Το DNA σε ρόλο σκληρού δίσκου

Το γενετικό υλικό μας διαθέτει θαυμαστές δυνατότητες αποθήκευσης πληροφοριών. Μπορεί αυτές οι «μνήμες» να μεταδίδονται στους απογόνους μας προσφέροντας την αθανασία;

ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ:  19/09/2015 05:45

Με το DNA σε ρόλο μαγνητοταινίας το κάθε κύτταρό μας χωράει 750 ΜΒ πληροφοριών

 

 

Στις 10 Ιουλίου 2015 έκανε πρεμιέρα στις ΗΠΑ η ταινία «Self/less», με θέμα της την επιδίωξη της αθανασίας μέσω «μεταβίβασης μνήμης». Προτού συνέλθουν από το σοκ όσοι την είδαν, οι «Τimes» της Νέας Υόρκης ανέλυσαν σε κύριο άρθρο τους την περίπτωση της 23χρονης καρκινοπαθούς Κιμ Σουόζι, η οποία επέλεξε και επέτυχε την κατάψυξη του εγκεφάλου της με την ελπίδα μιας μελλοντικής αναβίωσής της.

Είναι άραγε δυνατόν να μετατρέψουμε τέτοια σενάρια επιστημονικής φαντασίας σε απτή πραγματικότητα; Ενδέχεται να αγγίξουμε την αθανασία μέσω μεταβίβασης της μνήμης και της προσωπικότητάς μας σε απογόνους μας; Παρακάμπτοντας - για την ώρα - τα μεγάλα ηθικά και φιλοσοφικά διλήμματα μιας τέτοιας δυνατότητας, ανιχνεύουμε στις επόμενες σελίδες το εφικτό του πράγματος εξετάζοντας τις πιο πρόσφατες σχετικές επιστημονικές δημοσιεύσεις.

Παρά τις χρωματιστές ή γκρίζες αποχρώσεις μας, εμείς οι άνθρωποι έχουμε όλοι κάτι κοινό: πασχίζουμε να εντυπωθούμε στη μνήμη όσων μας γνωρίσουν εν ζωή και να αφήσουμε πίσω μας ένα ίχνος post mortem αξιομνημόνευτο. Είναι η κοινή μας λαχτάρα του «διάττοντος αστέρα» σε αυτόν τον κόσμο και η μόνη μας απτή προσέγγιση στην αθανασία - η μη απτή επαφίεται στις θρησκευτικές δοξασίες του καθενός.

Η πικρή αυτή αλήθεια είναι βέβαια γνωστή σε όλους ανέκαθεν και διατυπώθηκε πολύ περιεκτικά από φιλοσόφους όπως ο Κικέρων (106-43 π.Χ.): «Η ζωή μας είναι εκ φύσεως σύντομη αλλά η μνήμη μιας άξια βιωμένης ζωής είναι παντοτινή». Ετσι οι μεν προνομιούχοι της Ιστορίας πάσχισαν και πασχίζουν για το μεταθανάτιο λήμμα τους στις εγκυκλοπαίδειες, οι δε κοινοί θνητοί ξοδεύουν τη ζωή τους στο κυνήγι των εντυπώσεων. Και, εξυπηρετώντας όλους, η επιστήμη προστρέχει με το να ερευνά και να ανακαλύπτει συνεχώς νέους τρόπους βελτίωσης της εμφάνισής μας ή παράτασης της λειτουργίας του σώματός μας με κάθε λογής φάρμακα και «ανταλλακτικά οργάνων».

Αν αφαιρέσουμε λοιπόν από τον λογαριασμό τις ποιοτικές διαφορές του βίου του καθενός μας, η κοινή λειτουργική συμπεριφορά όλων προς το σαρκίον μας δεν διαφέρει από εκείνη προς το αυτοκίνητό μας: το «γκαζώνουμε» όσο είναι νέο και το συντηρούμε πηγαίνοντάς το όλο και συχνότερα στο «συνεργείο» όταν παλιώσει. Και μόνο όταν φθάσει η ώρα της απόσυρσης, θυμόμαστε τα λόγια του Εκκλησιαστή: «Ματαιότης ματαιοτήτων, τα πάντα ματαιότης».

Είναι άραγε πεπρωμένο μας αυτό το αενάως χαμένο παιχνίδι ή υπάρχει κάποια «συνταγή αθανασίας» που μας είχε διαφύγει; Κάποια πρόσφατα ευρήματα της επιστήμης μιλούν για έναν τέτοιον δρόμο, μόνο που δεν είναι ο δρόμος που οι πολλοί θα φαντάζονταν.

Το φυλαχτό τού είναι μας

Αυτό που οι αρχαίοι θεωρούσαν φορέα της ύπαρξής μας στην όποια αθανασία ήταν η ψυχή. Η σύγχρονη όμως ιατρική έχει αποσαφηνίσει σε όλους ότι αυτό που πραγματικά ξεχωρίζει το ένα άτομο από το άλλο είναι η νοητική του συγκρότηση, οι σκέψεις που καθοδηγούν τις πράξεις του και οι μνήμες που καταγράφουν τις εμπειρίες του. Και όλα αυτά κατοικοεδρεύουν στον εγκέφαλο. Οπως λοιπόν το «μαύρο κουτί» ενός αεροπλάνου μπορεί να μας δείξει την όλη πορεία πτήσης του, έτσι και η μνήμη ενός ανθρώπου μπορεί να αποτελέσει το πραγματικά «άξιο να διαιωνιστεί» κομμάτι του.

Την απλή αυτή αλήθεια είχε διατυπώσει ο ψαγμένος ρώσος συγγραφέας Βλαντίμιρ Ναμπόκοφ (1899-1977) με τα λόγια: «Χάνεις την αθανασία σου όταν χάνεις τη μνήμη σου». Αλλά την αντιλαμβάνονται από πρώτο χέρι και οι συγγενείς των ανθρώπων που πέφτουν θύματα της νόσου του Αλτσχάιμερ: με τον εγκέφαλο διάτρητο σαν σφουγγάρι, οι μνήμες χάνονται και τα αγαπημένα πρόσωπα γίνονται άγνωστα. Πολύ σύντομα όλοι οι συγγενείς νιώθουν ότι ο ασθενής «έχει φύγει» και ότι τίποτε στο σώμα εκείνο που συντηρούν με αγάπη και φάρμακα δεν εκπροσωπεί τον άνθρωπο που γνώριζαν.

Φιλοσοφικά το να διαφυλάξεις  τη μνήμη ενός ανθρώπου με σκοπό μια μελλοντική αναβίωση της προσωπικότητάς του είναι ένα θέμα που σηκώνει πολλή συζήτηση - όπως άλλωστε και το όλο ζήτημα της αθανασίας. Λειτουργικά, όμως, το θέμα έχει μια τεράστια γοητεία: αν οι μνήμες μας - άρα και οι γνώσεις και οι εμπειρίες μας - διοχετεύονταν στη μνήμη των απογόνων μας, όχι μόνο το «εγώ μας» θα γευόταν την αθανασία αλλά και οι απόγονοί μας θα εκκινούσαν τον δικό τους βίο από ένα εφαλτήριο με απίστευτα εμπλουτισμένο απόθεμα δεξιοτήτων. Τεχνικά ιδωμένο, μοιάζει με την επιφοίτηση που δέχεται το νέο μας κινητό τηλέφωνο όταν του μεταβιβάζουμε τις «επαφές» και το προγράμματα που είχαμε στην παλιά μας συσκευή.

Ενα ερώτημα που σίγουρα θα απαιτούσε απάντηση σε ένα τέτοιο υποθετικό σενάριο είναι το αν ο εγκέφαλος του νέου ανθρώπου θα «άντεχε την υπερφόρτωση μνήμης» με τη/τις μνήμες των προγόνων του. Το άμεσο όμως ερώτημα είναι προς το παρόν το αν «γίνεται να σώσεις τη μνήμη ενός ανθρώπου».

Η μαγνητοταινία του DNA

Στις 17 Αυγούστου 2015 οι πολυπληθείς σύνεδροι του 250ού Συνεδρίου της Αμερικανικής Ενωσης Χημικών (ACS) άκουσαν τους ερευνητές του Πολυτεχνείου της Ζυρίχης (ETH) να τους διαβεβαιώνουν πως το μόνο υλικό που μπορεί να διατηρήσει αναλλοίωτη την πληροφορία που καταγράφεται σε αυτό είναι το... DNA, η γνωστή «αλυσίδα της ζωής».

Οπως εξήγησε ο δρ Ρόμπερτ Γκρας, «λίγο μετά την ανακάλυψη της διπλής έλικας ως αρχιτεκτονικής του DNA, καταλάβαμε ότι η γλώσσα κωδικοποίησης της φύσης είναι πολύ παρόμοια με τη δυαδική γλώσσα που χρησιμοποιούμε στους υπολογιστές. Οπως σε έναν σκληρό δίσκο Η/Υ χρησιμοποιούμε 0 και 1 για την αναπαράσταση των δεδομένων, στο DNA έχουμε τέσσερα νουκλεοτίδια: τα A, C, T και G. Αλλά το DNA έχει δύο σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους σκληρούς δίσκους: το μέγεθος και την αντοχή. Ενας σκληρός δίσκος με βιβλία μπορεί να χωρέσει ως και πέντε terabytes πληροφοριών, που θα τα διατηρήσει ως το πολύ 50 χρόνια. Αντίθετα, κάποια γραμμάρια DNA θα μπορούσαν να αποθηκεύσουν περισσότερα από 300.000 terabytes και, όπως αποδεικνύουν τα  αρχαιολογικά ευρήματα παλαιοντολογικού DNA, να τα διατηρήσουν για εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια».

Μέχρι στιγμής η ομάδα του Γκρας έχει καταγράψει σε DNA 83 kilobytes πληροφοριών που περιλαμβάνουν τον Κώδικα του Αρχιμήδη (που βρέθηκε στο παλίμψηστο του 10ου αιώνα) και το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Σύνταγμα του 1291. Για να διαπιστώσουν την αντοχή της καταγραφής έκλεισαν το DNA σε σφαιρίδια σιλικόνης και τα θέρμαναν στους 71 βαθμούς Κελσίου για μία εβδομάδα, πράγμα που ισοδυναμεί με το να έχουν εκτεθεί στους 50 βαθμούς Κελσίου επί 2.000 χρόνια. Οταν άνοιξαν τα σφαιρίδια και αποκωδικοποίησαν το DNA, τα κείμενα βρέθηκαν χωρίς σφάλματα.

Με την αξιοπιστία εγγραφής, τη διατηρησιμότητα και την ανακτησιμότητα δεδομένες, οι ερευνητές του ETH έχουν τώρα να αντιμετωπίσουν την εξής επόμενη πρόκληση: «Οταν σκέφτεστε εγγραφή στο DNA, πρέπει να σκέφτεστε μια σταγόνα υγρού που περιέχει πλέοντα μόρια, κωδικοποιημένα με πληροφορίες» είπε ο Γκρας. «Αυτή τη στιγμή μπορούμε να διαβάσουμε τα πάντα που βρίσκονται στη σταγόνα αλλά δεν μπορούμε να πάμε σε συγκεκριμένο σημείο της σταγόνας και να διαβάσουμε μόνο ένα αρχείο». Οπότε ο ίδιος και οι συνεργάτες του  αναπτύσσουν επί του παρόντος τρόπους για να βάλουν «ετικέτες» μέσα στην αλυσίδα του DNA ώστε να καταλογογραφεί η πληροφορία και να καταστεί δυνατή η επί μέρους ανάκτησή της.

Πάντως, ας μη βιαστούν μερικοί να θεωρήσουν ότι η καταγραφή της δικής τους μνήμης θα είναι πολύ σύντομα εφικτή: ξέχωρα από το ζήτημα απορρόφησής της από τον δικό τους εγκέφαλο - που δεν έχει λυθεί -, η εγγραφή στο DNA μερικών megabytes δεδομένων κοστίζει κάποιες χιλιάδες ευρώ, καταπώς είπε ο δρ Γκρας.

Η εικασία της γενετικής μνήμης

Εφόσον λοιπόν το τέλειο υλικό απομνημόνευσης πληροφοριών είναι η ίδια η «αλυσίδα της ζωής», το DNA, αναρωτιέται κανείς αν υπάρχει από τη φύση η εγγενής δυνατότητα καταγραφής μνήμης στο γενετήσιο υλικό που διαθέτουν οι δύο γονείς για τη δημιουργία νέας ζωής. Διαθέτουμε, δηλαδή, ένα «βιολογικό μαγνητόφωνο» που δεν έχουμε αποκτήσει ακόμη τον έλεγχο λειτουργίας του;

Κοντά σε ένα τέτοιο συμπέρασμα έφθασαν πρόπερσι οι ερευνητές Μπράιαν Ντίας και Κέρι Ρέσλερ του Πανεπιστημίου Εμορι των ΗΠΑ, όταν τα πειράματά τους σε ποντίκια έδειξαν πως ένα τραυματικό γεγονός μπορεί να επηρεάσει το DNA στο σπέρμα και να αλλάξει τον εγκέφαλο και τη συμπεριφορά των επόμενων γενεών.

Η μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Neuroscience, έδειξε ότι τα ποντίκια που είχαν εκπαιδευθεί ώστε να αποφεύγουν μια συγκεκριμένη οσμή (του άνθους της κερασιάς) είχαν περάσει την αποστροφή τους και στα εγγόνια τους. Οταν οι ερευνητές αναζήτησαν τι είχε συμβεί στο εσωτερικό του σπέρματος, βρήκαν ότι το τμήμα του DNA που ευθύνεται για την ευαισθησία στο άρωμα της κερασιάς είχε γίνει πιο ενεργό απ' ό,τι πριν. Οι απόγονοι των ποντικιών - και των απογόνων τους - είχαν γίνει πλέον εξαιρετικά ευαίσθητοι στο άνθος της κερασιάς και θα απέφευγαν στο εξής τη μυρωδιά της, παρ' όλο που δεν την είχαν βιώσει ποτέ πριν. Επίσης οι ερευνητές βρήκαν αλλαγές στη δομή του εγκεφάλου των ποντικιών. Η έκθεσή τους κατέληγε με τη σημείωση: «Οι εμπειρίες ενός γονέα, ακόμη και πριν από τη σύλληψη, σαφώς επηρεάζουν τόσο τη δομή όσο και τη λειτουργία του νευρικού συστήματος των επόμενων γενεών».

Εχουμε λοιπόν ισχυρές ενδείξεις για την «κληροδότηση μνήμης», αλλά μέσω ποιου μηχανισμού γίνεται η εγγραφή της;

Στις 18 Iουνίου 2015 σε μια μελέτη που έγινε από το ΜΙΤ για τη νόσο του Αλτσχάιμερ και δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Cell» προέκυψε το εξής εκπληκτικό: οι μνήμες καταγράφονται στα εγκεφαλικά κύτταρα του ιππόκαμπου με «στιγμιαίο σπάσιμο και ξαναμπάλωμα» των διπλών ελίκων του DNA τους! Αυτός ο «αυτοτραυματισμός» είναι αναγκαίος για να επιτραπεί η έκφραση των γονιδίων «έγκαιρης ανταπόκρισης», που ρυθμίζουν διεργασίες ζωτικής σημασίας για τη δημιουργία μακροχρόνιων αναμνήσεων. Οι ερευνητές βρήκαν ότι οι συγκεκριμένες αλλοιώσεις επιδιορθώνονται άμεσα από τα ίδια τα κύτταρα όταν ο οργανισμός είναι νέος και υγιής, αλλά η ικανότητα αυτή μειώνεται ενόσω επέρχεται το γήρας, πράγμα που οδηγεί σε μια «συσσώρευση ζημιών» που μπορεί και να επιφέρει εκφυλισμό των κυττάρων του εγκεφάλου μας.

   

Η χαρτογράφηση της μνήμης

Ας ρίξουμε λοιπόν άλλη μια ματιά στα «χαρτιά που έχουμε στα χέρια μας». Εχουμε το τέλειο υλικό απομνημόνευσης (το DNA), έχουμε τον μηχανισμό εγγραφής μνήμης και τη δυνατότητα μεταβίβασής της (γενετική μνήμη). Αλλά τι ακριβώς θα μεταβιβάσουμε; Χρειαζόμαστε οπωσδήποτε μια εγκεφαλική Google - μια «μηχανή αναζήτησης αναμνήσεων» για τον εγκέφαλο του ανθρώπου.

Στις 10 Αυγούστου 2015 ερευνητές του ελβετικού Πανεπιστημίου της Βασιλείας, υπό τους καθηγητές Ντομινίκ ντε Κερβέν και Ανδρέα Παπασωτηρόπουλο, δημοσίευσαν στο περιοδικό «PNAS» την πρώτη χαρτογράφηση των γονιδίων που εκκινούν τις διαδικασίες απομνημόνευσης.

Για να το κατανοήσουμε, προκειμένου να διασφαλιστεί η βέλτιστη απόδοση της μνήμης μας απαιτείται η συνεργασία πολλών και διαφορετικών γνωσιακών διεργασιών. Η κάθε πληροφορία πρώτα μαθαίνεται και έπειτα καταχωρίζεται. Το αν αργότερα θα τη θυμηθούμε εξαρτάται από την εύρυθμη λειτουργία της διαδικασίας ανάκτησής της. Το αν όλες οι διάφορες διεργασίες της μνήμης ελέγχονται από το ίδιο ή από διαφορετικά γονίδια και μοριακούς μηχανισμούς ήταν ως τώρα σχετικά άγνωστο. Ενας λόγος γι' αυτό ήταν ότι πολλές από αυτές τις διεργασίες  δεν επιδέχονταν άμεση μέτρηση και ως εκ τούτου παρέμεναν απρόσιτες στην επιστήμη.Τελικά η καταγραφή τους έγινε εφικτή μέσω ενός υπολογιστικού μοντέλου που ετοίμασε ο μαθηματικός δρ Γκεντμίνας Λούκσις και το οποίο  χρησιμοποίησε δεδομένα από περισσότερους από 1.700 ενηλίκους. Μετά τους υπολογισμούς οι ερευνητές μπόρεσαν για πρώτη φορά να μετρήσουν τις διεργασίες και να διεξαγάγουν ξεχωριστές γενετικές αναλύσεις για καθεμιά τους.

Το ξυπνητήρι του εμβρύου

Αν υποθέσουμε ότι έχουμε έτοιμη τη συνταγή «μπολιάσματος μνήμης», μας μένει να ξεκαθαρίσουμε το πώς αυτή θα εκδηλωθεί στον «φορέα αθανασίας» της, στο έμβρυο του νέου ανθρώπου. Διότι, ίσως δεν το γνωρίζετε, κανείς μας δεν ξέρει ως τώρα το πώς ξεδιπλώνονται τα γονίδια σε ένα έμβρυο. Αλλά... λάθος: από τις 11 Σεπτεμβρίου 2015 έχουμε την απάντηση, δημοσιευμένη στο «Nature Communications», από ερευνητές του σουηδικού Ινστιτούτου Καρολίνσκα που χαρτογράφησαν για πρώτη φορά τα γονίδια που αναπτύσσονται τις πρώτες ημέρες ζωής ενός ανθρώπινου γονιμοποιημένου ωαρίου.

Λάβετε υπόψη σας ότι συνολικά υπάρχουν περίπου 23.000 ανθρώπινα γονίδια. Οπως προέκυψε από την εν λόγω μελέτη, μόνο 32 από αυτά τα γονίδια ενεργοποιούνται δύο ημέρες μετά τη γονιμοποίηση και μετά την τρίτη ημέρα φθάνουν στον αριθμό των 129 ενεργοποιημένων γονίδιων. Από αυτά, τα επτά είναι γονίδια των οποίων την ύπαρξη δεν γνωρίζαμε και τα οποία θεωρούνται το «κλειδί ανάφλεξης» για να ξεκινήσει η ανθρώπινη εμβρυϊκή ανάπτυξη.

Σημειώστε επίσης ότι οι ερευνητές ανακάλυψαν μια πρωτοφανή αλληλεπίδραση αυτών των νέων γονιδίων με το λεγόμενο «σκουπιδο-DNA»: τα περισσότερα γονίδια κωδικοποιούν πρωτεΐνες, αλλά υπάρχει μια σειρά επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA που δεν παράγουν τίποτε και θεωρούνται άχρηστες (junk DNA), αλλά στην πραγματικότητα έχουν σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. Στην παρούσα μελέτη οι ερευνητές κατέδειξαν ότι τα πρόσφατα ταυτοποιημένα γονίδια μπορούν να αλληλεπιδρούν με το «σκουπιδο-DNA» και ότι αυτό είναι απαραίτητο για την έναρξη της ανάπτυξης.

Δεδομένου ότι το «σκουπιδο-DNA» είναι το συντριπτικά πλειοψηφικό κομμάτι του ανθρώπινου γονιδιώματος (καταλαμβάνει το 91,8% του συνόλου!), έχουμε τώρα τον μέγα ύποπτο της εικασίας μας για τη δυνατότητα γενετικής μεταβίβασης μνήμης: είναι αυτός ο «άχρηστος χώρος» του DNA o σκληρός δίσκος όπου εγγράφεται πληροφορία από τους γονείς για τα παιδιά; Και αν εκεί εγγράφεται η μνήμη «αποφυγής οσμής» για τα ποντίκια, όπως είδαμε, γιατί να μην υπάρχει και η δυνατότητα εγγραφής πολύ περισσότερων «κληροδοτημάτων» για τα ανθρώπινα έμβρυα;

Για τη συνέχεια στη συγκλονιστική αυτή εικασία μην αμφιβάλλετε ότι θα έχουμε σίγουρα πολλές εξελίξεις. Ισως μάλιστα ανακαλυφθεί σύντομα και «μηχανισμός συμπίεσης των δεδομένων» στο DNA, οπότε τα μεγάλα «εγώ» θα έχουν χώρο για πλήρη απομνημονεύματα... Μπορεί η αθανασία της ψυχής να είναι πολύ μεγάλο πράγμα, αλλά η αθανασία της μνήμης θα είναι ένα πράγμα τόσο δα μικρό - όσο μισή σταγόνα αίμα.

ΥΓ.: Για όσους θέλουν να διασκεδάσουν την πιθανότητα «ξεκλειδώματος γενετικής μνήμης», ο γράφων έχει συγγράψει το σχετικό μυθιστόρημα ιστορικο-επιστημονικής φαντασίας «Η γεύση της μνήμης».

ΑΝΑΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ ΑΠΟ ΤΟ ΒΗΜΑ 26/9/2015