηρίων του εντέρου ή ολόκληρες μικροβιακές κοινότητες. Αυτά τα εργαλεία όχι μόνο θα μπορούσαν να βοηθήσουν το πεδίο μελέτης του εντερικού μικροβιώματος να προχωρήσει από τη συσχέτιση στην αιτιότητα, αλλά θα μπορούσαν να αποτελέσουν και τη βάση μελλοντικών θεραπευτικών μεθόδων».

Το μοριακό ψαλίδι 

Η δρ Ντούντνα, όπως υπενθυμίζουν οι Times, συνέβαλε στην ανακάλυψη της μεθόδου Crispr, η οποία έφερε επανάσταση στον τομέα της γενετικής και συνεπακόλουθα αποτέλεσε ορόσημο στην καριέρα της, προσφέροντάς της το βραβείο Νομπέλ το 2020. Το ίδιο εργαλείο  θα μπορούσε, όπως είπε, να εφαρμοστεί και στο συγκεκριμένο πεδίο.

Τι κάνει, όμως, το Crispr (ή Κρίσπερ, όπως προφέρεται στα ελληνικά); Λειτουργεί σαν μοριακό ψαλίδι, δίνοντας στους επιστήμονες τη δυνατότητα να αναζητήσουν ένα σκέλος DNA, να το κόψουν και να το αντικαταστήσουν.

«Το Crispr πρόκειται όχι μόνο να επιτρέψει κάποιες συναρπαστικές μεμονωμένες εφαρμογές, αλλά πραγματικά πιστεύω ότι θα δημιουργήσει ένα εντελώς νέο πεδίο στον τομέα της Βιολογίας. Και αυτό επειδή θα ανοίξει την πόρτα στην κατανόηση του πώς το εντερικό μικροβίωμα συμπεριφέρεται, με τρόπο που δεν ήταν προηγουμένως δυνατός» προσέθεσε στην ίδια εκδήλωση η αμερικανίδα βιοχημικός και μοριακή βιολόγος.

Πώς; Η γονιδιακή επεξεργασία, όπως επισημάνθηκε, μέσω διαφόρων τεχνικών δίνει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να αλλάξουν το DNA ενός οργανισμού. «Αυτές οι τεχνολογίες επιτρέπουν την προσθήκη, αφαίρεση ή τροποποίηση γενετικού υλικού σε συγκεκριμένες θέσεις στο γονιδίωμα. Εχουν αναπτυχθεί διάφορες προσεγγίσεις για την επεξεργασία του γονιδιώματος. Η πιο γνωστή ονομάζεται CRISPR-Cas9. Η ονομασία είναι συντομογραφία των ομαδοποιημένων τακτικά διακεκομμένων σύντομων παλινδρομικών επαναλήψεων και της πρωτεΐνης 9, που σχετίζεται με το CRISPR» εξηγεί η κυρία Γαζούλη.

Η ίδια προσθέτει πως το σύστημα CRISPR-Cas9 έχει προκαλέσει έντονο ενθουσιασμό στην επιστημονική κοινότητα, επειδή είναι ταχύτερο, φθηνότερο, πιο ακριβές και πιο αποτελεσματικό από άλλες μεθόδους επεξεργασίας γονιδιώματος.

Το ερώτημα, συνεπώς, που γεννάται είναι αν υπάρχουν θεραπευτικές εφαρμογές του γενετικά επεξεργασμένου εντερικού μικροβιώματος. «Οι συγκρίσεις του εντερικού μικροβιώματος σε ασθενείς και υγιείς ξενιστές έχουν οδηγήσει σήμερα σε διάφορες, βασισμένες στο μικροβίωμα, θεραπευτικές προσεγγίσεις, συμπεριλαμβανομένων προβιοτικών, πρεβιοτικών και μεταμοσχεύσεων μικροβίων κοπράνων από υγιείς δότες σε ασθενείς. Είναι, όμως, δύσκολο να τυποποιηθούν αυτές οι μέθοδοι και δεν είναι πάντα αποτελεσματικές. Η ανάπτυξη εργαλείων για την ακριβή μηχανική της μικροχλωρίδας (είτε μεμονωμένα στελέχη είτε ολόκληρη η κοινότητα) μπορεί να παρακάμψει αυτές τις προκλήσεις, μειώνοντας τον κίνδυνο ακούσιας μεταφοράς άγνωστων οργανισμών σε έναν ασθενή» συμπληρώνει η καθηγήτρια του ΕΚΠΑ.

Οι επιστήμονες έχουν ήδη κατασκευάσει κοινά στελέχη E.coli για να παράγουν θεραπευτικά μόρια που μπορούν να θεραπεύσουν μεταβολικές ανεπάρκειες, να αναστείλουν την ανάπτυξη του όγκου και να μειώσουν τις λοιμώξεις από παθογόνα σε ποντίκια, καθώς και να παρουσιάσουν απαραίτητα αντιγόνα στο ανοσοποιητικό σύστημα για την ανάπτυξη εμβολίων.

Ομως, «όπως με κάθε νέα θεραπευτική τεχνική, υπάρχουν πάντα προκλήσεις που σχετίζονται με το άλμα από τον πάγκο του εργαστηρίου, στα ζωικά μοντέλα, στις κλινικές δοκιμές. Είναι, ωστόσο, επιτακτική ανάγκη να διασφαλιστεί ότι τα γενετικά τροποποιημένα βακτήρια είναι ασφαλή και δεν μοιράζονται το DNA τους με άλλα βακτήρια στο περιβάλλον. Παρά αυτά τα εμπόδια, οι πιθανές απολαβές της ανάπτυξης μεθόδων γενετικής τροποποίησης του βακτηρίων του εντέρου, είτε μεμονωμένα είτε ως κοινότητα, για την προώθηση της ανθρώπινης υγείας είναι τεράστιες. Τελικά, αυτές οι μέθοδοι θα θέσουν τις βάσεις και την πειραματική ρύθμιση για το πεδίο του μικροβιώματος ώστε να προχωρήσει πέρα από τις συσχετίσεις και να κατανοηθούν οι μηχανισμοί που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις μικροβίου-μικροβίου και μικροβίου-ξενιστή. Μια μέρα ίσως μπορέσουμε να δημιουργήσουμε ένα συνθετικό μικροβίωμα με βακτηριακά είδη που έχουν σχεδιαστεί για να συνεργάζονται για να προάγουν την υγεία, παράγοντας ευεργετικά μόρια» καταλήγει η κ. Γαζούλη.

Και η αγελάδα

Πάντως, η εφαρμογή της μεθόδου Crispr δεν περιορίζεται μόνο στον άνθρωπο, αλλά επεκτείνεται και στα ζώα. Πώς; Δημιουργώντας, για παράδειγμα, αγελάδες που παράγουν λιγότερο μεθάνιο.

«Στην κτηνοτροφία υπάρχει μια ισχυρή σύνδεση μεταξύ του μικροβιώματος που βρίσκεται στην κοιλιά της αγελάδας και της παραγωγής μεθανίου. Και παραδόξως, οι αγελάδες είναι υπεύθυνες για το 30% των παγκόσμιων ετήσιων εκπομπών» σημείωσε πρόσφατα η δρ Ντούντνα, σύμφωνα πάντα με το δημοσίευμα των Times.

Μάλιστα, αναφέρθηκε σε προκαταρκτικά αποτελέσματα που αποδεικνύουν την εφαρμογή της θεωρίας αυτής στην πράξη, με θεαματικά αποτελέσματα. Είναι σημαντικό, εντούτοις, να υπογραμμιστεί πως η εξελισσόμενη επιστημονική συζήτηση και έρευνα, εκτός από τις πολλές προσδοκίες, γεννά και ηθικά διλήμματα, που δημιουργούν νέες προκλήσεις.

Ακολουθήστε το Protagon στο Google News