Γενετικές πληροφορίες για την παγκόσμια κληρονομιά. Από τον Αντώνη Σαλακίδη, CEO & co Founder της DNASequence
Το DNA sequencing είναι η διαδικασία προσδιορισμού της αλληλουχίας νουκλεϊκών οξέων (η σειρά των νουκλεοτιδίων στο DNA). Περιλαμβάνει οποιαδήποτε μέθοδο ή τεχνολογία που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της σειράς των τεσσάρων βάσεων: αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και θυμίνη. Η γνώση των αλληλουχιών DNA έχει καταστεί απαραίτητη για τη βασική βιολογική έρευνα, και σε πολλούς εφαρμοσμένους τομείς, όπως η ιατρική διάγνωση, η βιοτεχνολογία, η ιατροδικαστική βιολογία, η ιολογία και η βιολογική συστηματική.
Η DNASequence είναι μια εταιρεία βιοτεχνολογίας που στοχεύει στη χρήση καινοτόμων τεχνικών για τη μετα-γονιδιωματική του δομημένου περιβάλλοντος. Η τεχνολογία της DNASequence εφαρμόζεται, εκτός των άλλων, στους τομείς της αρχαιολογίας και της τέχνης.
Στην ιστορία της αρχαιολογικής έρευνας, η ανίχνευση της μικροβιακής χλωρίδας και βιοποικιλότητας υπήρξε μια άγνωστη παράμετρος. Τον 21ο αιώνα καταγράφηκαν οι πρώτες προσπάθειες για απομόνωση στοιχείων που θα επιδείκνυαν την παρουσία βιολογικών παραγόντων σε σχετικά πρόσφατες ιστορικές στιγμές, χωρίς ενθαρρυντικά αποτελέσματα.
Όλα άλλαξαν το 2011, όταν για πρώτη φορά το γονιδίωμα του Yersinia pestis, ενός παράγοντα για την επιδημία της Μαύρης Πανώλης (Black Death) που εξολόθρευσε το 1/3 του ευρωπαϊκού πληθυσμού σε 5 έτη (1348-1353), αποκωδικοποιήθηκε σε εστιασμένες ανασκαφές. Ακολούθησαν πολλαπλές προσεγγίσεις για το ίδιο βακτηριακό είδος, ενώ άλλα παθογόνα ανακαλύφθηκαν σε παρόμοιες ανασκαφές, αλλά και για πολύ αρχαιότερες περιόδους.
Η καταλυτική τεχνολογία που επέτρεψε αυτή την αλματώδη πρόοδο τα τελευταία χρόνια ήταν η αλληλούχιση υψηλής απόδοσης (high-throughput sequencing: HTS) σε συνδυασμό με τη μετα-γονιδιωματική τεχνολογία (metagenomics), βασισμένη στο λεγόμενο shotgun sequencing, δηλαδή την αλληλούχιση μικροοργανισμών χωρίς καλλιέργεια, με απευθείας απομόνωση του γενετικού υλικού. Έτσι, επιτρέπεται η ακριβής ανίχνευση της βιοποικιλότητας (δηλαδή πολλαπλών –δυνητικά– οργανισμών), χωρίς τη λάθος επικράτηση ενός είδους ή στελέχους σε μικροβιολογική καλλιέργεια, εάν αυτή είναι καν εφικτή.
Επιπλέον, ένα νέο πεδίο για τη μετα-γονιδιωματική αναδύθηκε τα τελευταία χρόνια, η λεγόμενη μικροβιολογία & μετα-γονιδιωματική του δομημένου περιβάλλοντος (microbiology & metagenomics of built environments: MBE).
Ο στόχος του πεδίου MBE είναι η ανάλυση της χλωρίδας στις κατασκευές του ανθρώπινου είδους, όπως κτίρια, οχήματα, σκεύη και χώροι γενικότερου ενδιαφέροντος. Είναι προφανές ότι και η αρχαιολογική ανασκαφή (όπου αναδεικνύονται κατασκευές παρελθόντος χρόνου) εμπίπτει σε αυτή την κατηγορία δραστηριότητας.
Προς το παρόν όμως υπάρχουν ελάχιστες μελέτες σύγκλισης του πεδίου MBE σε σχέση με την αρχαιολογία, διότι η MBE εστιάζει κυρίως σε βιο-ασφάλεια και δόμηση, σε σχέση με τις επιδημιολογικές μελέτες μετα-γονιδιωματικής σε ανασκαφές, που αναφέρθηκαν προηγουμένως.
To ArchaeoGene είναι ένα ολοκληρωμένο πρότυπο σύστημα εφαρμογής του πεδίου MBE στις αρχαιολογικές ανασκαφές, σε μορφή τεχνολογικής ανάπτυξης και υπηρεσιών πληροφορικής. Αφορά στην καταγραφή των μικροβιακών κοινοτήτων τόσο στο έδαφος και κυρίως υπέδαφος πέριξ της αρχαιολογικής ανασκαφής όσο και στις κατασκευές (οικήματα, συστήματα αποχέτευσης κ.τ.λ.) ή άλλα ευρήματα.
Οι μελέτες που εκτελούνται παγκοσμίως είναι κατά κύριο λόγο σε περιοχές ύψιστου ενδιαφέροντος, με πολλά μνημεία (κτίρια, ταφικά συμπλέγματα) και ευρήματα (από μικροαντικείμενα έως ναυάγια), υπό την αιγίδα και προστασία της UNESCO. Τα αποτελέσματα που λαμβάνονται με αυτή την προσέγγιση έχουν εξαιρετικό ενδιαφέρον, όχι μόνο για την εξαγωγή συμπερασμάτων στην αρχαιολογία (π.χ. την εμφάνιση πανδημιών που δεν έχουν καταγραφεί ιστορικά) αλλά και για την προστασία και συντήρηση των ευρημάτων (π.χ. την κατανόηση των βιο-γεωχημικών κύκλων και την επιρροή τους στη δομή και το συχνό εκφυλισμό κρίσιμων και μοναδικών αρχαιολογικών θησαυρών).
Οι νέες αυτές τεχνολογίες παρέχουν τη δυνατότητα καταγραφής της βιοποικιλότητας και την ακριβή ποσοτικοποίησή της σε οποιαδήποτε αρχαιολογική έρευνα, βάσει συγκεκριμένων γονιδίων-βιοδεικτών μέχρι την πλήρη αποκωδικοποίηση νέων γονιδιωμάτων, ανάλογα με την έκταση/εύρος της κάθε ανάλυσης. Οι δειγματοληψίες μπορεί να γίνουν σε χωρικά πεδία ή κατά τη διάρκεια μιας χρονικής περιόδου (πάλι ανάλογα με τους διαθέσιμους πόρους), ενώ συσχετίσεις του γενετικού υλικού με άλλες παραμέτρους (φυσικο-χημικής φύσεως) δίνουν κατευθύνσεις για βέλτιστη και αποτελεσματικότερη προστασία.
Τέλος, ο τύπος της μικροβιακής κοινότητας (π.χ. χαμηλής ή υψηλής βιοποικιλότητας κ.τ.λ.) κατευθύνει την εξαγωγή και τεκμηρίωση συμπερασμάτων για διατροφικές ή επιδημιολογικές λεπτομέρειες, καθώς και για την προστασία ή τη συντήρηση.
Κατά τη διάρκεια της αποκατάστασης ενός πίνακα ζωγραφικής του 16ου αιώνα με τίτλο «Η Στέψη της Θεοτόκου» στη Φεράρα της Ιταλίας, μια επιστημονική ομάδα χρησιμοποίησε οπτικό και ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης και αναγνώρισε τα μικρόβια, ως διάφορα είδη βακτηρίων Staphylococcus και Bacillus και μύκητες Aspergillus, Penicillium, Cladosporium και Alternaria.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα μικρόβια Staphylococcus ευδοκιμούσαν κυρίως στο μπροστινό μέρος του έργου, ενώ τα Bacillus αναπτύσσονταν στο πίσω μέρος του πίνακα. Όσο για τα είδη μυκήτων, ο Aspergillus συνήθως συγκεντρωνόταν στα σημεία που έφεραν σκούρα χρώματα, στα κόκκινα και τα καφέ, ενώ το Cladosporium εντοπιζόταν στα πιο ανοιχτά χρώματα, στα κίτρινα και τα ροζ.
Η κατανόηση της διασποράς βακτηρίων στη «Στέψη της Θεοτόκου» βοήθησε την ομάδα να καθορίσει ποιες τεχνικές θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν για την απολύμανση στο πλαίσιο της αποκατάστασης του έργου. Μια επιλογή ήταν τα χημικά βιοκτόνα, τα οποία μπορούν να εξαλείψουν όλα τα μικρόβια σε ένα έργο τέχνης. Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση μπορεί να οδηγήσει στη διείσδυση νέων μικροβιακών ειδών στον πίνακα, μερικά από τα οποία μπορεί να είναι ακόμη πιο επιζήμια. Έτσι, η ομάδα αναζήτησε μια εναλλακτική λύση, αντλώντας από τη δική τους έρευνα σχετικά με τη χρήση συγκεκριμένων βακτηριακών ειδών ως προβιοτικών.
Η βιοαποικοδόμηση είναι μια μακρά διαδικασία και οι κοινότητες μικροοργανισμών που είναι υπεύθυνες για αυτήν είναι περίπλοκες και αποτελούνται κυρίως από μύκητες και βακτήρια.
Ορισμένες από αυτές τις κοινότητες, ανάλογα με το υπόστρωμα και τις μικροκλιματικές συνθήκες, μπορεί να σχετίζονται με κυανοβακτήρια, φύκια και Archaea.
Ο προσδιορισμός της ποικιλίας των μικροοργανισμών που κατοικούν σε διάφορα έργα τέχνης έχει μεγάλη σημασία για την αποκατάσταση και συντήρησή τους. Η DNASequence χρησιμοποιώντας αλληλούχιση επόμενης γενιάς για τη διάκριση κοινοτήτων μικροοργανισμών που κατοικούν σε αντικείμενα παγκόσμιας κληρονομιάς, ερευνά και παρακολουθεί αυτές τις κοινότητες και τις επιπτώσεις τους, με σκοπό την αποκατάσταση και συντήρηση έργων ζωγραφικής τέχνης ή αντικειμένων παγκόσμιας κληρονομιάς.
Συνεπώς, η DNASequence μέσα από τις επικείμενες συνεργασίες με το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, και την καθηγήτρια Τώνια Μοροπούλου, σε αρχαιολογικούς και ιστορικούς χώρους ιδιαίτερης σημασίας, τον καθηγητή από το Πανεπιστήμιο Αιγαίου Ιωάννη Λυριτζή στον αρχαιολογικό χώρο των Δελφών και με την αρχαιολόγο Καλλιόπη Λιμναίου-Παπακώστα στην ανασκαφή των Κήπων Shallalat στην Αλεξάνδρεια της Αιγύπτου, θα χρησιμοποιήσουν τη μοναδική τεχνολογία του Archaeogene, προκειμένου να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για την εποχή στην οποία εστιάζει η έρευνα των αρχαιολόγων και να εμβαθύνει περαιτέρω τις γνώσεις τους σχετικά με τα ευρήματά τους και τον τρόπο συντήρησής τους.
Αντώνης Σαλακίδης, CEO & co Founder της DNASequence
