Η βιολογία, oι εταιρείες και η διαδραστικότητα με άλλες επιστήμες

Την εποχή της σύγχρονης επιστήμης, κάθε εβδομάδα έχουμε και μία σημαντική εξέλιξη στον χώρο της βιολογίας. Αν και η πρόοδος αυτή θα συνεχιστεί και το 2018, δεν θα μάς προσφέρει ούτε την θεραπεία για τον καρκίνο, ούτε την γιατρειά του Αλτσχάϊμερ, ούτε κάποιο χαπάκι που θα καθυστερεί τα γηρατειά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η βιολογία, ως επιστημονικό πεδίο, συνεχίζει να χαρακτηρίζεται κυρίως από την εξερεύνηση και λιγότερο από την μηχανική εφαρμογή.

Μερικές από τις σημαντικότερες επιστημονικές επιτυχίες του 20ου αιώνα προέκυψαν από τον γάμο μεταξύ επιστήμης και μηχανικής –από την αποστολή Apollo έως τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων. Ομοίως, το Πρόγραμμα Ανθρώπινου Γονιδιώματος χρειάστηκε τόσο την βασική έρευνα όσο και την τεχνολογική ανάπτυξη. Οι επιστήμες στον πυρήνα αυτών των επιτυχιών (μαθηματικά, μηχανική, επιστήμη των υλικών, πληροφορική) έδωσαν ώθηση στην οικονομία της τεχνολογίας, οδηγώντας στην δημιουργία σχεδόν όλων των εταιρειών που κυριαρχούν σήμερα στον κόσμο.

Η βιολογία, εν τω μεταξύ, παραμένει σε μεγάλο βαθμό μία επιστήμη που δοκιμάζει να δει τί συμβαίνει ότι «πειράζουμε» διάφορες παραμέτρους. Οι βιολόγοι κάνουν μία σημαντική όσο και δύσκολη δουλειά, που προσφέρει κρίσιμης σημασίας γνώση για τις θεμελιώδεις αρχές των έμβιων οργανισμών. Όσο, όμως, αναπτύσσουμε νέα εργαλεία για να καταλάβουμε την βιολογία όλο και πιο λεπτομερώς, τόσο πλησιάζουμε τα όρια της γνώσης που μάς επιτρέπουν οι παραδοσιακές προσεγγίσεις.

Το βασικότερο από τα όρια αυτά είναι ότι η ζωή προϋποθέτει μία εγγενή πολυπλοκότητα. Το 2016 οι επιστήμονες γνωστοποίησαν την δημιουργία ενός ελάχιστου συνθετικού βακτηριακού γονιδιώματος, που περιείχε μόλις 473 γονίδια (συγκριτικά, το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει περί τα 20.000). Από τα 473 αυτά γονίδια τα 149 ήσαν «αγνώστου λειτουργίας», όμως τυχόν παράλειψη έστω και ενός οδηγούσε σε θάνατο. Ακόμα και σε ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες, με μία απλούστατη δέσμη οδηγιών για την ανάπτυξη ενός έμβιου οργανισμού, σχεδόν το ένα τρίτο του περιεχομένου αυτών των οδηγικών παραμένει άγνωστο.

Στην κλασσική γενετική και την μοριακή βιολογία, για να βρούμε τί κάνει κάθε γονίδιο, πρέπει κατά κανόνα να το αφαιρέσουμε ή να το απενεργοποιήσουμε και μετά να μελετήσουμε τί πρόβλημα ανακύπτει. Αυτή η προσέγγιση έχει οδηγήσει σε πολύ σημαντικά πορίσματα –από την ανακάλυψη των ογκογονιδίων, τα οποία όταν μεταλλάσσονται μπορούν να προκαλέσουν καρκίνο, μέχρι την αποκάλυψη δικτύου πρωτεϊνών που εμπλέκεται στην σχεδίαση της δομής του σώματος κατά την ανάπτυξη.

Αυτό το είδος εργασίας εδράζεται σε ένα αξίωμα της βιολογίας, όπως το έθεσε το 1941 ο George Beadle, σύμφωνα με το οποίο κάθε γονίδιο περιέχει τις οδηγίες για τον σχηματισμό μίας και μόνον πρωτεΐνης. Αν και αυτό όντως ισχύει σε μεγάλο βαθμό, οι πρωτεΐνες συχνά δημιουργούν μακρά σύμπλοκα, που λειτουργούν μαζί, καθιστώντας θολή αυτή την «ένα προς ένα» σχέση.

Συνεπώς, έχει καταστεί απαραίτητο να εξετάσουμε την λειτουργία των γονιδίων συνδυαστικά. Θα ήταν τρομακτικά δύσκολο να γίνει κάτι τέτοιο για τα 149 γονίδια αγνώστου λειτουργίας που περιέχει το συνθετικό ελάχιστο γονιδίωμα με την χρήση κλασσικών εργαλείων. Η ίδια δουλειά για το ανθρώπινο γονιδίωμα θα ήταν απλώς αδύνατη.

Ωστόσο, χάρη στις νέες τεχνολογίες που επιταχύνουν τις διαδικασίες ανάγνωσης και ερμηνείας των βιολογικών φαινομένων, οι επιστήμονες μπορούν πλέον να διερευνήσουν την λειτουργία των γονιδίων σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα. Καθώς συσσωρεύονται δεδομένα για την λειτουργία των γονιδίων, οι πληροφορίες αυτές μπορούν να προσδιορίσουν τους συνδυασμούς γονιδίων προς μελέτη, μειώνοντας έτσι σημαντικά τις διαστάσεις του προβλήματος.

Μία σειρά από κοινοπραξίες έχουν συσταθεί με αντικείμενο τα πειράματα ευρείας κλίμακας που είναι απαραίτητα για να καταγραφούν τα ρυθμιστικά στοιχεία του ανθρώπινου γονιδιώματος, να χαρτογραφηθούν όλοι οι τύποι κυττάρων στον άνθρωπο, να διαμορφωθούν πλήρεις κατάλογοι όλων των παραλλαγών στο ανθρώπινο γονιδίωμα που έχουν εντοπιστεί στον πληθυσμό και να δημιουργηθεί ένα διάγραμμα, υπό μορφή κυκλώματος, όλων των συνδέσεων που περιέχει ο εγκέφαλος. Όλα αυτά τα δεδομένα μπορούν να ανατροφοδοτήσουν ερευνητικά προγράμματα εστιασμένα στην κατανόηση της λειτουργίας μεμονωμένων γονιδίων, ή δεσμών συναφών γονιδίων σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα, όπως οι ασθένειες ή η γήρανση.

Αυτός ο τύπος βασικής έρευνας είναι απαραίτητος για την προώθηση της κατανόησής μας για τον έμβιο κόσμο. Επειδή ακριβώς η βιολογία δεν έχει ακόμα αποκτήσει την παράμετρο της μηχανικής εφαρμογής, είναι επιβεβλημένο να υποστηριχθεί το έργο των επιστημόνων που εξερευνούν τον μοριακό κόσμο, αγόμενοι από την περιέργεια και την επιθυμία του μάστορα να μάθει πώς λειτουργεί το κάθε τι. Οι εξερευνητικές αυτές προσπάθειες έχουν ένα πλούσιο ιστορικό από απροσδόκητες ανακαλύψεις και μη αναμενόμενες εφαρμογές, πρόσφατο παράδειγμα των οποίων είναι η προσαρμογή των μικροβιακών συστημάτων CRISPR-Cas ως εργαλείων γονιδιωματικής μηχανικής.

Η βασική έρευνα είναι επίσης αυτή που δίνει το καύσιμο για νέες θεραπείες, βελτιώσεις στην γεωργία και καινοτομίες στην βιοτεχνολογία, που με την σειρά τους προκαλούν την τρέχουσα έκρηξη της βιοτεχνολογίας. Δεν είναι απλώς τα βιολογικά ευρήματα που κινούν την οικονομία των επιστημών της ζωής. Σε αυτό συμβάλλουν και οι εξελίξεις στο λογισμικό και το υλισμικό των υπολογιστών στην επιστήμη των υλικών και την μηχανική.

Οι ευκαιρίες για τους κατόχους διδακτορικού επεκτείνονται, πέραν της ακαδημαϊκής σταδιοδρομίας, σε νεοφυείς επιχειρήσεις βιοτεχνολογίας, νομικά γραφεία και επενδυτικούς οργανισμούς. Όλη αυτή η πρόοδος, ωστόσο, είναι χτισμένη πάνω στα προϊόντα της βασικής έρευνας, καθώς και στην χρηματοδότηση από τον δημόσιο και τον ιδιωτικό τομέα, χωρίς την οποία θα στέρευαν οι κρουνοί των ανακαλύψεων.

Θα μπορούσαμε, εξοπλισμένοι με αχανείς τράπεζες δεδομένων, να σχεδιάσουμε ένα συνθετικό ελάχιστο γονιδίωμα στο οποίο κάθε μεμονωμένο γονίδιο θα επιλεγόταν ώστε να πληροί μία συγκεκριμένη λειτουργία; Θα μπορούσαμε να αντιμετωπίσουμε κάθε καρκίνο ή να επιβραδύνουμε την γήρανση;

Ίσως. Όμως, πιο ενδιαφέρουσες είναι οι ανακαλύψεις που θα κάνουμε καθ’ οδόν και τις οποίες δεν μπορούμε καν να φανταστούμε ακόμα.

*Καθηγητής Νευροεπιστημών στο ΜΙΤ, ένας εκ των εφευρετών του CRISPR