Ένα είδος μηχανισμού «πολιτικής προστασίας», όχι για τους ανθρώπινους πληθυσμούς, αλλά για τα φυτά αναπτύσσει ο ερευνητής στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας (ΙΜΒΒ) του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) και Αναπληρωτής Καθηγητής στο Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης, Παναγιώτης Μόσχου. Αυτός ο μηχανισμός ενεργοποιείται σε περιπτώσεις «έκτακτης ανάγκης» για να αντιμετωπίσει περιβαλλοντικές απειλές.
Και πώς συμβαίνει αυτό; Με τη δημιουργία νέων κυτταρικών σχηματισμών μέσα στα φυτά που αποθηκεύουν βιολογικά μόρια, πρωτεΐνες και RNAs εν προκειμένω, και ενεργοποιούνται όταν σημαίνει συναγερμός, δηλαδή όταν κάτι δεν πάει καλά στο περιβάλλον τους.
Ο Έλληνας επιστήμονας και η ομάδα του στο ΙΤΕ-ΙΜΒΒ πρωτοπορούν στον τομέα της δημιουργίας τέτοιων νέων κυτταρικών σχηματισμών. Μάλιστα, ανακάλυψαν πρόσφατα μέσα στο εργαστήριο έναν νέο κώδικα που ελέγχει τη δημιουργία τους. Τα φυτά χρησιμοποιούν αυτούς τους μηχανισμούς για να ανταποκριθούν γρήγορα και συντονισμένα σε περιβαλλοντικές απειλές όπως είναι για παράδειγμα, ένας καύσωνας. Το σημαντικό είναι πως η ερευνητική ομάδα έχει ταυτοποιήσει και τους μοριακούς «διακόπτες» μέσα στα κύτταρα που ελέγχουν αυτούς τους κυτταρικούς σχηματισμούς έκτακτης ανάγκης και τώρα εργάζεται στην επανασυγγραφή του κώδικα για τη δημιουργία τους. Καθώς αυτοί οι σχηματισμοί είναι σημαντικοί για την προσαρμογή των φυτών στην κλιματική αλλαγή, η ομάδα φιλοδοξεί να καταφέρει να εισαγάγει νέα χαρακτηριστικά σε φυτά ή σε άλλους οργανισμούς που θα τους προσδώσουν ανθεκτικότητα.
«Ίσως, η πιο σημαντική απειλή για την ανθρωπότητα είναι η κλιματική αλλαγή. Βασική συνιστώσα της κλιματικής αλλαγής είναι οι καύσωνες, οι οποίοι γίνονται όλο και πιο απρόβλεπτοι και διαρκείς και απειλούν σοβαρά την επισιτιστική μας ασφάλεια, αφού θέτουν σε κίνδυνο την παραγωγικότητα των καλλιεργειών. Ωστόσο, παρά το γεγονός, γνωρίζουμε ελάχιστα για το πώς μπορούμε να προστατεύσουμε τους εαυτούς μας, τα ζώα μας και κυρίως τις καλλιέργειές μας από τους καύσωνες. Η περαιτέρω κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα κύτταρα «διαβάζουν» και προσαρμόζονται στις αλλαγές θερμοκρασίας ή γενικά στις κλιματικές αλλαγές, μπορεί να βοηθήσει στην καταπολέμηση του προβλήματος. Εκτός αυτού, αυτή η γνώση μπορεί να μας βοηθήσει γενικότερα να απαντήσουμε στο ερώτημα πώς οι οργανισμοί αντιλαμβάνονται το περιβάλλον τους και προσαρμόζονται ανάλογα σε αυτό», αναφέρει ο Δρ Μόσχου στο Dnews.
Αξίζει να σημειωθεί πως ο καθηγητής που εργάζεται στη διεπαφή κυτταρικής βιολογίας και μοριακής φυσιολογίας, απέσπασε πέρσι πανευρωπαϊκή διάκριση αριστείας με χρηματοδότηση του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας (ERC Consolidator Grant) αξίας 1,9 εκατομμυρίου ευρώ, για το έργο PLANTEX: Limited proteolysis mechanisms in plants for selective protein translation to improve heat tolerance (Περιορισμένοι μηχανισμοί πρωτεόλυσης σε φυτά για εκλεκτική μετάφραση πρωτεϊνών προς βελτίωση της ανοχής στη θερμότητα) όπου διερευνά αυτούς τους σχηματισμούς «έκτακτης ανάγκης» για να κατανοήσει το πώς λειτουργούν. Και αυτό είναι είδηση γιατί αυτό το ERC ήταν το πρώτο που χορηγήθηκε στην Ελλάδα στο γνωστικό αντικείμενο της βιολογίας και της αγροβιοτεχνολογίας.
Τα φυτά έχουν στρες…
Τα κύματα καύσωνα προκαλούν σοβαρό στρες στις καλλιέργειες και απειλούν τη διατροφή μας. Η άνοδος της θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένες αποδόσεις και σε αποτυχίες των καλλιεργειών. Ως εκ τούτου, η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα φυτά μπορούν να προσαρμοστούν γρήγορα σε αυτές τις συνθήκες είναι απαραίτητη για να διασφαλιστεί η επάρκεια των τροφίμων στο μέλλον. Έχοντας αυτό υπόψη, το έργο PLANTEX που χρηματοδοτείται από το ERC εστιάζει επί του παρόντος σε έναν νέο κυτταρικό μηχανισμό και συγκεκριμένα σε έναν μηχανισμό απόκρισης στο στρες.
«Επικεντρωνόμαστε στα ‘coregulons’ (συν-συνεργιώματα), τα οποία είναι σύμπλοκα πρωτεΐνης-RNA μέσα σε δομές που μοιάζουν με μικρές σταγόνες λαδιού μέσα σε νερό (γνωστά ως βιομοριακά συμπυκνώματα) και επιτρέπουν την ταχεία προσαρμογή των φυτών στο στρες. Επιπλέον, διαπιστώσαμε πως μέσω της διάσπασης πρωτεϊνών (πρωτεόλυσης) παράγονται μικρά πρωτεϊνικά τμήματα που χρησιμεύουν ως μήτρες παραγωγής συμπυκνωμάτων γεμάτων coregulons. Σκοπός μας είναι να χαρτογραφήσουμε αυτά τα coregulons σε φυτά- μοντέλα όπως στην αραβίδοψη, που είναι ένα απλό ζιζάνιο αλλά και σε οικονομικά σημαντικά φυτικά είδη όπως είναι οι ντομάτες. Θέλουμε να μελετήσουμε πώς η ρύθμιση της πρωτεόλυσης μπορεί να συμβάλει στην παραγωγή διάφορων coregulons και να αναπτύξουμε γενετικές προσεγγίσεις για την ενίσχυση της ανοχής των καλλιεργειών στη θερμότητα. Αυτή η καινοτόμος έρευνα θα μπορούσε να βελτιώσει σημαντικά την ανθεκτικότητα των καλλιεργειών», εξηγεί ο καθηγητής Μόσχου.
Η έρευνα της ομάδας του Moschou Lab έχει αποδώσει σημαντική γνώση, αναδεικνύοντας μικρές οντότητες (πρωτεΐνες και RNA) μέσα στα φυτικά κύτταρα που είχαν υποτιμηθεί στο παρελθόν, οι οποίες δείχνουν μια αξιοσημείωτη ικανότητα ταχείας απόκρισης στις περιβαλλοντικές προκλήσεις.
Η ερευνητική ομάδα εργάζεται ταυτόχρονα και σε ένα σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης για επιδείνωση της υγείας των καλλιεργειών, μέσω της παρακολούθησής τους σε κυτταρικό επίπεδο:
«Το στρες των φυτών αποτελεί μια σημαντική ανησυχία. Οι επιδημίες παρασίτων και ασθενειών γίνονται επίσης πιο συχνές, ενισχύουν περαιτέρω τις περιβαλλοντικές απειλές. Αυτή η κατάσταση έχει σημαντικές οικονομικές επιπτώσεις, καθώς η υγιής γεωργία είναι απαραίτητη για την επισιτιστική ασφάλεια και τη διαβίωσή μας. Περιβαλλοντικά, το στρες των φυτών μειώνει τη βιοποικιλότητα και τη δέσμευση άνθρακα και επιδεινώνει τη διάβρωση του εδάφους, επηρεάζοντας έτσι την υγεία του οικοσυστήματος. Η ενισχυμένη παρακολούθηση είναι ζωτικής σημασίας για την υποστήριξη πρωτοβουλιών της ΕΕ που προάγουν τη βιώσιμη γεωργία».
Σύμφωνα με τον καθηγητή, οι τρέχουσες μέθοδοι παρακολούθησης των φυτών, οι οποίες συνήθως βασίζονται στην παρατήρηση των αλλαγών στην όψη τους, δεν αρκούν για να ανιχνευτούν έγκαιρα οι φυσιολογικές πιέσεις και να γίνουν άμεσα οι απαραίτητες διορθωτικές παρεμβάσεις. Η συλλογή δειγμάτων από κατεστραμμένα φυτά και η ανάλυσή τους σε εργαστήριο μπορεί επίσης να είναι χρονοβόρα.
Για αυτό και ο Έλληνας επιστήμονας μαζί με την ομάδα του έχουν αναπτύξει προηγουμένως, μέσω του ερευνητικού έργου PANTHEON, το οποίο χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα Marie Skłodowska-Curie Actions, μια νέα μέθοδο για την παρακολούθηση της υγείας των φυτών. Η μέθοδος βασίζεται στον συνδυασμό της τηλεπισκόπησης με τη φασματοσκοπία, μια τεχνική που παρακολουθεί τις αλλαγές κάποιων βιομορίων στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. «Το έργο μας στοχεύει να φέρει επανάσταση στην προστασία των καλλιεργειών επιτρέποντας την έγκαιρη ανίχνευση του στρες των φυτών», προσθέτει ο ίδιος.
Η ομάδα εργάζεται τώρα για την ανάπτυξη ενός συστήματος προειδοποίησης που εντοπίζει έγκαιρα αλλαγές στην υγεία των φυτών σε κυτταρικό επίπεδο στο χωράφι. Αυτό θα καταστήσει ικανούς τους αγρότες και τους γεωπόνους να λαμβάνουν έγκαιρα μέτρα για την αντιμετώπιση προβλημάτων, συμπεριλαμβανομένης της προσαρμογής της άρδευσης, της εφαρμογής στοχευμένων θεραπειών ή άλλων προληπτικών μέτρων που θα ελαχιστοποιήσουν τον αντίκτυπο της περιβαλλοντικής πίεσης στις αποδόσεις των καλλιεργειών.
Λίγα λόγια για τον καθηγητή Παναγιώτη Μόσχου
Ο Παναγιώτης Ν. Μόσχου απέκτησε πτυχίο Βιολογίας από το Εθνικό & Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών. Συνέχισε τις σπουδές του στη Μοριακή Βιολογία Φυτών στο Πανεπιστήμιο Κρήτης και έλαβε το διδακτορικό του το 2009 στη Μοριακή Φυσιολογία Φυτών μελετώντας τους ρόλους των πολυαμινικών οξειδασών στις καταπονήσεις των φυτών. Μετά την ολοκλήρωση της στρατιωτικής του θητείας, το 2010 μετακινήθηκε στη Σουηδία για μεταδιδακτορικές σπουδές στο Swedish University of Agricultural Sciences. Το 2017 ξεκίνησε την ομάδα του στο ίδιο πανεπιστήμιο και το 2018 εξελέγη Αναπληρωτής Καθηγητής Μοριακής Φυσιολογίας Φυτών στο Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης. Το 2019 εντάχθηκε στο ΙΤΕ-ΙΜΒΒ ως Συνεργάτης Ερευνητής. Η κύρια επιστημονική του ενασχόληση εστιάζει στον τρόπο που οι πρωτεΐνες και τα RNA, καθώς και οι διαφορετικές μορφές τους, αλληλεπιδρούν και συναρμολογούνται σε διακριτές κυτταρικές οντότητες με σημαντικές ρυθμιστικές λειτουργίες στην ανάπτυξη και τις καταπονήσεις. Για τις μελέτες του, έχει λάβει πολλά βραβεία και διακρίσεις, με πιο αξιοσημείωτο το βραβείο από την Federation of European Societies of Plant Physiology. Επί του παρόντος, συντονίζει τρία μεγάλα ερευνητικά προγράμματα σχετικά με την κλιματική αλλαγή. Το ερευνητικό του έργο έχει δημοσιευτεί σε διεθνή περιοδικά όπως τα Nature Communications, Molecular Cell, The EMBO Journal, PloS Biology, Developmental Cell και The Plant Cell.
