«Οι μικροοργανισμοί είναι οι καλύτεροι χημικοί του κόσμου» τονίζει ο δρ Μάικλ Φίσμπαχ, χημικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Σαν Φρανσίσκο, χρησιμοποιώντας ως απόδειξη το γεγονός ότι πολλά σωτήρια φάρμακα παράγονται από μικροοργανισμούς. Το 1928, για παράδειγμα, ο Αλεξάντερ Φλέμινγκ ανακάλυψε ότι η μούχλα που είχε αναπτυχθεί στο εργαστήριό του παρήγαγε ένα βακτηριοκτόνο χημικό συστατικό που ονόμασε πενικιλίνη.
Μετέπειτα γενιές επιστημόνων εντόπισαν επίσης μικροοργανισμούς που παράγουν φάρμακα, αλλά σε πιο εξωτικούς τόπους. Το 1951, ένας ιεραπόστολος στο Βόρνεο, ο Ουίλιαμ Μπόου, έστειλε στoν χημικό Εντμουντ Κόρνφιλντ της φαρμακευτικής εταιρείας Eli Lilly, ένα κουτί με χώμα από την ζούγκλα. Σε αυτό το χώμα, ο δρ Κόρνφιλντ ανακάλυψε ένα είδος βακτηρίων, από το οποίο κατασκεύασε ένα δραστικό αντιβιοτικό που αργότερα ονομάστηκε βανκομυκίνη.
Οι επιστήμονες ψάχνουν ακόμα στις ζούγκλες, τους ωκεανούς και σε άλλες γωνιές του κόσμου για μικροοργανισμούς που παράγουν φαρμακευτικές ουσίες. Σε μία νέα όμως έρευνα που δημοσιεύθηκε στα μέσα Σεπτεμβρίου στο επιστημονικό περιοδικό Cell, o δρ Φίσμπαχ και οι συνάδελφοί του λένε ότι «πρέπει να κοιτάμε και μέσα μας».
Αναλύοντας βακτήρια που ζουν στο σώμα μας, οι επιστήμονες αναγνώρισαν γονίδια που φτιάχνουν πάνω από 3.000 άγνωστα μέχρι τότε μόρια, τα οποία μπορεί να αποδειχθούν χρήσιμα φάρμακα. «Κανείς δεν είχε σκεφτεί να κοιτάξει τόσο κοντά», είπε ο δρ Φίσμπαχ. Παραδοσιακά, ο εντοπισμός αυτών των μικρών μορίων, γνωστών ως φυσικών παραγώγων, ήταν μία επίπονη και χρονοβόρα διαδικασία. Τα μικρόβια φτιάχνουν συνήθως φυσικά παράγωγα σε εξαιρετικά μικρές ποσότητες, ενώ η διαδικασία αυτή δεν εξαρτάται από ένα και μόνο γονίδιο. Αντίθετα, τα μικρόβια χρειάζονται δεκάδες διαφορετικές πρωτεΐνες φτιαγμένες από διαφορετικά γονίδια για να δημιουργήσουν ένα φυσικό παράγωγο.
Συστοιχίες
Πριν από πέντε χρόνια, ο δρ Φίσμπαχ και οι συνεργάτες του, άρχισαν να εντατικοποιούν τις έρευνές τους. Δημιούργησαν ένα πρόγραμμα λογισμικού που μαθαίνει να αναγνωρίζει τα γονίδια που εμπλέκονται στη δημιουργία φυσικών παραγώγων. Τα συγκεκριμένα γονίδια, που μοιάζουν πολύ μεταξύ τους, συνηθίζουν να «κάθονται» το ένα δίπλα στ’ άλλο, σε συστοιχίες, στο DNA του μικροβίου. Κάνοντας διαφορετικούς συνδυασμούς γονιδίων, τα μικρόβια μπορούν να παράγουν ένα συγκλονιστικό εύρος μορίων.
Για να «εκπαιδεύσουν» το λογισμικό, ο δρ Φίσμπαχ και οι συνεργάτες του εισήγαγαν σε αυτό 732 συστοιχίες γονιδίων που ήδη γνώριζαν ότι φτιάχνουν φυσικά παράγωγα. Εξετάζοντας τη μία συστοιχία μετά την άλλη, το λογισμικό άρχισε να αναγνωρίζει κάποια χαρακτηριστικά μοτίβα. Τελικά το πρόγραμμα εξελίχθηκε σε τέτοιο βαθμό που έφτασε να αναγνωρίζει με ακρίβεια νέες συστοιχίες γονιδίων σε αλληλουχίες DNA που δεν είχε ξανασυναντήσει.
Το λογισμικό
Οι επιστήμονες αναρωτήθηκαν τι θα γινόταν αν άφηναν ελεύθερο τον καλά εκπαιδευμένο υπολογιστή τους να ψάξει ανάμεσα στα μικρόβια που ζουν στο σώμα μας. Παρείχαν στο λογισμικό μία τεράστια γενετική βιβλιοθήκη που δημιουργήθηκε από το πρόγραμμα για τη διερεύνηση του ανθρώπινου μικροβιώματος, Human Microbiome Project, κατά την οποία οι επιστήμονες είχαν συλλέξει μικροβιακό DNA από πέντε διαφορετικά σημεία του σώματος 242 υγιών εθελοντών, καταφέρνοντας τελικά να αποκωδικοποιήσουν το γονιδίωμα 2.340 διαφορετικών ειδών μικροβίων, πολλά εκ των οποίων, άγνωστα μέχρι στιγμής στους επιστήμονες.
Ψάχνοντας μέσα σε αυτά τα γονιδιώματα, ο υπολογιστής εντόπισε περισσότερες από 14.000 συστοιχίες γονιδίων που σχετίζονται με φυσικά παράγωγα, 3.118 εκ των οποίων ήταν κοινές μεταξύ των εθελοντών. «Δεν το περίμενα ότι σε ένα τέτοιο μέρος θα μπορούσαμε να βρούμε γονίδια που παράγουν φάρμακα», είπε ο δρ Φίσμπαχ, ο οποίος παραδέχεται ότι ξαφνιάστηκε από την ανακάλυψή τους.
Ο ίδιος και οι συνεργάτες του, για να αποδείξουν την πιθανή ιατρική αξία αυτών των γονιδίων, μελέτησαν λεπτομερώς μία συγκεκριμένη συστοιχία γονιδίων που ανήκει στο είδος βακτηρίων Lactobacillus gasseri. Οι ερευνητές καλλιέργησαν μία τεράστια ποσότητα βακτηρίων στο εργαστήριο με σκοπό να απομονώσουν ένα βακτηριακό κόκκο από ένα από τα παράγωγα, το οποίο ονομάτισαν lactocillin. Οταν η επιστημονική ομάδα του δρος Φίσμπαχ εξέθεσε αρκετά είδη βακτηρίων στο lactocillin, τα μικρόβια αυτά «πέθαναν», καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι ίσως αποτελεί ένα καλό αντιβιοτικό. Η ιδέα ότι τα ίδια μας τα βακτήρια κατασκευάζουν ισχυρά αντιβιοτικά μπορεί να φαίνεται παράξενη. Αν το μικροβίωμα παράγει δηλητήριο, πώς καταφέρνει να μη σκοτώνει τον εαυτό του;
Ο δρ Φίσμπαχ υποψιάζεται ότι τα βακτήρια χρησιμοποιούν τα αντιβιοτικά τους σποραδικά και μόνο εναντίον των ανταγωνιστών τους. O Σον Λι, μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο Notre Dame των ΗΠΑ που δεν συμμετείχε στην παραπάνω έρευνα, υποστηρίζει ότι ο άγριος ανταγωνισμός που επικρατεί στο σώμα μας το κάνει ιδανικό μέρος για να ψάξουμε για αντιβιοτικά…
