Νέα από τον πλανήτη…planet.ellak.gr: mRNA vs Covid-19 | Ο ανοιχτός κώδικας του εμβολίου

by: Cerebrux

Πως είναι δυνατόν να μιλάμε για ανοιχτό πηγαίο κώδικα (ένας όρος πληροφορικής) ενώ έχουμε να κάνουμε με όρους μοριακής βιολογίας όπως το mRNA, DNA, ιό, Covid-19 και εμβόλια; Κι όμως μπορούμε.

Ας αναλογιστούμε για μια στιγμή, τι είναι «πληροφορία«; Πως την ορίζουμε ο καθένας μας ; Πως την ερμηνεύουμε;

Ετυμολογικά αποτελείται από τις λέξεις «φέρω» και «πλήρης». Στην αγγλική ο όρος είναι information, δάνειο του 15ου αιώνα από τη λατινική λέξη informare που σημαίνει «δίνω μορφή». Επομένως πληροφορία είναι οποιουδήποτε τύπου μοτίβο (pattern, σχηματισμός, μέθοδος) που επηρεάζει με προκαθορισμένο τρόπο το σχηματισμό ή το μετασχηματισμό άλλων μοτίβων ή και του ιδίου.

Η θεωρία πληροφορίας, που είναι τμήμα των εφαρμοσμένων μαθηματικών και ασχολείται με την ποσοτικοποίηση της πληροφορίας αποτελεί συνδετικό κρίκο των μαθηματικών, της στατιστικής, της επιστήμης των υπολογιστών, της φυσικής, της νευρολογίας και της ηλεκτρικής εφαρμοσμένης μηχανικής.

Ο τομέας αυτός μας παρέχει εργαλεία και θεωρητικά μοντέλα με τα οποία μπορούμε να περιγράψουμε, ποσοτικοποιήσουμε και να καθορίσουμε τις ιδιότητες ενός συστήματος.

Σε αυτήν, ένα σύστημα είναι μία σύνθετη πληροφοριακή δομή, στο οποίο το πληροφοριακό περιεχόμενο μπορεί δυνητικά να εκφράζεται υλικά και χωρικά και να αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του. Κατά την αλληλεπίδραση αυτή είναι ικανό να δέχεται δευτερεύον πληροφοριακό περιεχόμενο ως είσοδο (input), να το επεξεργάζεται και να αποβάλλει το πληροφοριακό αποτέλεσμα της επεξεργασίας ξανά στο περιβάλλον ως έξοδο (output). Επίσης ένα σύστημα μπορεί να περιέχει ως δομικούς λίθους υποσυστήματα, δηλαδή χαμηλότερης περιπλοκότητας συστήματα τα οποία λειτουργούν αυτόνομα αλλά ταυτόχρονα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους δίνοντας ως αποτέλεσμα το αρχικό, υψηλότερης δομικής περιπλοκότητας σύστημα.

Αν δεν έχετε μπερδευτεί ακόμα, τότε τα παραπάνω θα σας θυμίζουν κάτι… σωστά ; Ανάλογα με το πεδίο ενδιαφέροντος, τον επαγγελματικό ή και επιστημονικό προσανατολισμό σας, η παραπάνω περιγραφή της πληροφορίας, των συστημάτων, των εισόδων-εξόδων, ύλη, χώρος κλπ θα σας θυμίζει, κύτταρα, όργανα, χημικές αντιδράσεις, μαθηματικά μοντέλα, συσκευές, κυκλώματα, λογισμικά κ.α.

Ο γενετικός κώδικας με όρους ψηφιακού κώδικα

Το εμβόλιο κατά του Κορωνοϊού (Covid-19) είναι ένα υγρό στοιχείο (σύστημα) που εγχέεται μέσω μιας βελόνας στο χέρι μας. Πώς τώρα από αυτό το «υγρό» καταλήγουμε να μιλήσουμε για κάποιον «κώδικα»;

Για να το κατανοήσουμε θα πρέπει να κάνουμε μια μικρή επανάληψη στην βιολογία και την πληροφορική:

Τα ψηφιακά συστήματα δουλεύουν με 1 και 0. Αυτές οι δύο τιμές συνήθως ερμηνεύονται ως δυαδικά ψηφία ή bit πληροφορίας από τα αρχικά των λέξεων BInary digiT, που κυριολεκτικά σημαίνει και «μικροσκοπικό τμήμα, κομματάκι». Το bit είναι η στοιχειώδης μονάδα πληροφορίας (που αναλύσαμε πάνω) στην Επιστήμη Υπολογιστών και στις Τηλεπικοινωνίες. Στα ελληνικά έχει αποδοθεί ως δυφίο (κατά τον ΕΛΟΤ) από τη σύντμηση των λέξεων ΔΥαδικό ψηΦΙΟ (όρος που δεν έχει χρησιμοποιηθεί καθόλου στη βιβλιογραφία). Αν το δούμε από την σκοπιά της φυσικής, οι τιμές 0 και 1 υλοποιούνται στο υλικό ως καταστάσεις ηλεκτρικής αγωγιμότητας ενός τρανζίστορ(1 περνάει ηλ. ρεύμα – 0 δεν περνάει ηλ. ρεύμα). Στους υπολογιστές χρησιμοποιούμε συνήθως τα bit σε ομάδες των 8, 16, 32, 64, 128 κ.λπ., δηλαδή δυνάμεις του 2. Μια «λέξη» 8 δυαδικών ψηφίων – bits αντιστοιχεί σε ένα μπάιτ (byte) π.χ. όταν ο υπολογιστής βλέπει 01000001 σας εμφανίζει το γράμμα Α. Άρα ό,τι διαβάζετε στην οθόνη σας αυτή την στιγμή, πληκτρολογείτε, σκρολάρετε, πατάτε κουμπιά, κλπ ανταποκρίνονται σε συνδυασμούς του 1 και 0, σε συνδυασμούς δηλαδή από bytes – ήτοι πληροφορία.
Τα βιολογικά συστήματα δουλεύουν με A, C, G και U / T (Adenine, Cytosine, Guanine, και Uracil/Thymine) τα οποία ονομάζονται βάσεις. Αυτά ενώνονται με διαφορετικούς συνδυασμούς μεταξύ τους και δημιουργούν μια αλυσίδα γονιδίων η οποία αν είναι δίκλωνη ονομάζεται DNA ενώ αν είναι μονόκλωνη ονομάζεται RNA. Οι 4 βάσεις (A, C, G, U/T) συνδυάζονται ανά τρεις δηλαδή σε ένα κωδικόνιο [π.χ. ACG GTT κλπ] οπότε προκύπτουν 64 διαφορετικοί συνδυασμοί. Άρα το κωδικόνιο είναι μία τριπλέτα βάσεων της αλυσίδας του γονιδίου, η οποία κωδικοποιεί ένα αμινοξύ.

Στην πληροφορική, όπως είπαμε ομαδοποιούμε 8 bits σε ένα byte και το byte είναι η τυπική μονάδα πληροφορίας που υποβάλλεται σε επεξεργασία. Η φύση ομαδοποιεί 3 βάσεις σε ένα κωδικόνιο και αυτό το κωδικόνιο είναι η τυπική της μονάδα επεξεργασίας.
Ποιο συγκεκριμένα η «γλώσσα» του DNA μπορεί να εκφραστεί ψηφιακά, αλλά δεν είναι δυαδική (binary). Ενώ λοιπόν η δυαδική κωδικοποίηση έχει τα 0 και 1 για να κωδικοποιήσει μια πληροφορία, το DNA όπως είπαμε έχει 4 θέσεις, T, C, G και A. Έτσι, ενώ ένα ψηφιακό byte είναι κυρίως 8 δυαδικά ψηφία, ένα DNA byte, που όπως είπαμε ονομάζεται κωδικόνιο, έχει 3 ψηφία. Επειδή κάθε ψηφίο μπορεί να έχει 4 από τις διαθέσιμες τιμές αντί για 2, ένα κωδικόνιο DNA έχει 64 πιθανές τιμές, σε σύγκριση με ένα δυαδικό byte που έχει 256. Με όρους πληροφορικής, καθεμία από τις τέσσερις πιθανές βάσεις νουκλεοτιδίων π.χ. του DNA αντιπροσωπεύει ένα μέγιστο log2(4) = 2 bits πληροφοριών. Άρα αυτό σημαίνει ότι ένα κωδικόνιο (τριπλέτα) περιέχει 6 bits πληροφοριών (2 * 3).

Όπως λοιπόν ο κώδικας που γράφει ένας προγραμματιστής, μετατρέπεται σε ένα εκτελέσιμο binary πρόγραμμα, έτσι και το DNA μέσα στο κύτταρο αντιγράφεται σε RNA το οποίο έχει όλες τις απαραίτητες οδηγίες για 3D printing των αμινοξέων και των πρωτεϊνών.

Ριβόσωμα: Ο τρισδιάστατος εκτυπωτής πρωτεϊνών

Αυτές οι πρωτεΐνες χρησιμοποιούνται για να μεταφέρουν μια πληροφορία σε άλλα μέρη του οργανισμού ή χρησιμοποιούνται για να κατασκευαστούν άλλα μεγαλύτερα συστήματα (κύτταρα, ορμόνες κ.α).

Αν τώρα «μετρήσουμε» το μέγεθος του κώδικα διάφορων οργανισμών, θα δούμε ότι :

Ηπατίτιδα Β = 800 bytes
Έμπολα = 5 kilobyte
Άνθρωπος = 725 megabyte
Paris japonica (ιαπωνικό φυτό) = 37.5 gigabyte

(Σε περίπτωση που θέλετε και άλλες πληροφορίες δείτε την παρουσίαση αλλά και το άρθρο του του Bert Hubert,)

Το εμβόλιο ως ανοσοενισχυτικός κώδικας

Η βασική χρησιμότητα ενός εμβολίου είναι να ενημερώσουμε το ανοσοποιητικό μας σύστημα πώς να καταπολεμήσει έναν παθογόνο οργανισμό, χωρίς φυσικά να προκαλέσουμε την ίδια την αρρώστια.

Ιστορικά, όλοι μας λάβαμε μια ένεση ενός εξασθενημένου ιού, καθώς και ενός ανοσοενισχυτικού για να «ενημερώσει» την βάση δεδομένων του ανοσοποιητικού μας μέσω της έμμεσης πρόκλησης ανοσοαντίδρασης. Αυτή η αντίδραση μεταφράζεται σε «μνήμη» και την επόμενη φορά που θα έρθει σε επαφή ο οργανισμός με τον πραγματικό εχθρό θα γνωρίζει που να τον χτυπήσει.

Αυτό το «πού και πως» να τον χτυπίσει είναι άκρως σημαντικό μιας και οι επιβλαβείς οργανισμοί χρησιμοποιούν διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους «αγκιστρώνονται» στα κύτταρά μας. Αυτά τα άγκιστρα είναι πρωτεΐνες που παράχθηκαν με βάση τις οδηγίες που περιέχονται στον γενετικό κώδικα του ιού. Ο σκοπός αυτής της αγκίστρωσης είναι να μεταφέρουν αυτόν τον «κώδικα» τους μέσα στο κύτταρο μας ώστε το κύτταρο αυτό να παράξει ολοκληρωμένα αντίγραφα του ιού τα οποία θα μολύνουν τα γειτονικά κύτταρα.

Τα εμβόλια λοιπόν προσπαθούν να ενημερώσουν το ανοσοποιητικό μας για το πως να παράξει «όπλα» τα οποία καταστρέφουν αυτά τα άγκιστρα ή και τους μηχανισμούς της δομής/κατασκευής του ιού. Στην περίπτωση του SARS-CoV-2 (Κορονοϊός) με τα άγκιστρα του (πρωτεΐνη Spike), το εμβόλιο είναι ένα τεχνητό mRNA που επιτυγχάνει το ίδιο πράγμα (εκπαίδευση του ανοσοποιητικού μας συστήματος), αλλά με μεγαλύτερη ακρίβεια.

Η ένεση κατά τον Covid-19, περιέχει πτητικό γενετικό υλικό που περιγράφει το πως είναι κατασκευασμένη η πρωτεΐνη «Spike» του SARS-CoV-2 και με έξυπνα χημικά μέσα, καταφέρνει να εισάγει αυτό το εφήμερο γενετικό υλικό σε μερικά από τα κύτταρα μας. Αυτά στη συνέχεια αρχίζουν να παράγουν υπάκουα μόνο αυτές τις πρωτεΐνες SARS-CoV-2 Spike (όχι όλο τον ιό) σε αρκετά μεγάλες ποσότητες ώστε το ανοσοποιητικό μας σύστημα να κινητοποιηθεί και να τις αντιμετωπίσει ως μια άσκηση πολέμου. Με τον τρόπο αυτό το ανοσοποιητικό μας σύστημα αναπτύσσει μια ισχυρή απόκριση ενάντια σε πολλές πτυχές της πρωτεΐνης Spike αλλά και ενάντια στη διαδικασίας παραγωγής του πραγματικού Κορονοϊού με 95% αποτελεσματικότητα.

Ο κώδικας mRNA του εμβολίου της Pfizer/BioNTech

Ναι καλά διαβάσατε… Αν αντέξατε το διάβασμα μέχρι εδώ τότε πλέον καταλαβαίνετε ότι μιλάμε για κώδικα. Για πρώτη φορά στα χρονικά της φαρμακευτικής τεχνολογίας, οι εταιρίες δημοσιεύουν ως «ανοιχτού κώδικα» την ουσία του εμβολίου. Μπορείτε να το κατεβάσετε απο εδώ και να μελετήσετε τις βάσεις / κωδικόνια του εμβολίου.

Αυτό επίσης δίνει την δυνατότητα στην επιστημονική κοινότητα να χρησιμοποιήσουν αυτόν τον ανοιχτό κώδικα του εμβολίου σε 3D εκτυπωτές mRNA όπως το παρακάτω (ναι υπάρχουν και εκτυπωτές γενετικού υλικού !) για να τυπώσουν αντίγραφα του για περαιτέρω μελέτη.

A Codex DNA BioXp 3200 DNA printer — Το Codex DNA BioXp 3200 DNA printer

Όπως θα δείτε, το mRNA που περιέχει το εμβόλιο είναι περίπου δυο σελίδες Α4 αποτελούμενη από 4284 χαρακτήρες (βάσης) στο σύνολο ή 1071 bytes (4284*2 = 8568 bits). Αντίθετα ο κώδικας του ίδιου του ιού (δημοσιευμένος εδώ) αποτελείται από 29881 βάσεις (59762 bits) ή 7.4 kilobytes πληροφορίας.

Αναλογιστείτε για λίγο πόσο επικίνδυνο μπορεί να είναι ένα σύστημα πληροφορίας των 7.4 kilobytes για το ανθρώπινο είδος που «κατασκευάζεται» από ~724 ΜΒ πληροφορίας. Όπως και αντίστροφα φυσικά, ένα σύστημα πληροφορίας του ~1 kilobyte, κατασκευασμένο από το ανθρώπινο είδος, μπορεί να καταστρέψει ένα είδος κατασκευασμένο από 7.4 kilobytes.

Επίλογος

Ο κώδικας της ζωής, με την βοήθεια της τεχνολογίας, της επιστήμης και της συνεργασίας βελτιώθηκε και προστατεύεται πιο άμεσα με την άμεση δημοσίευση ευρημάτων και κώδικα εμβολίων.

Η ανοιχτή τεχνολογία των mRNA εμβολίων έχει το τεράστιο πλεονέκτημα της εύκολης τροποποίησης σε περίπτωση που χρειαστεί «διόρθωση». Αν για παράδειγμα εμφανιστεί κάποια νέα έκδοση του ιού τότε άμεσα μπορεί να αναβαθμιστεί ο κώδικας του εμβολίου. Επίσης, όπως συμβαίνει και με τον ανοιχτό κώδικα όσα περισσότερα μάτια τον μελετάνε τόσο πιο άμεσα είναι τα αποτελέσματα των βελτιώσεων.