Μέχρι σήμερα, η εξερεύνηση του τρόπου με τον οποίο τα κύτταρα ανιχνεύουν και επιδιορθώνουν βλάβες στο DNA τους παρέμενε ένα μυστήριο, παρομοιάζοντας με την προσπάθεια παρατήρησης μιας έκρηξης δι’ ενός ακίνητου παραθύρου. Οι υπάρχουσες τεχνικές βασίζονται σε στατικές εικόνες όπου οι ερευνητές «πάγωναν» κύτταρα σε διαφορετικά χρονικά σημεία ώστε να ανασυνθέσουν την πορεία των γεγονότων.
Ωστόσο, μια πρωτοποριακή τεχνολογία από το Utrecht University αλλάζει δραστικά αυτό το σκηνικό. Για πρώτη φορά, η επιστημονική κοινότητα έχει τη δυνατότητα να παρακολουθήσει σε πραγματικό χρόνο τη διαδικασία της βλάβης του DNA, την άμεση αντίδραση των πρωτεϊνικών συνεργείων και την αποκατάσταση του γενετικού κώδικα.
Η ανακάλυψη, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, στηρίζεται σε έναν καινοτόμο ζωντανό αισθητήρα DNA. Αυτή η τεχνολογία δεν επηρεάζει τις φυσιολογικές λειτουργίες του κυττάρου ενώ αποφεύγει τη χρήση βαρέων αντισωμάτων, τα οποία συχνά κολλούν στο DNA για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Αντίθετα, ο αισθητήρας αξιοποιεί τμήματα φυσικών πρωτεϊνών του κυττάρου, προσφέροντας μια ευαίσθητη, σύντομη και ακριβή απεικόνιση των γεγονότων.
Όπως υπογραμμίζει ο επικεφαλής της μελέτης, Tuncay Baubec, το μυστικό κρύβεται στην αριστοτεχνική αλληλεπίδραση. Πολλά εργαλεία στη μοριακή βιολογία επηρεάζουν τόσο έντονα το κύτταρο, που αλλοιώνουν τη συμπεριφορά που προσπαθούν να παρατηρήσουν. Ο μικρός πρωτεϊνικός «αισθητήρας» αναγνωρίζει χημικά σημάδια που εμφανίζονται αποκλειστικά σε κατεστραμμένο DNA, φωτίζει την περιοχή χρησιμοποιώντας μια φθορίζουσα ετικέτα και αποχωρεί, αφήνοντας ανέπαφους τους φυσικούς μηχανισμούς επιδιόρθωσης.
Ο Richard Cardoso Da Silva, μέλος της ομάδας και βιολόγος που ήταν από τους πρώτους που δοκίμασαν την τεχνολογία, δήλωσε ότι η στιγμή της επιβεβαίωσης ήταν καθοριστική. Κατά τη διάρκεια πειραμάτων με φαρμακευτικές ουσίες, παρατήρησε ότι ο αισθητήρας ενεργοποιήθηκε στα ίδια σημεία όπου παραδοσιακά αντισώματα αλληλεπιδρούσαν. Αυτή τη φορά, ωστόσο, η εικόνα ήταν συνεχή και ζωντανή, προσφέροντας πολύ περισσότερες πληροφορίες από μια απλή φωτογραφία.
Η νέα τεχνολογία επιτρέπει την καταγραφή ολόκληρης της διαδικασίας επιδιόρθωσης του DNA, όπως αν παρακολουθούσαμε μια ταινία υψηλής ευκρίνειας. Από την αρχική βλάβη μέχρι την προσέλευση των πρωτεϊνών και την τελική αποκατάσταση, οι ερευνητές αποκτούν περισσότερα και πιο ακριβή δεδομένα. Μέσω αυτής της προσέγγισης, μπορούν να παρατηρήσουν τη συμπεριφορά του DNA σε ένα ζωντανό κύτταρο, το οποίο είναι το πιο σημαντικό περιβάλλον για τη μελέτη του.
Η αξία της τεχνολογίας δεν περιορίζεται μονάχα στα καλλιεργημένα ανθρώπινα κύτταρα. Η ομάδα δοκίμασε τον αισθητήρα και σε C. elegans, ένα μικροσκοπικό οργανισμό που χρησιμοποιείται ευρέως στη βιολογία και διαπίστωσε ότι λειτουργεί εξίσου αποτελεσματικά. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν φυσιολογικά, προγραμματισμένα «σπασίματα» του DNA κατά τη διάρκεια ανάπτυξης του σκουληκιού, επιβεβαιώνοντας ότι ο αισθητήρας δεν είναι απλώς ένα εργαστηριακό εργαλείο, αλλά μπορεί να εφαρμοστεί και σε ζωντανά οργανικά συστήματα.
Το εύρος εφαρμογών είναι εκπληκτικό. Οι ερευνητές μπορούν να συνδυάσουν τον αισθητήρα με άλλες μοριακές μονάδες για να δημιουργήσουν χάρτες βλαβών DNA σε ολόκληρο το γονιδίωμα. Μπορούν να παρακολουθούν ποια πρωτεΐνη φτάνει πρώτη, ποιες συνεργάζονται και πώς μετακινείται το κατεστραμμένο DNA εντός του πυρήνα.
Η ιατρική έρευνα αναμένεται να επωφεληθεί σημαντικά από αυτήν την εξέλιξη. Πολλά αντικαρκινικά φάρμακα διασφαλίζουν ελεγχόμενη βλάβη στο DNA των καρκινικών κυττάρων. Οι τρέχουσες κλινικές δοκιμές συχνά στηρίζονται σε αντισώματα για τη μέτρηση της ζημιάς. Αυτή η νέα τεχνολογία φέρνει την υποσχόμενη δυνατότητα μιας πιο γρήγορης, φθηνότερης και ακριβούς αξιολόγησης. Επιπλέον, μπορεί να προσαρμοστεί σε έρευνες σχετικά με τη γήρανση, την αντίδραση του οργανισμού στην ακτινοβολία και την ανίχνευση χημικών ουσιών που προκαλούν μεταλλάξεις.
Η ανταπόκριση της επιστημονικής κοινότητας είναι ήδη εντυπωσιακή. Ερευνητικές ομάδες έχουν εκδηλώσει ενδιαφέρον να επικοινωνήσουν με τους δημιουργούς της μελέτης πριν ακόμη δημοσιευθεί. Ως απάντηση σε αυτήν τη ζήτηση, οι Baubec και συνεργάτες έχουν αποφασίσει να διαθέσουν ελεύθερα όλα τα εργαλεία και τις οδηγίες. Όπως αναφέρουν, ο στόχος τους δεν είναι η κατοχύρωση της τεχνολογίας, αλλά η επιτάχυνση της γνώσης μέσω της ανοιχτής επιστήμης.
Αν η παρακολούθηση του DNA μέχρι σήμερα θύμιζε την προσπάθεια παρακολούθησης μιας ταινίας μέσω αποσπασματικών καρέ, η νέα αυτή τεχνολογία προσφέρει την εμπειρία μιας πλήρους ταινίας. Αυτή η επανάσταση στην παρατήρηση υπόσχεται να αποκαλύψει κρυφές λεπτομέρειες, ανοίγοντας νέους δρόμους στη βιολογία. Με την ικανότητά μας να παρακολουθούμε το αόρατο να βελτιώνεται, ενδέχεται να πλησιάσουμε την κατανόηση της ίδιας της ζωής, καθώς αποκαλύπτεται μπροστά μας σε πραγματικό χρόνο.
