Η καινοτομία της έρευνας
Για δεκαετίες, οι επιστήμονες πίστευαν ότι η μεθυλίωση του DNA καθόριζε τα γονίδια σε μόνιμες καταστάσεις ενεργοποίησης ή απενεργοποίησης. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει στα κύτταρα να «θυμούνται» ποιοι είναι και εμποδίζει, για παράδειγμα, ένα κύτταρο του δέρματος να μεταμορφωθεί σε νευρώνα.
Η Domitilla Del Vecchio, καθηγήτρια μηχανολογίας και βιολογικής μηχανικής στο MIT, δήλωσε ότι η ομάδα της είδε κάτι απροσδόκητο. «Η κατανόηση που λάμβανε το εγχειρίδιο ήταν ότι η μεθυλίωση του DNA είχε ρόλο στο να κλειδώνει τα γονίδια είτε σε κατάσταση ενεργοποίησης είτε σε κατάσταση απενεργοποίησης. Νομίζαμε ότι αυτό ήταν το δόγμα. Αλλά στη συνέχεια αρχίσαμε να βλέπουμε αποτελέσματα που δεν ήταν σύμφωνα με αυτό».
Η ομάδα της τροποποίησε κύτταρα ωοθηκών χάμστερ για να εκφράσουν ένα γονίδιο-στόχο σε διαφορετικά επίπεδα. Ορισμένα κύτταρα έλαμπαν έντονα λόγω υψηλής δραστηριότητας, άλλα αχνά με ασθενέστερη έκφραση, ενώ κάποια απενεργοποιήθηκαν εντελώς.
Όταν οι ερευνητές εισήγαγαν μια σύντομη έκρηξη μεθυλίωσης του DNA, περίμεναν ότι η γονιδιακή δραστηριότητα θα μετατοπιζόταν προς ένα από τα άκρα. Αντ' αυτού, τα κύτταρα διατήρησαν την αρχική τους ρύθμιση.
«Ο φθορίζων δείκτης μας είναι μπλε και βλέπουμε τα κύτταρα να λάμπουν σε όλο το φάσμα, από πραγματικά λαμπερό μπλε, σε όλο και πιο αμυδρό, έως καθόλου μπλε», δήλωσε ο Del Vecchio. «Κάθε επίπεδο έντασης διατηρείται με την πάροδο του χρόνου, πράγμα που σημαίνει ότι η γονιδιακή έκφραση είναι βαθμιδωτή ή αναλογική και όχι δυαδική».
Οι ενδιάμεσες καταστάσεις έχουν σημασία
Προηγούμενη εργασία υπαινίχθηκε ότι ορισμένα κύτταρα μπορεί να «παγώνουν» σε μερική έκφραση. Πολλοί επιστήμονες υπέθεσαν ότι αυτή ήταν μια προσωρινή κατάσταση. Αλλά οι ερευνητές του MIT έδειξαν ότι τα ενδιάμεσα επίπεδα παρέμειναν για περισσότερο από πέντε μήνες.
Ο Sebastian Palacios, επικεφαλής συγγραφέας, εξήγησε την αλλαγή στον τρόπο σκέψης. «Διαπιστώσαμε ότι υπήρχε ένα φάσμα κυττάρων που εξέφραζαν οποιοδήποτε επίπεδο μεταξύ ενεργοποίησης και απενεργοποίησης. Και σκεφτήκαμε, πώς είναι αυτό δυνατό;»
Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι τα κύτταρα μπορεί να υιοθετήσουν πιο ποικίλες, σταθερές καταστάσεις από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Ο Ντελ Βέκιο πιστεύει ότι αυτές οι παραβλεπόμενες κυτταρικές ταυτότητες θα μπορούσαν να διαδραματίσουν ρόλο στην υγεία και τις ασθένειες. «Το εύρημά μας ανοίγει την πιθανότητα τα κύτταρα να δεσμεύονται στην τελική τους ταυτότητα κλειδώνοντας γονίδια σε συγκεκριμένα επίπεδα γονιδιακής έκφρασης αντί απλώς κατά διαστήματα. Η συνέπεια είναι ότι μπορεί να υπάρχουν πολύ περισσότεροι τύποι κυττάρων στο σώμα μας από ό,τι γνωρίζουμε και αναγνωρίζουμε σήμερα».
Επιπτώσεις για την ιατρική και τη βιολογία
Η ανακάλυψη προσθέτει μια νέα διάσταση στην κατανόηση της αντοχής στον καρκίνο και τη θεραπεία, όπου τα κύτταρα συχνά αποφεύγουν τη θεραπεία μεταβάλλοντας καταστάσεις. Παρέχει επίσης στους συνθετικούς βιολόγους νέα εργαλεία για να σχεδιάζουν ιστούς και όργανα με ακρίβεια.
Ο Μάικλ Έλοουιτς, καθηγητής στο Caltech, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη, επαίνεσε το έργο. «Ο Ντελ Βέκιο και οι συνάδελφοί του έχουν δείξει όμορφα πώς προκύπτει η αναλογική μνήμη μέσω χημικών τροποποιήσεων στο ίδιο το DNA. Ως αποτέλεσμα, μπορούμε τώρα να φανταστούμε την επαναχρησιμοποίηση αυτού του φυσικού μηχανισμού αναλογικής μνήμης, που εφευρέθηκε από την εξέλιξη, στον τομέα της συνθετικής βιολογίας».
Ο Παλάσιος χαρακτήρισε την ανακάλυψη «εκπληκτική». Πρόσθεσε: «Νομίζω ότι θα διαπιστώσουμε ότι αυτή η αναλογική μνήμη είναι σχετική με πολλές διαφορετικές διεργασίες σε όλη τη βιολογία».
Η έρευνα έλαβε υποστήριξη από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το MODULUS, και μια υποτροφία του Vannevar Bush Faculty μέσω του Γραφείου Ναυτικών Ερευνών των ΗΠΑ.
www.worldenergynews.gr
