Η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ "ΑΡΧΕΓΟΝΗ ΣΟΥΠΑ" ΑΦΟΡΑ ΒΑΣΕΙΣ RNA

Το χημικό κατόρθωμα που ενισχύει τη θεωρία ότι η πρώτη ζωή στη Γη βασίστηκε στο RNA.

Davide Castelvecchi

Εάν ο Thomas Carell έχει δίκιο, περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, ένα μεγάλο μέρος της Γης μπορεί να είχε καλυφθεί με ένα γκριζωπό καφέ είδος ορυκτών. Αυτό όμως δεν ήταν ένας συνηθισμένος βράχος: αποτελούνταν από κρυστάλλους των οργανικών μορίων που οι επιστήμονες καλούν σήμερα Α, U, C και G. Και μερικά  από αυτά, η θεωρία συνεχίζει, θα χρησίμευαν αργότερα ως δομικά στοιχεία του RNA, του εξελικτικού κινητήρα των πρώτων ζωντανών οργανισμών, πριν υπάρξει το DNA.

Ο Carell, ένας χημικός επιστήμονας, και οι συνεργάτες του έχουν πλέον υποδείξει ένα χημικό μονοπάτι το οποίο - κατ 'αρχήν - θα μπορούσε να έχει δημιουργήσει τις Α, U, C και G (αδενίνη, ουρακίλη, κυτοσίνη και γουανίνη αντίστοιχα) από βασικά συστατικά όπως νερό και άζωτο κάτω από συνθήκες που θα ήταν πιθανό να υπήρχαν στην πρώιμη Γη. Οι αντιδράσεις αυτές θα παρήγαγαν τόσο πολλές από αυτές τις νουκλεοτιδικές βάσεις που, μετά από χιλιετίες, θα μπορούσαν να είχαν συσσωρευτεί σε "χοντρές κρούστες", υποστηρίζει ο Carell. Η ομάδα του περιγράφει τα αποτελέσματα στο Science .

Τα αποτελέσματα προσθέτουν αξιόπιστα στοιχεία στη θεωρία του «RNA world», ισχυρίζεται ο Carell, που εργάζεται στο Ludwig Maximilian University του Μονάχου στη Γερμανία. Αυτή η θεωρία υποστηρίζει ότι η ζωή προήλθε από αυτοαντιγραφόμενα γονίδια που βασίζονται στο RNA και ότι μόνο αργότερα οι οργανισμοί μπόρεσαν να αναπτύξουν την ικανότητα αποθήκευσης γενετικών πληροφοριών στον στενό συγγενή αυτού του μορίου, το DNA. Η χημεία πίσω από αυτό το γεγονός είναι επίσης μια "ισχυρή ένδειξη" ότι η εμφάνιση της ζωής που βασίστηκε στο RNA δεν ήταν ένα υπερβολικά τυχερό γεγονός, αλλά αυτό που πιθανότατα συμβαίνει σε πολλούς άλλους πλανήτες, προσθέτει.

Σε προηγούμενες εργασίες της το 2016, η ομάδα του Carell είχε βρει χημικές αντιδράσεις που έδωσαν αυθόρμητα τις νουκλεοτιδικές βάσεις Α και G. Μια άλλη ομάδα είχε κάνει μια παρόμοια απόδειξη αυτής της αρχής για τις άλλες δύο, U και C το 2009. Αλλά τα δύο μονοπάτια φαίνονταν ασύμβατα μεταξύ τους, απαιτώντας διαφορετικές συνθήκες, όπως διαφορετικές θερμοκρασίες και ρΗ.

Τώρα, η ομάδα του Carell έχει δείξει πώς μπορούν να σχηματιστούν όλες οι νουκλεοτιδικές βάσεις κάτω από ένα σύνολο συνθηκών: δύο ξεχωριστές λίμνες που περνούν από την εναλλαγή των εποχών, αλλάζουν από υγρό σε ξηρό, από ζεστό σε κρύο και από όξινο σε βασικό περιβάλλον και με χημικά στοιχεία που περιστασιακά ρέουν από τη μια λιμνη στην άλλη. Οι ερευνητές άφησαν πρώτα τα απλά μόρια να αντιδράσουν στο ζεστό νερό και στη συνέχεια άφησαν το προκύπτον μίγμα να κρυώσει και να στεγνώσει σχηματίζοντας ένα υπόλειμμα στον πυθμένα που αποτελούνταν από κρυστάλλους δύο οργανικών ενώσεων.

Στη συνέχεια, πρόσθεταν ξανά νερό και μία από τις ενώσεις διαλυόταν και καθαριζόταν μέσα σε μια άλλη δεξαμενή. Η απουσία αυτού του υδατοδιαλυτού μορίου επέτρεψε στην άλλη ένωση να υποβληθεί σε περαιτέρω αντιδράσεις. Στη συνέχεια οι ερευνητές ανάμιξαν ξανά τα προϊόντα και οι αντιδράσεις τους σχημάτισαν τις νουκλεοτιδικές βάσεις.

"Αυτή η μελέτη έχει επιδείξει θαυμάσια τη χημεία που χρειάζεται έτσι ώστε να μπορούν να σχηματιστούν όλα τα RNA νουκλεοσίδια", αναφέρει ο Ramanarayanan Krishnamurthy, χημικός της Scripps Research στο La Jolla, Καλιφόρνια. Αλλά και αυτός και άλλοι ερευνητές συχνά προειδοποιούν ότι αυτό και παρόμοια αποτελέσματα βασίζονται σε εκ των υστέρων γνώσεις και μπορεί να μην προσφέρουν αξιόπιστη καθοδήγηση ως προς τον τρόπο που η ζωή εξελίχθηκε.

Το επόμενο μείζον πρόβλημα που θέλει να αντιμετωπίσει ο Carell είναι τί αντιδράσεις θα μπορούσαν να σχηματίσουν το σάκχαρο ριβόζης, το οποίο χρειάζεται ώστε να ενωθεί με τις νουκλεοτιδικές βάσεις πριν σχηματιστεί το RNA.

References

1. 1. Becker, S. et al. Science 366, 76–82 (2019).

1. 2.Becker, S. et al. Science 352, 833–836 (2016).

2. 3.Powner, M. W., Gerland, B. & Sutherland, J. D. Nature 459, 239–242 (2009).

 
 

ΟΙ ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΕΣ ΕΝΕΣΕΙΣ ΣΕ ΟΓΚΟΥΣ ΔΙΝΟΥΝ ΠΡΩΙΜΕΣ ΥΠΟΣΧΕΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ

Από την Jennifer Couzin-Frankel

ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Μ. ΓΙΑΝΝΑΚΑΚΗ

ΝΕΑ ΥΟΡΚΗ - "ζωντανά βακτήρια" και "θεραπεία του καρκίνου" μπορεί να μην ακούγεται σαν ένας πολλά υποσχόμενος και ταιριαστός αγώνας αλλά ορισμένα μικρόβια φαίνονται ικανά να σταματούν την ανάπτυξη του όγκου όταν ενίονται στους όγκους, σύμφωνα με στοιχεία που παρουσιάζονται εδώ από την Τέταρτη Διεθνή Διάσκεψη Ανοσοθεραπείας για τον Καρκίνο στις 30 Σεπτεμβρίου. Οι ενέσεις φαίνεται να ενεργοποιούν μια ανοσοαπόκριση που στοχεύει επίσης και τον όγκο. Υπάρχουν ακόμα ερωτήματα σχετικά με την ασφάλεια της προσέγγισης. Ωστόσο, δεδομένου του αριθμού των ασθενών που αναπτύσσουν αντοχή ή δεν ανταποκρίνονται στις τρέχουσες θεραπείες του καρκίνου, οι βακτηριακές ενέσεις έχουν προκαλέσει αρκετό ενδιαφέρον ώστε να αποτελούν μέρος μιας νέας κλινικής μελέτης που συνδυάζει τα βακτήρια με μια ήδη καθιερωμένη ανοσοθεραπεία.

Η έρευνα φέρει τη λογική ενός παλαιότερου πειράματος, που χρονολογείται εδώ και περισσότερο από έναν αιώνα. Στη δεκαετία του 1890, ο ογκολόγος William Coley άρχισε να εγχύει σε ασθενείς με καρκίνο που είχαν μη χειρουργήσιμος όγκους ένα μίγμα θανατωμένων βακτηριδίων. Ο Coley ανέφερε επιτυχία με την προσέγγιση αυτή και οι "τοξίνες του Coley" πωλήθηκαν ως θεραπεία του καρκίνου στις Ηνωμένες Πολιτείες, ακόμη και στη δεκαετία του 1960. Αλλά άλλοι γιατροί αμφισβήτησαν τα αποτελέσματα του Coley και η αυτή η θεραπεία υπερσκελίστηκε από τη χημειοθεραπεία και την ακτινοβολία, οι οποίες έγιναν πρότυπο ρουτίνας στον καρκίνο.

Πριν από τέσσερα χρόνια, μια μεγάλη ομάδα επιστημόνων κατά του καρκίνου πρότεινε ότι οι βακτηριακές ενέσεις μπορεί να είναι ένας έγκυρος τρόπος για την αντιμετώπιση του καρκίνου μετά από όλα αυτά. Δημοσίευσαν ένα έγγραφο στο Science Translational Medicine περιγράφοντας πώς σε έξι από τα 16 σκυλιά με συμπαγείς όγκους, οι μάζες συρρικνώθηκαν ή εξαφανίστηκαν όταν εγχύθηκαν σε αυτά ζωντανά αντίγραφα του βακτηρίου Clostridium novyi. Σε αυτή την εργασία, η ερευνητική ομάδα απομόνωσε για πρώτη φορά από τα ζωντανά βακτηρίδια ένα γονίδιο που παράγει μια τοξίνη. Ενθουσιασμένοι από το πώς τα σκυλιά ανταποκρίθηκαν, η ομάδα κούραρε επίσης και μια 53χρονη γυναίκα με λειομυοσάρκωμα, μια μορφή καρκίνου που ξεκινάει στους λείους μύες. Ο όγκος της συρρικνώθηκε επίσης, αν και αργότερα αναζήτησε άλλη θεραπεία για τον καρκίνο.

Αυτή η ασθενής είναι τώρα η πρώτη από τους πολλούς. Σε επιπρόσθετο κλινικό έργο που καθοδηγήθηκε από τον ιατρό ογκολόγο Filip Janku στο Πανεπιστήμιο του Τέξας MD Anderson Cancer Center στο Χιούστον, ο οποίος ήταν μέλος της προηγούμενης επιστημονικής ομάδας 4 χρόνια νωρίτερα, αντιμετωπίστηκαν 23 ακόμη ασθενείς με προχωρημένο σάρκωμα ή άλλους συμπαγείς όγκους από καρκίνο του μαστού μέχρι μελάνωμα με μια μοναδική ένεση στον όγκο τους που περιείχε από 10.000 έως 3 εκατομμύρια σπόρια Clostridium, που αποτελούσαν μια αδρανή μορφή αυτών των βακτηριδίων. Η ερευνητική ομάδα ήταν έκπληκτη και ενθουσιασμένη από τα αποτελέσματα των βακτηριδίων έναντι των όγκων. Δεκαεννέα ασθενείς, συμπεριλαμβανομένης της πρώτης γυναίκας, είδαν τον καρκίνο τους να σταθεροποιείται, πράγμα που σήμαινε ότι οι όγκοι τους δεν συνεχίζουν να μεγαλώνουν μετά τη θεραπεία. Παρ' όλο που οι ενέσεις ήταν τοπικές, τα βακτήρια φάνηκε επίσης μερικές φορές να σταθεροποιούν και να μειώνουν την ανάπτυξη των όγκων σε άλλα μέρη του σώματος όπως φαίνεται απεικονιστικά, αναφέρει ο Janku.

Μια φλεγμονώδης απόκριση στα σπόρια μπορεί να προκαλέσει τη βασική αντικαρκινική ανοσοκινητοποίηση, ο ίδιος και οι συνεργάτες του εικάζουν. Σε 11 από τους ασθενείς, οι ερευνητές είδαν στοιχεία - πυρετό, πόνο και οίδημα στα σημεία της ένεσης - ότι τα σπόρια είχαν εκβλαστήσει, μια διαδικασία με την οποία τα αδρανή βακτήρια ξεκινούσαν πάλι την ενεργό αναπαραγωγή τους.

Η στρατηγική ήταν τόσο νέα που οι επιστήμονες δεν ήταν βέβαιοι ότι η δόση θα είχε σημασία, ειδικά επειδή ελπίζανε ότι τα σπόρια θα γίνονταν ενεργά μόνο μία φορά μέσα στον όγκο. Αποδείχθηκε ότι ο αριθμός των σπορίων που εγχύθηκαν ήταν βασικό θέμα ασφάλειας: Οι δύο ασθενείς που έλαβαν την υψηλότερη από τις έξι δόσεις ανέπτυξαν γάγγραινα και σήψη, μια απειλητική για τη ζωή περαιτέρω απόκριση σε λοίμωξη. Ένας τρίτος ασθενής, επίσης σε μια ομάδα υψηλότερης δόσης, υπέστη σήψη επίσης.

"Δεν έχουμε κάνει μια βαθιά βουτιά στον μηχανισμό", αναφέρει ο Janku. Τα βακτήρια που δεν είναι σε μορφή σπορίων απελευθερώνουν διάφορα ένζυμα που μπορούν να διασπάσουν τα κύτταρα του όγκου και, όπως και κάθε εισβολέας, καθιστούν το ανοσοποιητικό σύστημα σε μια φλεγμονώδη κατάσταση που μπορεί να στοχεύει και τις καρκινικές μάζες. Αλλά οι λεπτομέρειες παραμένουν μυστηριώδεις.

Παρόλα αυτά, με βάση τις σταθεροποιημένες μάζες όγκων σε τόσους πολλούς ασθενείς, «γνωρίζετε ότι δουλεύει», δηλώνει η Dzana Dervovic, ανοσολόγος στο Ινστιτούτο Ερευνών Lunenfeld-Tanenbaum στο Τορόντο του Καναδά, που ενδιαφέρεται ιδιαίτερα για τους πυρετούς που ακολουθούν τις απαντήσεις του οργανισμού στον καρκίνο.

Η έρευνα είχε πρωταρχικά ως στόχο να βεβαιώσει την άμεση ασφάλεια των βακτηριακών ενέσεων - αν και προσφέρει στοιχεία για δράση κατά του όγκου, δεν είχε σχεδιαστεί για να εκτιμήσει την επιβίωση ή ακόμα και τον τρόπο με τον οποίο οι ασθενείς ανταποκρίνονται μακροπρόθεσμα. Οι ασθενείς, οι οποίοι υποβλήθηκαν σε θεραπεία μεταξύ του 2013 και 2017, έλαβαν μόνο μία ένεση (με εξαίρεση ένα άτομο που ζήτησε και πήρε μια δεύτερη μήνες αργότερα, το οποίο δεν ήταν αποτελεσματικό) και στη συνέχεια προχώρησαν σε άλλες θεραπείες. Ο Janku ξεκίνησε άλλη μια μικρή έρευνα νωρίτερα φέτος, με την υποστήριξη δύο εταιρειών, για να εξετάσει το Clostridium σε συνδυασμό με ένα φάρμακο "αναστολέα σημείων ελέγχου" που βοηθά στην απελευθέρωση του ανοσοποιητικού συστήματος ώστε να δρα στους όγκους. Τέτοια φάρμακα είναι μια όλο και πιο δημοφιλής στρατηγική ανοσοθεραπείας, η οποία αναγνωρίστηκε σήμερα με το βραβείο Νόμπελ.

Posted in: 

• Health
• Cancer topic