Της Άννας – Νικολέτας Γρίβα,
Βιοφωταύγεια και Βιοφθορισμός. Δύο από τα πιο θαυμαστά φαινόμενα της φύσης, η παραγωγή και εκπομπή ορατού φωτός από έναν ζωντανό οργανισμό και η απορρόφηση φωτός, η μετατροπή του και η εκπομπή ενός διαφορετικού χρώματος αντιστοίχως. Οργανισμοί που έχουν ικανότητα βιοφωταύγειας ή βιοφθορισμού παρατηρούνται κυρίως σε υδάτινα περιβάλλοντα, απ’ την επιφάνεια της θάλασσας, έως και το βαθύτερο σημείο του ωκεανού, και περιλαμβάνουν διαφόρων ειδών βακτήρια, φύκη, μύκητες, ψάρια, ή και έντομα, όπως η γνωστή σε όλους πυγολαμπίδα.
Το φως που εκπέμπεται από έναν βιοφωταυγή οργανισμό απαιτεί ενέργεια εκλυόμενη από χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του. Παραδείγματος χάριν, στην περίπτωση της πυγολαμπίδας, το φως παράγεται μέσω της οξείδωσης ενός μορίου, της λουσιφερίνης, ενώ ως καταλύτης στην αντίδραση χρησιμοποιείται το ένζυμο λουσιφεράση. Διαφορετικές λουσιφερίνες είναι υπεύθυνες για την παραγωγή διαφορετικών χρωμάτων.
Ενώ δεν γνωρίζουμε ποιες είναι οι λειτουργίες που επιτελεί η βιοφωταύγεια σε κάθε οργανισμό στον οποίο παρατηρείται, συνήθως αυτός χρησιμοποιεί το φαινόμενο για να προειδοποιήσει και να απομακρύνει τους θηρευτές ή για να εντοπίσει και να προσελκύσει το θήραμα, ενώ γίνεται χρήση της και για την επικοινωνία μεταξύ μελών του ίδιου είδους. Ο βιοφθορισμός, αντίστοιχα, χρησιμοποιείται συχνά τόσο κατά την επικοινωνία, όσο και κατά το ζευγάρωμα.
Παρ’ όλα αυτά, τα φαινόμενα αυτά δεν είναι μόνο χρήσιμα για τα ίδια τα ζώα που διαθέτουν τέτοιου είδους ικανότητες, αλλά και για τον άνθρωπο, αφού η αξιοποίησή τους στον τομέα της ιατρικής έρευνας έχει ήδη επιφέρει σημαντικές εξελίξεις και συνεχίζει ακόμη να στέκεται αρωγός στην προσπάθεια των ιατρών και των ερευνητών να βελτιώσουν την υγεία του ανθρώπου.
Μία από τις πιο γνωστές ανακαλύψεις στον τομέα αυτόν ήταν η Πράσινη Φθορίζουσα Πρωτεΐνη (Green Fluorescent Protein ή GFP), η οποία απομονώθηκε από τη βιοφωταυγή μέδουσα Aequorea Victoria, και μαζί με άλλες φθορίζουσες πρωτεΐνες έχει φέρει την επανάσταση σε πληθώρα τομέων, από την ανοσολογία έως και τη νευροεπιστήμη. H GFP δύναται να συνδεθεί με «αόρατες» (μη φθορίζουσες) πρωτεΐνες, επιτρέποντας στους ερευνητές να κατανοήσουν περαιτέρω την κυτταρική βλάβη που προκαλεί η νόσος του Alzheimer, όπως και άλλες νευρολογικές ασθένειες, να βελτιώσουν τον εντοπισμό θρόμβων, να ιχνηλατήσουν την εξάπλωση του HIV, ακόμα και να καταπολεμήσουν τον καρκίνο.
Όσον αφορά τον τομέα της νευροεπιστήμης, τις τελευταίες δεκαετίες, διάφορες φθορίζουσες πρωτεΐνες διαφορετικών χρωμάτων έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιηθεί σε ποικιλία πειραμάτων, με χαρακτηριστικό παράδειγμα το επονομαζόμενο “brainbow” (συνδυασμός των λέξεων “brain” —εγκέφαλος— και “rainbow” —ουράνιο τόξο—), χάρις στο οποίο οι επιστήμονες μπόρεσαν να εντοπίσουν μεμονωμένα κύτταρα στο πυκνό δίκτυο νευρώνων του εγκεφάλου του ποντικού, και τελικά, του ανθρώπου. Ακόμα Ιάπωνες επιστήμονες έχουν καταφέρει να εισαγάγουν βιοφωταυγή γονίδια σε θηλαστικά, με ελπίδα τη «δημιουργία» ζώων κατάλληλων για χρήση σε έρευνες νευρολογικού ενδιαφέροντος, όπως αυτές που μελετούν την ασθένεια του Parkinson.
Περνώντας στον τομέα της ανοσολογίας, αξίζει κανείς να αναφερθεί σε έρευνα που πραγματοποιήθηκε στο Mayo Clinic στις Η.Π.Α. και το Πανεπιστήμιο Yamaguchi της Ιαπωνίας, στο πλαίσιο της οποίας οι επιστήμονες επιτυχώς πραγματοποίησαν έγχυση ενός ρετροϊού γενετικά τροποποιημένου με γονίδια GFP απευθείας σε μη γονιμοποιημένα ωάρια γάτας, σε μια προσπάθεια να παρακολουθήσουν την εξάπλωση του FIV (Feline Immunodeficiency Virus ή Ιός Ανοσοανεπάρκειας Αιλουροειδών), ο οποίος κινείται στον οργανισμό της γάτας σχεδόν όπως ο HIV στον ανθρώπινο.
Θα ήταν παράλειψη, όμως, να μην εξετάσει κανείς και έρευνα του 2011 που πραγματοποιήθηκε από επιστήμονες του Connecticut College, οι οποίοι χρησιμοποίησαν τη λουσιφεράση της πυγολαμπίδας ως απεικονιστικό παράγοντα για την παρακολούθηση ασθενών που έλαβαν θεραπεία με ηπαρίνη, το αραιωτικό δηλαδή του αίματος που χορηγείται για την πρόληψη ή τη θεραπεία θρόμβων. Οι επιστήμονες ανέμιξαν τη λουσιφεράση της πυγολαμπίδας με μια μοναδική χρωστική ουσία, με τη δράση της οποίας η πρωτεΐνη εκπέμπει φως κοντά στο φάσμα του υπερύθρου. Μπόρεσαν έτσι να ανιχνεύσουν μικροσκοπικές ποσότητες του παράγοντα Xa, μιας πρωτεΐνης του αίματος, και να παρακολουθήσουν καλύτερα την αποτελεσματικότητα της θεραπείας.
Οι εφαρμογές, όμως, των φαινομένων αυτών δεν σταματούν εκεί. Μια πρόσφατη μελέτη σε εγκυμονούντα ποντίκια, τα αποτελέσματα της οποίας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό “Nature|, έκανε χρήση απεικονιστικών τεχνικών βασιζόμενων στη βιοφωταύγεια της πυγολαμπίδας, προκειμένου να κατανοηθεί καλύτερα ο μηχανισμός —στα ποντίκια και μελλοντικά στον άνθρωπο— με τον οποίο ο φραγμός του πλακούντα προστατεύει το έμβρυο από τις διάφορες ουσίες που καταναλώνει η μητέρα.
Τέλος, στον τομέα της μελέτης για τον καρκίνο, η βιοφωταύγεια έχει συνεισφέρει σημαντικά στην εύρεση μίας νέας μεθόδου, από το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο του Oslo, που επιτρέπει στην πηγή φωτός που χρησιμοποιείται για την καταστροφή των καρκινικών κυττάρων, να προέλθει μέσα από τα ίδια τα κύτταρα, σε αντίθεση με προγενέστερες μεθόδους, στις οποίες το φως προερχόταν από εξωτερικό laser. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, κατέστη δυνατή η καταστροφή καρκινικών κυττάρων, που βρίσκονται μακριά από την επιφάνεια του δέρματος, σε ιστούς βαθιά «κρυμμένους» στο εσωτερικό του σώματος.
Μέσα από όλες τις παραπάνω εφαρμογές, τόσο της βιοφωταύγειας, όσο και του βιοφθορισμού στην ιατρική έρευνα, εύκολα μπορεί κανείς να αντιληφθεί πως δεν πρόκειται απλώς για δύο εντυπωσιακά φαινόμενα, αλλά για δύο φαινόμενα που δύνανται να αλλάξουν ριζικά τον τρόπο διάγνωσης και θεραπείας ασθενειών. Τέλος, μπορεί κανείς να συνειδητοποιήσει ότι τελικά, η φύση θα αποτελεί πάντοτε ατέρμονη πηγή έμπνευσης και γνώσης για όλους τους ανθρώπους, και ιδίως για τους επιστήμονες.
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- Dybas C. L., Illuminating New Biomedical Discoveries: Bioluminescent, biofluorescent species glow with promise, academic.oup.com. Διαθέσιμο εδώ
- Brainbow mice, theguardian.com. Διαθέσιμο εδώ
- What is bioluminescence?, oceanservice.noaa.gov. Διαθέσιμο εδώ
- Langlois J., How Studying Bioluminescent Creatures Is Transforming Medical Science, smithsonianmag.com. Διαθέσιμο εδώ
- Rosenfeld J., 7 Ways Bioluminescence Has Revolutionized Medical Research, mentalfloss.com. Διαθέσιμο εδώ
