Από τη γνώση του DNA στον έλεγχο των γονιδίων

Από τον ΣΠΥΡΟ ΜΑΝΟΥΣΕΛΗ,
ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ 24.4.2010

Τα τελευταία εφτά χρόνια, σε Ευρώπη και ΗΠΑ, η 25η Απριλίου γιορτάζεται επίσημα ως «Ημέρα του DNA» (DNA day). Οι διεθνείς και τοπικές εταιρείες ανθρώπινης γενετικής διοργανώνουν κάθε χρόνο αυτή την εποχή πλήθος εκδηλώσεων, προκειμένου να υπενθυμίσουν στο ευρύ κοινό, κυρίως όμως στους μαθητές Λυκείου και στους φοιτητές, αφενός τη σημασία της ανακάλυψης της δομής και της λειτουργίας του DNA στις 25 Απριλίου του 1953, και αφετέρου την ολοκλήρωση του διεθνούς προγράμματος χαρτογράφησης του ανθρώπινου γονιδιώματος το 2003.

Με αυτή την ευκαιρία, θα επιχειρήσουμε μια συνοπτική παρουσίαση των πιο εντυπωσιακών επιτευγμάτων της «μοριακής επανάστασης» στις επιστήμες της ζωής. Ζητήσαμε, μάλιστα, από τον Ζορζ Κοέν, έναν από τους σημαντικότερους Ευρωπαίους μοριακούς βιολόγους, να μας μιλήσει για αυτές τις επιστημονικές εξελίξεις και τις συνέπειές τους στην κοινωνία.

Στις 25 Απριλίου του 1953 δύο παντελώς άγνωστοι τότε ερευνητές, ο Βρετανός Φράνσις Κρικ (F. Crick) και ο Αμερικανός Τζέιμς Γουάτσον (J. Watson), δημοσίευσαν στο περιοδικό «Nature» το περίφημο άρθρο τους στο οποίο περιέγραφαν λεπτομερώς τη χημική δομή του DNA. Η ανακάλυψή τους αυτή έκανε τεράστια εντύπωση στη διεθνή επιστημονική κοινότητα επειδή αποτελούσε μια εύλογη απάντηση στο βασανιστικό ερώτημα: Από τι είναι φτιαγμένα τα γονίδια, δηλαδή οι μονάδες της γενετικής κληρονομιάς που καθορίζουν τα βασικά χαραχτηριστικά κάθε ζωντανού οργανισμού πάνω στη Γη;

Αυτό που, σχεδόν αμέσως, έγινε σαφές στους περισσότερους ειδικούς ήταν ότι η διπλή έλικα του DNA ήταν το ιδανικό χημικό υπόστρωμα πάνω στο οποίο βρίσκονται καταγεγραμμένες όλες οι απαραίτητες γενετικές πληροφορίες για τη συγκρότηση και την καλή λειτουργία ενός οργανισμού!

Κοντολογίς, το μαγικό μόριο του DNA, και όχι οι πρωτεΐνες, όπως πίστευαν μέχρι τότε, ήταν ο ιδανικός χημικός υποψήφιος για να φιλοξενεί τα «γονίδια», δηλαδή τις μονάδες των γενετικών πληροφοριών που υπάρχουν σε κάθε κύτταρο και κληρονομούνται από τους γονείς στα παιδιά. Και μολονότι οι γενετιστές γνώριζαν, εκείνα τα χρόνια, ότι κάποιοι κληρονομικοί παράγοντες -τους οποίους αποκαλούσαν «γονίδια»- καθορίζουν τη μορφή και τη λειτουργία ενός οργανισμού, αγνοούσαν παντελώς από τι ήταν φτιαγμένα. Η ανακάλυψη της χημικής δομής του DNA το 1953 θα πυροδοτήσει τις επόμενες δεκαετίες μια σειρά από εκπληκτικές ανακαλύψεις και θα επιβάλει την πρωτοκαθεδρία της μοριακής προσέγγισης σε όλους τους κλάδους της Βιολογίας.

Πράγματι, τα επόμενα χρόνια οι ερευνητές όχι μόνο αποκάλυψαν την ακριβή χημική δομή και διάταξη των γονιδίων πολλών οργανισμών, αλλά και αποκρυπτογράφησαν τον «γενετικό κώδικα», δηλαδή τους κανόνες έκφρασης των γονιδίων. Τέλος, έμαθαν πώς να ανασυνδυάζουν και να κλωνοποιούν στο εργαστήριο γονίδια από διαφορετικούς οργανισμούς, δημιουργώντας εντελώς νέες «διαγονιδιακές» μορφές ζωής. Με άλλα λόγια, επινόησαν τη γενετική μηχανική, και από αυτήν προέκυψε, ως τεχνολογική εφαρμογή της, η σύγχρονη βιοτεχνολογία.

Εύλογα λοιπόν οι μοριακοί βιολόγοι πίστεψαν ότι μπορούσαν, από θέσεως αρχής, να εξηγήσουν με όρους αποκλειστικά γονιδιακούς και φυσικοχημικούς το σύνολο σχεδόν των ζωικών φαινομένων. Από τη Γενετική μέχρι την Εμβρυολογία και από την ηθολογία μέχρι τη Νευροβιολογία τίποτα δεν μπορούμε να ισχυριστούμε ότι το γνωρίζουμε πραγματικά αν δεν καταφέρουμε να το «μεταφράσουμε» με όρους Μοριακής Βιολογίας: να το εξηγήσουμε δηλαδή μέσω των γονιδίων και των βιοχημικών τους αλληεπιδράσεων!

Επιστήμη και τεχνολογία του DNA

Μετά το 1953, χάρη στην ανακάλυψη της δομής του DNA από τους Κρικ και Γουάτσον, συντελείται μια τεράστια επιστημολογική μεταστροφή, δηλαδή μια ριζική αλλαγή κλίμακας στην κατανόηση και την εξήγηση των βιολογικών φαινομένων. Μέχρι τότε στη βιολογική σκέψη υπήρχε ένα αγεφύρωτο χάσμα ανάμεσα στη χημική δομή και στη βιολογική οργάνωση των κυττάρων. Η Μοριακή Βιολογία ήλθε να γεφυρώσει αυτό το επιστημονικό χάσμα: να συναρθρώσει σε ένα ενιαίο εξηγητικό μοντέλο τα μέχρι τότε ασύνδετα επίπεδα οργάνωσης της ζωής, το μοριακό επίπεδο που περιγράφεται από τη βιοχημεία με το κυτταρικό επίπεδο που περιγράφεται από την κυτταρολογία.

Λέγεται συχνά ότι η προσέγγιση της ζωής από τη Μοριακή Βιολογία είναι μια αναγωγή του βιολογικού στο χημικό επίπεδο. Δεν είναι όμως έτσι! Η Μοριακή Βιολογία δεν «γεμίζει» το παραπάνω εξηγητικό χάσμα ανάγοντας απλώς κάθε πολύπλοκη ζωική λειτουργία σε μια απλούστερη φυσικοχημική διεργασία, αλλά επιβάλλοντας ένα νέο ενδιάμεσο επίπεδο ανάλυσης. Η επικοινωνία ανάμεσα σε αυτά τα δύο συμπληρωματικά επίπεδα οργάνωσης της ζωής συνεπάγεται όχι την απλοϊκή αναγωγή του ενός στο άλλο αλλά, αντιθέτως, την ανάδυση ενός νέου επιπέδου οργάνωσης, αυτό των σύνθετων «βιομορίων».

Και, προφανώς, η ανάδυση της σημασίας των βιομορίων επιβάλλει την εισαγωγή μιας ολότελα νέας ορολογίας για την περιγραφή τους: γενετικός «κώδικας», γενετική «πληροφορία», γενετικό «πρόγραμμα». Πράγματι, για τη Μοριακή Βιολογία, μέχρι πρόσφατα, τα έμβια όντα δεν ήταν τίποτα περισσότερο -αλλά και τίποτα λιγότερο- από «γονιδιακές μηχανές», βιολογικά αυτόματα που, όπως ακριβώς και οι υπολογιστικές μηχανές, αποτελούνται από ένα λογισμικό (software) και ένα υλισμικό (hardware)! Το γονιδίωμα, δηλαδή το σύνολο των γονιδίων ενός οργανισμού, αποτελεί τη «μνήμη» ή το «πρόγραμμα», ενώ τα κυτταρικά οργανίδια και τα ίδια τα κύτταρά του αποτελούν «απλώς» την υλοποίηση αυτού του προγράμματος.

Χάρη σε αυτό το φιλόδοξο ερευνητικό πρόγραμμα της μοριακής προσέγγισης της ζωής, η ανθρωπότητα θα κατακτήσει, την τελευταία πεντηκονταετία, όχι μόνο πολύτιμες γνώσεις για τη δομή και τη λειτουργία των οργανισμών αλλά και μια πολύ ισχυρή τεχνολογία -τη γενετική μηχανική- για την τροποποίησή τους ανάλογα με τις διατροφικές, τις ιατρικές και βέβαια τις γνωστικές της ανάγκες (βλ. και σχετικό άρθρο μας «Ε» 3-10-09).

Ωστόσο, τις δύο τελευταίες δεκαετίες έχουν πληθύνει οι εστίες αντίστασης και οι έγκυρες φωνές διαμαρτυρίας κατά της μονοκρατορίας των γονιδίων. Πράγματι, μετά την ολοκλήρωση της χαρτογράφησης και πλήρους αλληλούχησης του ανθρώπινου DNA, το 2003, έγινε σε όλους σαφές ότι η ανθρώπινη ιδιαιτερότητα καθώς και αρκετές γενετικές ασθένειες σπανίως καθορίζονται από μενονωμένα γονίδια αλλά από το σύνολο του γονιδιώματος σε στενή αλληλεπίδραση με επιγενετικούς και μεταγενετικούς «εξωγενείς» παράγοντες. Επομένως, χάρη στα εργαλεία της Μοριακής Βιολογίας οι ερευνητές αρχίζουν να ανακαλύπτουν τα εγγενή όρια και τους περιορισμούς των αποκλειστικά μοριακών ή γονιδιοκεντρικών εξηγήσεων.

Οπως πολύ εύστοχα επισημαίνει ο Ζορζ Κοέν, ένας από τους πρωτεργάτες της ευρωπαϊκής μοριακής επανάστασης: «Οι επιγενετικοί μηχανισμοί θα καταστούν οι νέοι στόχοι για τη δημιουργία νέων φαρμάκων. Αναμένοντας αυτά τα δεδομένα επιβεβαίωσης, μπορούμε ήδη να αναθεωρήσουμε τις απόψεις μας για την κληρονομικότητα και να υπερασπιστούμε την ιδέα ότι δεν είμαστε το καθαρό προϊόν των γονιδίων μας». *

 

«Οι σημερινές κοινωνίες δεν υποφέρουν από την κυριαρχία της επιστήμης αλλά από την έλλειψη αρκετής επιστήμης»

Από τον ΣΠΥΡΟ ΜΑΝΟΥΣΕΛΗ

Ζητήσαμε από τον Georges Cohen, ένα από τα ιστορικά στέλεχη της θρυλικής γαλλικής ομάδας μοριακών βιολόγων που εργάστηκαν στο Ινστιτούτο Παστέρ στο Παρίσι μετά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο, να μας μιλήσει για τις συνέπειες της μοριακής επανάστασης στη βιολογική σκέψη και τεχνολογία.

Το 2009 ήταν μια χρονιά αφιερωμένη στον Δαρβίνο και τις ιδέες του. Πώς όμως η ανάπτυξη της Μοριακής Βιολογίας επηρέασε τη σύγχρονη εξελικτική σκέψη;

«Η Μοριακή Βιολογία με την οριστική αναγνώριση του DNA ως φορέα της γενετικής πληροφορίας, και ειδικότερα η αποφασιστική συμβολή της γαλλικής σχολής στην κατανόηση της μοριακής οργάνωσης και ρύθμισης των γενετικών μηχανισμών, έδωσε τη δυνατότητα να επαληθευθούν, μέσω των εργαλείων της Γενετικής, πολλές από τις υπο-θεωρίες της ευρύτερης εξελικτικής θεωρίας του Δαρβίνου, ο οποίος φυσικά δεν ήταν "γενετιστής", αφού στην εποχή του η Γενετική δεν είχε ακόμη διαμορφωθεί ως αυτόνομη επιστήμη! Αντιθέτως, η Μοριακή Βιολογία δεν κατάφερε να προσφέρει πολλά επιχειρήματα υπέρ ή και κατά της δαρβινικής έννοιας της "φυσικής επιλογής"».

Θεωρείτε ότι η σημερινή αντίσταση ή ακόμη η άρνηση του δαρβινισμού -και από ορισμένους Γάλλους επιστήμονες- οφείλεται σε σοβινιστικά πολιτισμικά αίτια ή μήπως έχει βαθύτερα επιστημονικά αίτια;

«Η αντίσταση των Γάλλων στη δαρβινική εξέλιξη έχει τελειώσει εδώ και 60 χρόνια. Αντιθέτως, η αντίσταση στον δαρβινισμό αναπτύσεται, επί του παρόντος, ουσιαστικά στην Αμερική από τους οπαδούς του "Ευφυούς σχεδίου", ενάντια στους οποίους στρέφεται όμως ενεργά το σύνολο της επιστημονικής κοινότητας. Πρόκειται για απαρχαιωμένες και λανθασμένες αντιλήψεις που προέρχονται από θρησκευτικά και αντιδραστικά περιβάλλοντα».

Τις τελευταίες δεκαετίες η «μοριακή» και συνεπώς «αναγωγιστική» προσέγγιση κυριαρχεί στη βιολογική σκέψη. Αραγε, υπάρχουν κάποια επιστημολογικά ή και ηθικά όρια στις θεωρητικές εξηγήσεις και, κυρίως, στις πρακτικές εφαρμογές της Μοριακής Βιολογίας και της Βιοτεχνολογίας;

«Οι σημερινές κοινωνίες μας δεν υποφέρουν από την κυριαρχία της επιστήμης αλλά, αντιθέτως, από την έλλειψη αρκετής επιστήμης. Οσον αφορά ειδικότερα τις πρακτικές εφαρμογές της Μοριακής Βιολογίας, όπως π.χ. τα γενετικά τροποποιημένα προϊόντα και οι εφαρμογές της Νανοτεχνολογίας και της Βιοϊατρικής, είναι απαραίτητη η συστηματική εφαρμογή μιας διευρυμένης αρχής προστασίας, κάτι που σε τελική ανάλυση σημαίνει ότι τα προϊόντα αυτά δεν θα πρέπει να κυκλοφορούν στην αγορά αν πρώτα δεν μελετηθούν διεξοδικά οι συνέπειές τους και αν δεν έχει εξακριβωθεί η μη βλαπτικότητά τους για τον άνθρωπο και το περιβάλλον».

Σε ποιους τομείς της βιολογικής έρευνας πιστεύετε ότι θα πραγματοποιηθούν οι μεγαλύτερες αλλαγές τα αμέσως επόμενα χρόνια;

«Οι πιο σημαντικές εξελίξεις θα πραγματοποιηθούν στους τομείς της κυτταρικής και της γονιδιακής θεραπευτικής. Βέβαια υπάρχουν σοβαροί κίνδυνοι από την ταυτοποίηση ατομικών γονιδιωμάτων, αφού καθιστά εφικτή τη δυνατότητα πρόσβασης σε προσωπικά δεδομένα που αφορούν τις πιθανές γενετικές προδιαθέσεις των ατόμων να εκδηλώσουν στο μέλλον κάποια νοσήματα. Κάτι που, εκτός από την καταφανή παραβίαση της αρχής προστασίας των προσωπικών δεδομένων, θα μπορούσε να οδηγήσει σε πρωτοφανείς και ιδιαίτερα επικίνδυνες μορφές κοινωνικής αυθαιρεσίας. Για παράδειγμα, στον τομέα της εργασίας η πρόσληψη ή η απόλυση ενός ατόμου μπορεί στο μέλλον να εξαρτάται από τα γενετικά του χαρακτηριστικά, ενώ στον τομέα της ασφάλισης θα λαμβάνονται υπόψη οι γενετικές προδιαθέσεις των ατόμων».

Ποιος είναι ο Georges Cohen;

Ο εβραϊκής καταγωγής Ζορζ Κοέν γεννήθηκε στις 29 Μαρτίου του 1920 στην Κωνσταντινούπολη, από γονείς που κατάγονταν από τα Γιάννενα. Το 1933 η οικογένειά του επέστρεψε στην Ελλάδα και έως το 1938 φοίτησε στη Λεόντειο, στην Αθήνα. Στη συνέχεια σπούδασε στη Σορβόννη. Το 1940 συνελήφθη από τους ναζί, αλλά κατάφερε να αποδράσει. Και γι’ αυτό αναγκάστηκε να μετακινηθεί στην ελεύθερη ζώνη στο νότιο τμήμα της Γαλλίας, όπου και συνέχισε τις σπουδές του στο Πανεπιστήμιο του Μονπελιέ, στο Τμήμα Φαρμακολογίας (1941), και στο Πανεπιστήμιο της Μασσαλίας, στο Τμήμα Ιατρικής Βιοχημείας (1942). Συμμετείχε στις αντιστασιακές ομάδες της Νοτίου Γαλλίας εναντίον των Γερμανών, όταν όμως οι Γερμανοί έφτασαν στην ελεύθερη ζώνη διέφυγε στο Παρίσι με ψεύτικο διαβατήριο. Εκεί εργάστηκε και σπούδασε μεταξύ 1943-1944 στο Ινστιτούτο Παστέρ.

Το 1944 συναντά για πρώτη φορά τον Ζακ Μονό (που έμελλε να γίνει ο καλύτερος φίλος, συνεργάτης και μέντοράς του). Ηταν μόλις 24 χρόνων όταν ο Μονό του πρότεινε να εργαστεί στο εργαστήριό του στο Ινστιτούτο Παστέρ. Μετά την απελευθέρωση, ο Ζολιό Κιουρί όρισε τον Ζακ Μονό διευθυντή του Ινστιτούτου Παστέρ και ο Κοέν κατέλαβε τη θέση του Μονό στο περίφημο «πατάρι», στο οποίο έγιναν οι μελέτες για τη γονιδιακή ρύθμιση και το αγγελιαφόρο RNA.

Σε αυτό το πατάρι μοιράστηκε για πολλά χρόνια την κοινή επιστημονική περιπέτεια που χάρισε στους τρεις από την ομάδα το βραβείο Νόμπελ. Εκτός από τον Ζορζ Κοέν, η ομάδα του Παστέρ περιελάμβανε τον Ζακ Μονό (Νόμπελ), τον Αντρέ Λβεφ (Νόμπελ), τον Φρανσουά Ζακόμπ (Νόμπελ) και τον Φρανσουά Γκρο.