Κορυφαίες έρευνες του 2010

Όπως συνηθίζει να κάνει κάθε χρόνο λίγο πριν από την Πρωτοχρονιά, το περιοδικό Science παρουσιάζει τις εκτιμήσεις του για τις κορυφαίες επιστημονικές έρευνες του έτους. Το σημαντικότερο επίτευγμα του 2010 ήταν η δημιουργία της «πρώτης κβαντικής μηχανής», ενώ οι νέες τεχνολογίες γενετικής ανάλυσης κυριαρχούν στη λίστα με τους εννέα «αναπληρωματικούς».

Κβαντική ταλάντωση

To σημαντικότερο επίτευγμα του 2010, εκτιμά το κορυφαίο αμερικανικό περιοδικό, ήταν η μικροσκοπική μηχανή που παρουσίασαν το Μάιο ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα.

«Μέχρι σήμερα, όλες οι μηχανές κινούνταν σύμφωνα με τους οικείους νόμους της κλασσικής μηχανικής, οι οποίοι κυβερνούν τις κινήσεις των καθημερινών αντικειμένων» εξηγεί η σύνταξη του Science.

H πρώτη κβαντική μηχανή είναι αυτό το μεταλλικό έλασμα,
με μήκος περίπου 100 μm = 100 χιλιοστά του χιλιοστού

»Αντίθετα, το νέο μαραφέτι λικνίζεται με τρόπους που μπορούν να εξηγηθούν μόνο με τους παράδοξους νόμους της κβαντομηχανικής, οι οποίοι κανονικά κυβερνούν τα μόρια, τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια».

Η μηχανή είναι ουσιαστικά ένα μικροσκοπικό μεταλλικό έλασμα που ταλαντώνεται όπως οι βατήρες καταδύσεων. Μόνο που η ταλάντωση αυτή δεν μπορεί να εξηγηθεί από τους κλασσικούς νόμους της μηχανικής του Νεύτωνα -εξηγείται μόνο με τις προβλέψεις της κβαντικής μηχανικής για τις μεταπτώσεις από καταστάσεις υψηλής ενέργειας σε καταστάσεις χαμηλής ενέργειας.

Συνθετικό γονιδίωμα

Πρώτο στη λίστα των «αναπληρωματικών» για το 2010 είναι η Σύνθια, το πρώτο ζωντανό βακτήριο που λειτουργεί με συνθετικό DNA. Ερευνητές του Ινστιτούτου Κρεγκ Βέντερ στην Καλιφόρνια δημιούργησαν στο εργαστήριο ένα πλήρες αντίγραφο του γονιδιώματος ενός γνωστού μυκοβακτήριου, και το μεταμόσχευσαν στη συνέχεια σε ένα μυκοβακτήριο από το οποίο είχε αφαιρεθεί το DNA. Στο μέλλον, ελπίζουν οι ερευνητές, τεχνητά γονίδια και γονιδιώματα θα επιτρέψουν τη δημιουργία μικροβίων που παράγουν καύσιμα και απορρυπαίνουν το περιβάλλον.

Το γονιδίωμα του Νεάντερταλ

Τα πρώτα τμήματα DNA από ανθρώπους του Νεάντερταλ είχαν απομονωθεί πριν από 13 χρόνια. Τώρα, όμως, η εικόνα συμπληρώνεται. Τον Μάιο του 2010, Αμερικανοί και Κινέζοι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι είχαν προσδιορίσει την αλληλουχία των δύο τρίτων του επίμαχου γονιδιώματος. Το γενετικό υλικό είχε απομονωθεί από τρεις γυναίκες Νεάντερταλ που έζησαν στην Κροατία πριν από 44.000 έως 38.000 χρόνια.

Η ανάλυση έδειξε ότι πράγματι υπήρξε επιμειξία, έστω και μικρής κλίμακας, ανάμεσα στον άνθρωπος του Νεάντερταλ και τον σύγχρονο άνθρωπο.

Γενομική υψηλής ταχύτητας

Νέες τεχνολογίες που τελειοποιήθηκαν το 2010 επιτρέπουν τον προσδιορισμό των ανθρώπινων γενετικών αλληλουχιών με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα. Το Πρόγραμμα των 1.000 Γονιδιωμάτων, για παράδειγμα, χαρτογραφεί τις γενετικές διαφορές μεταξύ των ανθρώπων σε μια προσπάθεια να εντοπίσει σημειακές μεταλλάξεις που προκαλούν ασθένειες. Ακόμα, τα πλήρη γονιδιώματα δύο Αφρικανών που ζουν σε κοινότητες κυνηγών-τροφοσυλλεκτών δείχνουν τη μεγάλη γενετική ποικιλότητα του ανθρώπινου είδους.

Επαναπρογραμματίζοντας ανθρώπινα κύτταρα

Μια νέα μέθοδος για τον γενετικό επαναπρογραμματισμό των ανθρώπινων κυττάρων υπόσχεται να καταστήσει περιττή τη χρήση εμβρυακών βλαστοκυττάρων στην ιατρική έρευνα. Τεχνητά βλαστοκύτταρα (iPS) είχαν δημιουργηθεί και στο παρελθόν, απαιτούσαν όμως την εισαγωγή επιπλέον γονιδίων και είχαν το μειονέκτημα ότι μπορούν να προκαλέσουν καρκίνο. Αντί για πλήρη γονίδια, η νέα μέθοδος χρησιμοποιεί συνθετικά μόρια RNA, τα οποία κάνουν τον επαναπρογραμματισμό «δύο φορές ταχύτερο και 1.000 φορές πιο αποδοτικό».

Γονίδια εκτός ελέγχου

Μια νέα ερευνητική προσέγγιση επέτρεψε το Νοέμβριο τον εντοπισμό των μεταλλάξεων οι οποίες ευθύνονται για αρκετές γενετικές ασθένειες που παρέμεναν μέχρι σήμερα αινιγματικές. Για να κάνουν το έργο πιο εύκολο, Αμερικανοί ερευνητές αγνόησαν το λεγόμενο «άχρηστο» DNA και εστιάστηκαν στις γενετικές αλληλουχίες που περιέχουν πληροφορίες για τη σύνθεση πρωτεϊνών (μελέτησαν τα λεγόμενα εξόνια των γονιδίων, σε αντιδιαστολή με τα εσόνια των γονιδίων που δεν περιέχουν κατασκευαστικές οδηγίες). Η έρευνα αποκάλυψε μεταξύ άλλων γονίδια που προκαλούν αναπτυξιακές ανωμαλίες του εγκεφάλου και του προσώπου, καθώς και γονίδια που κατεβάζουν τη χοληστερόλη του αίματος σε πολύ χαμηλά επίπεδα.

Μαθηματικό πασπαρτού

Οι φυσικοί απέδειξαν το 2010 ότι οι «κβαντικοί προσομοιωτές» μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση προβλημάτων στο χώρο της φυσικής συμπυκνωμένης ύλης. Οι κβαντικοί προσομοιωτές είναι συνήθως θεωρητικά μοντέλα κρυστάλλων, στα οποία φωτεινές κηλίδες από δέσμες λέιζερ αντιστοιχούν στα ιόντα του κρυστάλλου, ενώ τα άτομα που βρίσκονται μέσα στις κηλίδες αντιστοιχούν στα ηλεκτρόνια του κρυστάλλου. Η προσαρμογή του μοντέλου σε διάφορες μαθηματικές εξισώσεις μπορεί να δώσει αυτόματα απαντήσεις σε δύσκολα προβλήματα της φυσικής.

Διπλώνοντας πρωτεΐνες

Με ποιο τρόπο μπορεί ένα φάρμακο να επηρεάσει τη λειτουργία μιας πρωτεΐνης στον ανθρώπινο οργανισμό; Μέχρι σήμερα, η απάντηση ήταν πολύ δύσκολο να δοθεί, καθώς ότι οι λειτουργίες των πρωτεΐνών εξαρτώνται από το πολύπλοκο τρισδιάστατο σχήμα τους. Δεδομένου ότι κάθε πρωτεΐνη μπορεί θεωρητικά να έχει πολλές διαφορετικές τρισδιάστατες δομές, ο υπολογισμός όλων των δυνατών συνδυασμών θα διαρκούσε πρακτικά για πάντα. Φέτος, όμως, ένας υπολογιστής με 512 εξειδικευμένους επεξεργαστές μπόρεσε να παρακολουθήσει τις κινήσεις των ατόμων σε ένα μικρό μόριο πρωτεΐνης 100 φορές ταχύτερα από ό,τι παλαιότερες προσπάθειας. Η χρήση 2.048 επεξεργαστών σε ένα νέο σύστημα αναμένεται να οδηγήσει στο μέλλον σε ακόμα πιο εντυπωσιακά αποτελέσματα.

«Μεταλλαγμένα» ποντίκια

Σημαντικό ερευνητικό επίτευγμα του 2010 ήταν και μια νέα μέθοδος για την απενεργοποίηση συγκεκριμένων γονιδίων στον αρουραίο, το δημοφιλέστερο πειραματόζωο του κόσμου. Η νέα τεχνική χρησιμοποιεί «τρανσποζόνια», τμήματα DNA που μπορούν να μετακινούνται από ένα σημείο του γονιδιώματος σε άλλο και να δημιουργούν έτσι προβλέψιμες μεταλλάξεις. Το επίτευγμα σημαίνει ότι οι αρουραίοι, οι οποίοι μοιάζουν περισσότερο στον ανθρώπινο οργανισμό, θα αντικαταστήσουν τα ποντίκια σε πολλά ιατρικά πειράματα.

Πρώτες νίκες στην πρόληψη του HIV

Έπειτα από χρόνια προσπαθειών, διεθνείς ερευνητικές ομάδες ανακοίνωσαν το 2010 δύο σημαντικές νίκες όσον αφορά την πρόληψη της μόλυνσης με HIV: Ένα κολπικό τζελ που δοκιμάστηκε στη Νότιο Αφρική μείωσε κατά 39% τις νέες λοιμώξεις σε γυναίκες υψηλού ρίσκου· και ένας συνδυασμός δύο υπαρχόντων φαρμάκων κατά του AIDS μείωσε κατά 44% τον κίνδυνο μόλυνσης μεταξύ γκέι ανδρών που χρησιμοποιούν προφυλακτικό.

(in.gr, 23/12/2010)