Σε μια σημαντική επιστημονική εξέλιξη, μια διεθνής ομάδα ερευνητών ολοκλήρωσε την πρώτη ολοκληρωμένη χαρτογράφηση των λεγόμενων G-quadruplexes (G4) – γνωστών και ως «κόμπων» του DNA. Πρόκειται για προσωρινές, τρισδιάστατες δομές που σχηματίζονται σε περιοχές πλούσιες σε γουανίνη και διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης.
Η ανακάλυψη αυτή δεν αποτελεί απλώς μια στατιστική καταγραφή, αλλά μια θεμελιώδη αλλαγή στον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε τη βιολογία του καρκίνου και τη λειτουργία των κυττάρων. Το μοντέλο AI που αναπτύχθηκε εντόπισε περίπου 360.000 τέτοιες δομές, έναν αριθμό εντυπωσιακά μεγαλύτερο από αυτόν που είχαν καταφέρει να εντοπίσουν οι συμβατικές εργαστηριακές μέθοδοι μέχρι σήμερα.
Ο «αόρατος» ρυθμιστής των γονιδίων
Η επιστημονική κοινότητα γνώριζε εδώ και δεκαετίες την ύπαρξη των G-quadruplexes, αλλά η μελέτη τους αποτελούσε έναν διαρκή γρίφο. Σε αντίθεση με τη σταθερή διπλή έλικα του DNA που όλοι γνωρίζουμε, αυτοί οι «κόμποι» είναι εξαιρετικά ασταθείς και δυναμικοί. Εμφανίζονται ξαφνικά, επιτελούν το έργο τους – το οποίο συχνά περιλαμβάνει την ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση συγκεκριμένων γονιδίων – και στη συνέχεια διαλύονται.
Αυτή η φευγαλέα φύση τους καθιστούσε τον εντοπισμό τους με παραδοσιακές πειραματικές τεχνικές σχεδόν αδύνατο σε ευρεία κλίμακα. Οι ερευνητές μπορούσαν να παρατηρήσουν μόνο αποσπασματικά τη δράση τους, χάνοντας τη συνολική εικόνα της επιρροής τους στο γονιδίωμα. Εδώ ακριβώς ήρθε να δώσει τη λύση η Τεχνητή Νοημοσύνη, προσφέροντας εργαλεία ικανά να «διαβάσουν» μοτίβα που διαφεύγουν από το ανθρώπινο μάτι και τα συμβατικά μικροσκόπια.
DNABERT: Όταν η γλώσσα του DNA αποκωδικοποιείται
Η επιτυχία αυτής της μελέτης βασίζεται στην καινοτόμο χρήση του DNABERT, ενός γλωσσικού μοντέλου παρόμοιου με αυτά που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία φυσικής γλώσσας (όπως το ChatGPT), αλλά εκπαιδευμένου ειδικά στη «γλώσσα» του DNA.
Οι ερευνητές δεν αρκέστηκαν στην απλή εφαρμογή του μοντέλου. Προχώρησαν σε επανακατάρτιση του αλγορίθμου, τροφοδοτώντας τον με δεδομένα από το EndoQuad, τη μεγαλύτερη βάση δεδομένων παγκοσμίως με πειραματικά επιβεβαιωμένα G-quadruplexes. Αυτή η διαδικασία επέτρεψε στο σύστημα να μην αναζητά απλώς αλληλουχίες που θα μπορούσαν θεωρητικά να σχηματίσουν κόμπους, αλλά να αξιολογεί το ευρύτερο γενετικό πλαίσιο. Το μοντέλο έμαθε να διακρίνει ποιες συνθήκες ευνοούν τον πραγματικό σχηματισμό τους μέσα στο ζωντανό κύτταρο και ποιες όχι.
Το αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία ενός χάρτη ακριβείας που αποκαλύπτει 360.000 πιθανά σημεία σχηματισμού G-quadruplexes. Η κλίμακα αυτής της αποκάλυψης ανατρέπει τα δεδομένα, καθώς υποδεικνύει ότι αυτές οι δομές είναι πανταχού παρούσες και πιθανότατα πολύ πιο επιδραστικές στη βιολογική μας λειτουργία από όσο πιστεύαμε.
Νέοι ορίζοντες στην έρευνα για τον καρκίνο
Η σημασία της χαρτογράφησης αυτών των δομών εκτείνεται πολύ πέρα από τη βασική βιολογία. Οι G-quadruplexes έχουν συνδεθεί άμεσα με την ογκογένεση. Έχει παρατηρηθεί ότι τα καρκινικά κύτταρα συχνά παρουσιάζουν αυξημένη παρουσία τέτοιων δομών, οι οποίες φαίνεται να εμπλέκονται στη διατήρηση της «αθανασίας» των καρκινικών κυττάρων μέσω της ρύθμισης των τελομερών και ογκογονιδίων.
Με τον νέο χάρτη στα χέρια τους, οι επιστήμονες μπορούν πλέον να εστιάσουν σε συγκεκριμένες περιοχές του γονιδιώματος που είναι κρίσιμες για την ανάπτυξη όγκων. Η κατανόηση του πότε και πού σχηματίζονται αυτοί οι κόμποι θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων που θα στοχεύουν αποκλειστικά αυτές τις δομές, «κλειδώνοντας» ή «ξεκλειδώνοντας» γονίδια κατά βούληση για να σταματήσουν τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων.
Πέρα από τη διπλή έλικα
Η μελέτη αυτή επιβεβαιώνει ότι το DNA είναι πολύ περισσότερο από ένας απλός κώδικας αποθήκευσης πληροφοριών. Είναι ένα δυναμικό μόριο που αλλάζει σχήμα και μορφή για να ελέγξει τις λειτουργίες της ζωής. Η ικανότητα της Τεχνητής Νοημοσύνης να προβλέπει αυτές τις δομικές αλλαγές ανοίγει το δρόμο για την “τρισδιάστατη γονιδιωματική”, έναν κλάδο που υπόσχεται να εξηγήσει φαινόμενα που η γραμμική ανάγνωση του DNA αδυνατούσε να ερμηνεύσει.
Καθώς τα εργαλεία AI γίνονται πιο εκλεπτυσμένα, η δυνατότητά μας να προβλέπουμε τη συμπεριφορά του γονιδιώματος σε πραγματικό χρόνο θα αυξάνεται. Η σημερινή ανακάλυψη των 360.000 κόμπων είναι μόνο η αρχή. Το επόμενο βήμα είναι η αποκρυπτογράφηση του ακριβούς ρόλου του καθενός από αυτούς, μια διαδικασία που θα μπορούσε να οδηγήσει σε εξατομικευμένες θεραπείες για πλήθος γενετικών παθήσεων.
