Δευτέρα, 4 Δεκεμβρίου 2017

Δομή, λειτουργία, και εξέλιξη.


Ο διάσημος αρχιτέκτονας Luis Sullivan διατύπωσε στις αρχές του προηγούμενου αιώνα την πρόταση “η δομή ακολουθεί την λειτουργία”. Το αξίωμα αυτό αποτέλεσε μια από τις αρχές του κινήματος της μοντέρνας αρχιτεκτονικής, αλλά είναι και μια βασική αρχή των ζωντανών οργανισμών. Η δομή, από το σχήμα τους σώματος ζώντων οργανισμών μέχρι και την διάταξη των ατόμων στα μόρια που αποτελούν τα κύτταρα τους, υπηρετεί την λειτουργία τους. Για αυτό τον λόγο οι δομές των μακρομορίων (πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων, κτλ) που "χτίζουν” τον ανθρώπινο οργανισμό, είναι απαραίτητες για την κατανόηση της χημικής βάσης της ζωής, αλλά και για την ανάπτυξη καινοτόμων φαρμάκων. Οι περισσότερες μοριακές δομές (πάνω από το 90% το συνόλου, πάνω από 100 χιλιάδες) ιστορικά έχουν προσδιοριστεί με την μέθοδο της κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ. 

Η Τράπεζα Δεδομένων Πρωτεϊνικών Δομών (Protein Data Bank, PDB), είναι η παλαιότερη δημόσια ηλεκτρονική αρχειοθήκη βιολογικών δεδομένων. Αποτελεί έναν ιδιαίτερα δημοφιλή ιστότοπο για ερευνητές, καθώς και φοιτητές από το λύκειο έως το μεταπτυχιακό επίπεδο: 1.5 εκατομμύρια αρχεία με μοριακές δομές από το PDB “κατεβάζονται” κατά μέσο όρο καθημερινά απο διάφρους χρήστες. Το PDB όμως είναι ένα ιστορικό αρχείο. Διατηρεί το δομικό μοντέλο και τα πειραματικά δεδομένα που υποστηρίζουν το μοντέλο, αλλά δεν τα ενημερώνει. Το 2009, το λογιστικό μας PDB-REDO αμφισβήτησε αυτή την έννοια, προωθώντας ενεργά την ιδέα ότι τα μοντέλα των υπαρχόντων δομών, οφείλουν να επανεξετάζονται σε τακτική βάση με βάση τις νέες υπολογιστικές μεθόδους που αναπτύσσονται συνεχώς, χρησιμοποιώντας τα πειραματικά δεδομένα περίθλασης που είναι επίσης αποθηκευμένα στην PDB. 

Παραδείγματα δομών δικτύων εξελικτικών σχέσεων πρωτεϊνικών δομών 
Τα μακρομόρια όμως έχουν μεταξύ τους εξελικτικές σχέσεις. Η ανθρώπινη αιμοσφαιρίνη είναι ομόλογη της αιμοσφαιρίνης από το άλογο ή την φάλαινα. Πολλά ένζυμα, έχουν σαφή σχέση από τα βακτήρια μέχρι τον άνθρωπο. Εφόσον η λειτουργία είναι παρόμοια, και η δομή είναι παρόμοια. Αυτή η πληροφορία, είναι ιδιαίτερα σημαντική για την μοντελοποίηση δομών μακρομορίων χωρίς πειραματικά δεδομένα, με αποκλειστικά υπολογιστικές μεθόδους. Παρόλο όμως που στην μοντελοποίηση των δομών η ομολογία αποτελεί το βασικό κριτήριο για την πρόβλεψη της δομής, στις πειραματικά προσδιορισμένες δομές δεν χρησιμοποιείται. Όλες οι μοριακές δομές του PDB, δεν λαμβάνουν υπόψιν τους αυτές τις εξελικτικές σχέσεις.

Στην πρόσφατη δημοσίευση μας, αρχικά σε δημόσια ελεύθερη πρόσβαση στο BioRχiv και πλεόν στο Protein Science, περιγράφουμε νέους αλγορίθμους κρυσταλλογραφίας που επιτρέπουν τη μεταφορά πληροφοριών σχετικά με μοτίβα δεσμών υδρογόνου, από κάθε δομή του PDB σε κάθε άλλη δομή του PDB, με βάση την ομολογία. Αυτές οι διαδικασίες βελτιώνουν σημαντικά την ποιότητα των νέων δομικών μοντέλων που παράγουμε, σε σύγκριση με το PDB και τις παλαιότερες εκδόσεις του PDB-REDO, ιδιαίτερα όταν έχουμε λιγότερα πειραματικά δεδομένα, στις δομές που για πειραματικούς λόγους είναι "χαμηλής διακριτικότητας". Με τη χρήση δικτύων υπολογιστικού πλέγματος στο San Diego Supercomputing Center, αναδιοργανώσαμε το σύνολο του PDB για το οποίο υπάρχουν πειραματικά δεδομένα (περισσότερες από 100,000 δομές). Αυτή η νέα βάση είναι διαθέσιμη χωρίς περιορισμούς σε όλη την επιστημονική κοινότητα (https://pdb-redo.eu) και για πρώτη φορά λαμβάνει υπόψη την ομολογία μεταξύ δομών με συστηματικό τρόπο, διοχετεύοντας τις πληροφορίες και από τις νεότερες χρονολογικά δομές πίσω στις παλαιότερες καταχωρίσεις του PDB. 

H εργασία μας θα έχει άμεσο ενδιαφέρον για τους επιστήμονες στους τομείς της δομικής βιολογίας αλλά και τους επιστήμονες βιοπληροφορικής που ασχολούνται με την μοντελοποίηση δομών, αλλά κυρίως για τα εκατομμύρια των χρηστών δομών PDB σε όλο τον κόσμο. Είναι τέλος σημαντικό, ότι η ομάδας μας στο Ινστιτούτο για τον Καρκίνο της Ολλανδίας, η φαρμακευτική εταιρία Janssen (της ομάδας  Johnson and Johnson) και το κέντρο υπερυπολογιστών του San Diego των ΗΠΑ, συνεργάστηκαν για αυτή την εργασία. Είναι επίσης σημαντικό, ότι και τα τρία συνεργαζόμενα Ινστιτούτα, συμφώνησα να είναι προσβάσιμα στο κοινό άμεσα και χωρίς περιορισμούς όχι μόνον τα αποτελέσματα (η βάση δεδομένων PDB-REDO) αλλά και η επιστημονική δημοσίευση αρχικά στην καινοτόμο ακαδημαϊκή πλατφόρμα του BioRχiv και με ελεύθερη πρόσβαση στο Protein Science.

ΥΓ Δεν διαφεύγει της προσοχής μου ότι η λειτουργία και των πολιτικών οργανισμών εξαρτάται απο την δομή τους, αλλά και απο τις εξελικτικές σχέσεις που οδήγησαν στην δημιουργία τους.



Σάββατο, 18 Νοεμβρίου 2017

Για τον Φώτη Καφάτο ...


Όταν κάνεις τα πρώτα σου επιστημονικά βήματα στο Βιολογικό Αθηνών στα τέλη της δεκαετίας του '80, ο Φώτης Καφάτος είναι κάτι σαν ημίθεος. Οι περισσότεροι αξιόλογοι καθηγητές του Τμήματος ήταν πνευματικά παιδιά του, που τον αντιμετώπιζαν με ένα παράξενο μίγμα ειλικρινούς θαυμασμού αλλά και πλήρους συνειδητότητας  την μικρότητας τους απέναντι στον "Φώτη". Ο "Φώτης" το 1987 που είμαι πρωτοετής φοιτητής, είναι ήδη μυθικό πρόσωπο στην Βιολογία, αν και μόλις 47-48 χρονών, στην ηλικία που έχω εγώ σήμερα. Καθηγητής από τα 29 του στο Harvard και από τα 32 (!) του στην Αθήνα - και προσέχτε ότι το θαυμαστικό πάει στα 32 στην Αθήνα και όχι στα 29 στο Harvard.

Το 1982, στα 42 του χρόνια αφήνει την Αθήνα (ελαφρά αηδιασμένος από το όλο κλίμα του Πανεπιστημίου Αθηνών, λένε οι κακές γλώσσες) και μαζί με μια νεανική ομάδα που αποτέλεσε την ραχοκοκαλιά της μοριακής βιολογίας στην Ελλάδα μέχρι και σήμερα, στήνει το αγαπημένο του Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας στο Ηράκλειο της Κρήτης. Την δεκαετία που ακολουθεί, την εποχή της παντοδυναμίας του Ανδρέα Παπανδρέου, κάτι που δεν ήταν καθόλου συμπτωματικό,  το ΙΜΒΒ προσελκύει τους καλύτερους Έλληνες Βιολόγους της γενιάς τους, και καθιερώνεται στον παγκόσμιο χάρτη ως μακράν το καλύτερο ερευνητικό ινστιτούτο στην Ελλάδα στην Βιολογία. Η πτέρυγες "Ο" και "Π" παραμένουν σχεδόν μυθικές για τους Βιολόγους της δικιάς μου γενιάς, ακόμα και για όσους βρεθήκαμε εκεί για λίγες μόνον εβδομάδες.

Ποτέ δεν ανήκα ούτε στον στενό ούτε στον ευρύ κύκλο του Φώτη. Για εμένα υπήρξε αρχικά θρύλος, αργότερα Διευθυντής, και μετά έγινε ξανά απόμακρος, πέρασε ξανά στο μυθολογία του ανθρώπου που κατάφερνε το ακατόρθωτο: ακόμα και να αλλάξει πολιτική στην Ευρωπαϊκή Επιτροπή. Ο Φώτης ήταν άνθρωπος-κλειδί και ο πρώτος διευθυντής για το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας, που χρηματοδοτεί την Ευρωπαϊκή έρευνα με μόνο κριτήριο τις ιδέες και την προσωπικότητα του ερευνητή, πέρα από πολιτικές, δίκτυα, και εθνικές ισορροπίες.

Παρόλο που τον έβλεπα για χρόνια συχνά στα συνέδρια του EMBL, μιλήσαμε εκτενώς προσωπικά μόνον τέσσερις  φορές, τις οποίες θυμάμαι μία προς μία. Το θεωρώ κάτι σαν υποχρέωση μου να απαριθμήσω αυτές τις ιστορίες γραπτά πλέον, αν και όλες τις έχω πει πάνω από μια φορά σε φίλους. Τις συζητήσεις μας τις θυμάμαι σχεδόν κατά λέξη.

Ο Φώτης έγινε διευθυντής του EMBL το τέλος του 1993. Η έδρα του ήταν στην Χαϊδελβέργη, ενώ εγώ βρισκόμουν στην μονάδα της κρυσταλλογραφίας στο Αμβούργο, και δεν τον είχα δει ποτέ. Το 1995, προς το τέλος του διδακτορικού μου, κλήθηκα να παρουσιάσω την εργασία μου στο λεγόμενο "lab day". Το "lab day" ήταν επί της προηγούμενης διεύθυνσης μια ευκαιρία για πολύ χαλαρές επιστημονικές ομιλίες. Έτσι προσάρμοσα και εγώ τις διαφάνειες μου (ακόμα τις έχω) στην παρουσίαση περισσότερο του κλίματος του εργαστηρίου και λιγότερο του επιστημονικού τμήματος. Η ομιλία μου σε ένα κατάμεστο αμφιθέατρο, είχε τεράστια επιτυχία ως stand up comedy, και ίσως ως μάθημα κρυσταλλογραφίας, αλλά ας πούμε ότι επιστημονικά ήταν κάπως "ελαφριά". Το γέλιο, το χειροκρότημα (και από τον ίδιο τον Φώτη στην πρώτη σειρά) τα θεώρησα ως εγγύηση για το πολυπόθητο βραβείο για την καλύτερη παρουσίαση της ημέρας. Τα συγχαρητήρια από πολλούς, και από τον Φώτη φυσικά, τα θεώρησα ως "κλείδωμα" του βραβείου. Το οποίο όμως, προς μεγάλη μου απογοήτευση, πήγε σε έναν φοιτητή του Matthias Mann για την πρόοδο του στην φασματογραφία μάζας. Η ομιλία του ήταν μάλλον βαρετή, αλλά - κακά τα ψέματα - ήταν έτη φωτός πιο σημαντική από την δουλειά μου στην δομή και τον μηχανισμό της χιτινάσης. Η απογοήτευση έγινε σύντομα αμηχανία, όταν ο επιβλέπων του διδακτορικού μου θεώρησε καλό να ανοίξει θορυβωδώς μια σαμπάνια που είχε αγοράσει για την "σίγουρη" βράβευση μου, αγνοώντας τον νέο διευθυντή, Η πρώτη γνωριμία με τον Φώτη δεν πήγε καλά.

Η δεύτερη συνάντηση με τον Φώτη ήταν το 1997. Ερευνητής πλέον στο EMBL (στην μονάδα της Γκρενόμπλ) προσκλήθηκα να βρεθώ στην Χαϊδελβέργη, όπου ο τότε ΓΓΕΤ (ο καθηγητής μου στο Βιολογικό, Μανώλης Φραγκούλης) θα παρέδιδε ένα ομοίωμα του Ηνίοχου των Δελφών στο EMBL για την συλλογή τέχνης του φουαγέ της αίθουσας συνεδρίων. Είχα βγει από το νοσοκομείο πριν από μια-δυο βδομάδες, μετά από μια πλαστική χιαστών και μια ενδονοσοκομειακή λοίμωξη. Εξήγησα ότι πονάω ακόμη, και το ταξίδι θα ήταν δύσκολο. "Θα πάρεις όσα ταξί θες, πρώτη θέση, καροτσάκι, αλλά θα είσαι εκεί. Έχω μόνον δύο ερευνητές στο EMBL από την Ελλάδα, έρχεται ο ΓΓΕΤ, θα είστε και οι δύο εδώ". Ήμουνα εκεί, όπως και ο Χρήστος. Μιλήσαμε και για την έρευνα μου το βράδυ, και μου έδωσε μια μικρή υποτροφία για να προσλάβω για λίγους μήνες έναν προγραμματιστή για να με βοηθήσει στην ανάπτυξη ενός διαδραστικού περιβάλλοντος για το νέο τότε λογισμικό μας. Το λογισμικό αποδείχτηκε η μεγαλύτερη μου επιστημονική επιτυχία, αν και η προγραμματίστρια που προσέλαβα απέτυχε παταγωδώς. Εμπειρίες. Στην ίδια συνάντηση ο Φώτης μου έβαλε την ιδέα να οργανώσω και μια εβδομάδα πρακτικής εξάσκησης σε νέες μεθόδους κρυσταλλογραφίας, που πράγματι οργάνωσα από το 1998 μέχρι και το 2004, το "EMBO course on automated crystallographic structure solution" που εκπαίδευσε αρκετούς κρυσταλλογράφους, κάποιοι από του οποίους έχουν κάνει πλέον αξιόλογη καριέρα.

Η τρίτη μας συνάντηση ήταν το τέλος του 2000. Μόλις είχε ανανεωθεί το συμβόλαιο μου, και είχα προβιβαστεί από "επιστήμονας" σε "υπεύθυνο ομάδας". Δέχτηκα φυσικά αλλά λίγες εβδομάδες μετά ακολούθησε η πρόσκληση από το NKI, με θέση "διευθυντή ομάδας". Κάτι το ότι μου είχε λείψει η Βιολογία και χρειαζόμουνα επιστημονικά την έκθεση στην βιολογία του καρκίνου στο ΝΚΙ σε σχέση με την τεχνική εστίαση της Γκρενόμπλ, κάτι κάποιες αντιπάθειες ανάμεσα σε συναδέλφους, κάτι ότι της Παυλίνας δεν της άρεσε η Λυών (που τελικά είχε αποδεχθεί και αρκετά μακριά από την Γκρενόμπλ), κάτι η προοπτική της μεγαλύτερης ομάδας στο ΝΚΙ, κάτι το αγαπημένο μου Άμστερνταμ, αποφάσισα να φύγω. Το ανακοίνωσα.  "Έλα άμεσα στην Χαϊδελβέργη, σε περιμένω αύριο το μεσημέρι". Πήγα. "Γιατί φεύγεις Τάσο; Αφού σε προβίβασα και σου ανανέωσα το συμβόλαιο". "Ξέρετε κύριε Καφάτο, στο Άμστερνταμ, θα έχω τέσσερα άτομα από την αρχή,  δεν θα έχω υπευθυνότητα για την στήριξη της υποδομής αλλά μόνο έρευνα ...". "Τέσσερα άτομα; Ξέχασε το! Εδώ έχεις έναν, θα δοκιμάσω να σου δώσω δύο σύνολο, το πολύ. Δεν γίνεται τίποτε καλύτερο». Τόλμησα ένα "κύριε Καφάτο, γίνεται, δεν θέλετε". "Δεν γίνεται. Ξανασκέψου το. Και πριν απαντήσεις θυμήσου ότι κανείς δεν φεύγει από το EMBL χωρίς να τον διώξουν". Κάτι ο εγωισμός και κάτι η άγνοια κινδύνου των 29 χρόνων μου, μάζεψα ότι κουράγιο είχα και ψέλλισα κάποιες δικαιολογίες, που ούτε καν τις θυμάμαι. "Κρίμα Τάσο, είχα άλλα σχέδια για σένα. Πίστευα ότι μετά τα εννιά χρόνια της θητείας σου στο EMBL, θα βρεθείς στην Κρήτη μας". Και εγώ το πίστευα - τότε. Δεν έγινε μέχρι σήμερα, και αμφιβάλλω αν θα γίνει και ποτέ. Η έρευνα στο ΙΜΒΒ έχει άλλη εστίαση από την δικιά μου, όσο μεγαλώνω  γίνομαι και πιο ακριβή και επισφαλής επένδυση, μάλλον απίθανο να βρεθώ ποτέ στο αγαπημένο ΙΜΒΒ του Φώτη.

Τελευταία φορά είδα τον Φώτη στο EMBO meeting του 2009 στο 'Άμστερνταμ. Τον χαιρετήσαμε, αλλά δεν θυμότανε ούτε εμένα ούτε την Παυλίνα. Του θυμίσαμε ποιοι ήμασταν, είπε ένα ευγενικό "α, ναι, βέβαια". Λίγο μετά ήρθε και μου ξαναμίλησε - ζήτησε συγγνώμη που δεν με θυμότανε, ήταν ζαλισμένος είπε. Ήταν φανερό σε μένα ότι κάτι δεν πήγαινε καλά, ο Φώτης θυμόταν τα πάντα. Ένα τόσο λαμπερό μυαλό, να χτυπηθεί από άνοια ... αδικία και πρόωρη απώλεια. Λίγους μήνες μετά αποσύρθηκε από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας. Μάθαινα νέα του κατά καιρούς, τα τελευταία σήμερα το πρωί.

Ο Φώτης έφυγε χθες το βράδυ.

Καλό ταξίδι Φώτη, καλό ταξίδι κύριε Καφάτο.