Οι 10 κορυφαίες ανακαλύψεις για το 2007 σύμφωνα με το Science

Πηγή: Science - Δίκτυο, 21 Δεκεμβρίου 2007

Η πιο σημαντική ανακάλυψη, κατά το περιοδικό Science, του 2007 ήταν η ανακάλυψη ότι τα δερματικά κύτταρα θα μπορούσαν να χειριστούν κατάλληλα για να συμπεριφερθούν σαν τα βλαστικά κύτταρα.

Οι επιστήμονες έχουν μάθει πολλά τα τελευταία χρόνια για το πώς επηρεάζουν τα γονίδια κληρονομούμενα χαρακτηριστικά και ασθένειες. Συγχρόνως, ακούμε για το πόσο μικρές είναι οι διαφορές μεταξύ μας και των όχι και τόσο απόμακρων εξαδέλφων μας, τους χιμπατζήδες και τους γορίλες. Αλλά αυτή τη χρονιά, ερευνητές τοποθέτησαν στη σειρά τα γονιδιώματα χιλιάδων ατόμων. Εξέτασαν παραλλαγές σε μικρά τμήματα του DNA, που λέγονται Απλά Πολυμορφισματικά Νουκλεοτίδια, ή SNPs. Ο κάθε ένας από μας έχει εκατομμύρια SNPs στο DNA του. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν πόσο διαφέρουν μεταξύ τους σε αυτό το βασικό επίπεδο - μια κρίσιμη πληροφορία για να κατανοήσουμε τα πάντα, από το ποιός αναπτύσσει διαβήτη έως το ποιός κινδυνεύει να πάθει καρκίνο του μαστού.

Τα δερματικά κύτταρα, που μετατράπηκαν σε βλαστοκύτταρα, είναι δυνατόν να εξελιχθούν σε δομικές μονάδες οποιουδήποτε τύπου ανθρώπινου ιστού και μάλιστα ειδικά για κάθε συγκεκριμένο ασθενή και για κάθε συγκεκριμένη ασθένεια, χωρίς τη χρήση ανθρώπινων ωαρίων ή εμβρύων

Πριν σχεδόν επτά χρόνια, για πρώτη φορά βρέθηκε η αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος. Από τότε με τη μελέτη της γενετικής σύνθεσης μας οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι υπάρχουν περίπου 15 εκατομμύρια θέσεις κατά μήκος του γονιδιώματος, όπου μπορεί να διαφέρει ένα άτομο ή ένας πληθυσμός. Μέχρι το τέλος του 2007,  προσδιορίστηκαν πάνω από 3 εκατομμύρια αυτών των Απλών Πολυμορφισματικών Νουκλεοτιδίων (SNPs). Μια διεθνής επιστημονική επιχείρηση γνωστή ως πρόγραμμα HapMap επιδιώκει να βρει τις διαφορές μέσα στο ανθρώπινο γονιδίωμα ανιχνεύοντας αυτά τα SNPs.

Μόνο την προηγούμενη χρονιά, οι ερευνητές συνέδεσαν πάνω από μια δωδεκάδα αρρώστειες με πενήντα γονίδια και τις παραλλαγές τους. Οι μελέτες που δημοσιεύθηκαν το 2007 έχουν βρει παραλλαγές γονιδίων που υπαινίσσονται μια προδιάθεση για το διαβήτη τύπου 1 και 2, την ασθένεια του Crohn, τις καρδιακές παθήσεις, τον καρκίνο του μαστού, το σύνδρομο των ανήσυχων ποδιών, τον ενδοκολπικό ινιδισμό, το γλαύκωμα, την σκλήρυνση κατά πλάκας, την ρευματοειδή αρθρίτιδα, αλλά και τον καρκίνο του ορθού και του κόλου, μεταξύ των άλλων ανακαλύψεων.

Έτσι, στα πλαίσια των ερευνών για το γονιδίωμα, πριν δύο μήνες περίπου, δύο ερευνητικές ομάδες στις ΗΠΑ και την Ιαπωνία ανακοίνωσαν, ανεξάρτητα μεταξύ τους, ότι κατάφεραν να μετατρέψουν κύτταρα του δέρματος σε βλαστικά κύτταρα, εφαρμόζοντας μια πρωτοποριακή μέθοδο, που παρακάμπτει τη χρήση ανθρώπινων εμβρύων.

Στη μία ομάδα ήταν επικεφαλής ο Shinya Yamanaka (αριστερά), του Πανεπιστημίου του Κιότο, Στη δεύτερη υπογράφει η ομάδα του James Thomson (δεξιά) από το Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν στο Μάντισον.

Τα βλαστικά κύτταρα, που υπόσχονται να φέρουν επανάσταση στην ιατρική, μπορούν να καλλιεργηθούν στο εργαστήριο και να δώσουν, θεωρητικά, μια ποικιλία διαφορετικών ιστών για μεταμόσχευση. Βλαστικά κύτταρα υπάρχουν και στον ενήλικο οργανισμό, έχουν όμως αποδειχθεί λιγότερο «ευέλικτα» από τα εμβρυϊκά κύτταρα.

Για να το κατορθώσουν αυτό, οι ερευνητές μόλυναν ανθρώπινους ινοβλάστες δέρματος με έναν ιό που μετέφερε στα κύτταρα τέσσερα επιπλέον γονίδια (δύο από τα γονίδια ήταν κοινά και στις δύο μελέτες). Τα επιπλέον αυτά γονίδια επαναπρογραμματίζουν τη λειτουργία άλλων γονιδίων και αναγκάζουν τα κύτταρα να αλλάξουν ρόλο και να μετατραπούν σε πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα (iPS). Στην παρούσα φάση, τα κύτταρα αυτά δεν θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε ασθενείς, δεδομένου ότι έχουν τροποποιηθεί γενετικά και θα μπορούσαν θεωρητικά να προκαλέσουν καρκίνο.

Η νέα αυτή τεχνική επιλύει και το ηθικό πρόβλημα που συνεπάγεται η καταστροφή των εμβρύων για τη συλλογή βλαστοκυττάρων, διευκολύνοντας και επιταχύνοντας την κατασκευή «ανταλλακτικών ιστών» και οργάνων, αν και ως γνωστόν η μεταβολή του DNA των δερματικών κυττάρων προκαλεί καρκίνο. Επίσης, θα επιτρέψει στις φαρμακοβιομηχανίες τη δυνατότητα να «ελέγχουν» τον τρόπο αλληλεπίδρασης των σκευασμάτων τους με τα ηλικιωμένα και άρρωστα κύτταρα.

Οι 10 κορυφαίες ανακαλύψεις

• Βλαστοκύτταρα από τα δερματικά κύτταρα: Πέρυσι, επιστήμονες στην Ιαπωνία δημιούργησαν πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα (iPS) παρεμβάλλοντας μόνα τέσσερα γονίδια στα κύτταρα της ουράς των ποντικών. Αυτά τα κύτταρα iPS έμοιαζαν και δρούσαν σαν τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα. Κατά τη διάρκεια του περασμένου καλοκαιριού ανακοινώσεις έδειξαν πώς κάποιος θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει δερματικά κύτταρα ποντικιών για να σχηματίσει αυτά τα κύτταρα iPS. Μετά, με μια αστραπιαία ακολουθία γεγονότων, όχι μία αλλά δύο ερευνητικές ομάδες ανέφεραν την ολοκλήρωση του ίδιου άθλου με ανθρώπινα δερματικά κύτταρα. Το γεγονός αυτό χαιρετήθηκε από πολλούς επιστήμονες και πολιτικούς ως νίκη, καθώς αφαιρεί ενδεχομένως την ανάγκη για χρήση ανθρώπινων εμβρύων για την έρευνα των βλαστοκυττάρων.
   

• Προέλευση των Κοσμικών Σφαιρών: Ήταν γνωστό από τη δεκαετία του '60 ότι η Γη βομβαρδίζεται από κοσμικά σωματίδια υψηλής ενέργειας. Αυτά τα σωματίδια είναι μικρότερα από τα άτομα και ακόμα χτυπούν τη Γη με τη δύναμη μιας μπάλας του γκολφ που πέφτει στο έδαφος, η δε ενέργεια τους είναι 100 εκατομμύρια φορές πιο υψηλή από την ενέργεια που δίνει οποιοσδήποτε σημερινός επιταχυντής σωματιδίων. Το ζήτημα της προέλευσής τους μπορεί να έχει λυθεί αυτή τη χρονιά από τους ερευνητές στο Παρατηρητήριο Pierre Auger στην Αργεντινή. Η εξήγηση τους είναι η εξής: αυτά τα σωματίδια προέρχονται από τους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες, τις υπερβαρέες μαύρες τρύπες που κρύβονται στο κέντρο μερικών γαλαξιών. Εντούτοις, χωρίς έναν μηχανισμό που να εξηγεί πώς αυτά τα σωματίδια - πρωτόνια σε αυτήν την περίπτωση - φθάνουν σε αυτές τις απίστευτες ενέργειες (παραπάνω από 60 EeV), οι συζητήσεις οργιάζουν.
   

• Βλέποντας τις αισθήσεις σας: Ενώ ο καθένας ξέρει τις πέντε βασικές αισθήσεις, πρέπει να διευκρινιστεί ακόμα λεπτομερώς σε μοριακό επίπεδο το πώς λειτουργούν. Αυτή τη χρονιά ένα ζευγάρι κρυσταλογράφων δημοσίευσε τέσσερις εργασίες σχετικά με τη δομή του β₂-αδρενεργικού υποδοχέα. Αυτό το μόριο είναι ένα από μια οικογένεια σχεδόν 1.000 μορίων που συνδέουν μεμβράνες, που ονομάζονται G υποδοχείς συνδεδεμένων πρωτεϊνών (GPCRs). Η GPCR βοηθάει να παίρνουμε αξιόπιστες πληροφορίες για το περιβάλλον μας μέσω της γεύσης, της μυρωδιάς, της αφής, της ακοής, και της όρασης, ενώ μας βοηθούν να διαχειριστούμε τις συνθήκες του εσωτερικού σώματος μας.
   

• Οξείδια μετάλλων μετάπτωσης: Οι δίοδοι και τα τρανζίστορ είναι οι δομικές μονάδες της σύγχρονης ψηφιακής εποχής. Οφείλουν την ύπαρξή τους στο γεγονός ότι όταν έρχονται σε επαφή δύο ημιαγωγικά υλικά, απορρέουν πολλά ενδιαφέροντα φαινόμενα της φυσικής. Αυτή τη χρονιά οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι εάν αναπτυχθούν σε στρώματα διαφορετικά οξείδια μετάλλων (οξείδια στοιχείων μετάπτωσης), τότε μπορούν να εμφανιστούν πολύ ενδιαφέροντα πράγματα. Σε μια αιχμηρή διεπαφή μεταξύ δύο τύπων οξειδίων, η επίδραση από τις διαφορετικές κρυσταλλικές δομές μπορεί να αλλάξει τις θέσεις των ατόμων κατά μήκος της διεπαφής, ή ακόμα και να έχει επιπτώσεις στη κατανομή των φορτίων των ηλεκτρονίων γύρω από ορισμένα άτομα. Σε δύο παραδείγματα οι ερευνητές ανέπτυξαν μαζί δύο μονωτικά υλικά που έκαναν μια αγώγιμη διεπαφή, ενώ ένας άλλος ερευνητής δημιούργησε μια υπεραγωγική διεπαφή από δύο μονωτές.
   

• Κβαντικό σπιν φαινομένου Hall: Όταν οι θεωρητικοί και οι πειραματιστές συνεργάζονται στην επιστήμη, τότε συμβαίνουν σημαντικές ανακαλύψεις. Αυτή τη χρονιά, μια ομάδα θεωρητικών φυσικών πρόβλεψε ότι το τελλουρίδιο του υδραργύρου (HgTe), ανάμεσα δύο ημιαγωγικά υλικά πρέπει να κάνει αυτό που είναι γνωστό ως Κβαντικό Σπιν Φαινομένου Hall (QSHE). Όταν άρχισαν να δουλεύουν με μια ομάδα πειραματικών φυσικών, και οι δύο ομάδες άρχισαν να δουλεύουν για να αποδείξουν την θεωρητική πρόβλεψη. Δείχθηκε βέβαια το Κβαντικό Σπιν Φαινομένου Hall, αλλά μόνο στις θερμοκρασίες κάτω από 10 Κ. Εάν αυτό μπορεί να αναπαραχθεί στις θερμοκρασίες δωματίου, το φαινόμενο θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια νέα γενεά χαμηλής ισχύος υπολογιστικών συσκευών σπιντρόνικς.
   

• Ειδικευμένα κύτταρα του ανοσοποιητικού: Όταν αρρωσταίνετε, δημιουργούνται δύο τύποι κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος. Μερικά από τα κύτταρα γίνονται "βραχύβιοι στρατιώτες" η εργασία των οποίων είναι να παλέψουν την αρρώστια. Άλλα κύτταρα πάλι γίνονται κύτταρα με μακροπρόθεσμη μνήμη, που τριγυρίζουν για χρόνια ή και δεκαετίες μέχρι να ξαναέλθει η ίδια ασθένεια και να την αντιμετωπίσουν πάλι. Το Μάρτιο του 2007, μια ομάδα αμερικανών ερευνητών έδειξε ότι ένα κύτταρο Τ θα μπορούσε να διαιρεθεί κατά τρόπο ασυμμετρικό, επιτρέποντας έτσι την ειδίκευση τους ως στρατιώτες ή σαν κύτταρα μνήμης. Ενώ δεν έχει προέλθει ακόμα καμία πρακτική εφαρμογή από αυτή την ανακάλυψη, υπάρχει η δυνατότητα να ενισχυθεί η δράση των εμβόλιων.
   

• Μοριακός έλεγχος: Καμία συγκεκριμένη σημαντική ανακάλυψη δεν αναφέρεται εδώ. Αντίθετα η αναφορά μοιράζεται σε χημικούς σε όλο τον κόσμο για διάφορες σημαντικές ανακαλύψεις για τον έλεγχο των χημικών αντιδράσεων. Όταν παράγεται μια χημική ουσία, όσα λιγότερα είναι τα βήματα τόσο το καλύτερο. Όπως θα σας εξηγήσει κι ένας χημικός μηχανικός οι διαχωρισμοί και οι καθαρισμοί μεταξύ των βημάτων στοιχίζουν, και φυσικά το κόστος των πρόσθετων βημάτων μεταφέρεται προς τον καταναλωτή. Αυτό το έτος είδαμε μια σπουδαία χημική έρευνα, που επέτρεψε στους χημικούς να πραγματοποιήσουν αντιδράσεις σε επιλεγμένα σημεία στα σύνθετα μόρια, και έτσι να περιορίσουν τα πολλαπλά βήματα σε πολύ μακριές αλυσίδες σύνθεσης των ενώσεων. Στο τέλος, αυτό μπορεί ενδεχομένως να οδηγήσει σε φτηνότερα υλικά και φαρμακευτικά είδη για τους καταναλωτές.
   

• Μνήμη και φαντασία: Ερευνητές στη νευρολογία αυτό το έτος διαπίστωσαν ότι υπάρχει μια ομοιότητα μεταξύ του πως ο εγκέφαλός μας ανακαλεί τις μνήμες και του πως φαντάζεται νέα σενάρια. Τον Ιανουάριο, βρετανοί ερευνητές έδειξαν ότι ασθενείς με αμνησία - που προκαλείται από καταστροφή του ιππόκαμπου - είχαν μια δύσκολη περίοδο όπου φανταζόντουσαν υποθετικές καταστάσεις, και επίσης ανακαλούσαν παλαιά γεγονότα στη μνήμη τους. Αργότερα την άνοιξη, μια ξεχωριστή μελέτη για την εγκεφαλική απεικόνιση των υγιών νέων έδειξε ότι παρόμοιες νευρικές διαβάσεις χρησιμοποιήθηκαν και για να θυμηθούν τα προηγούμενα γεγονότα και για να φανταστούν μελλοντικά σενάρια - και τα δύο γεγονότα χρησιμοποίησαν ένα μέρος του ιππόκαμπου.
   

• Τέλεια Ντάμα: Μια ομάδα καναδών ερευνητών πληροφορικής απέδειξε ότι ένα παιχνίδι ντάμας, εάν παίζεται τέλεια, θα τελειώσει με μια ισοπαλία. Αυτή η απόδειξη είναι το αποκορύφωμα μιας έρευνας 18 ετών και αντιπροσωπεύει "το πιο περίπλοκο παιχνίδι" που λύθηκε ποτέ. Σε ένα παιχνίδι ντάμας στις ΗΠΑ, υπάρχουν 5x10²⁰ δυνατές διαφορετικές διαμορφώσεις. Ανασύροντας από μια βάση δεδομένων 39 τρισεκατομμυρίων δυνατών ρυθμίσεων με 10 ή λιγότερα  κομμάτια πάνω στον πίνακα, οι ερευνητές βρήκαν ποιές από αυτές θα οδηγούσαν στη νίκη για το κόκκινο, για το μαύρο, ή την ισοπαλία. Έπειτα έδειξαν ότι μια συγκεκριμένη ακολουθία που θα παίζεται τέλεια θα οδηγούσε στην ισοπαλία.