«Η γενετική είναι αυτή που οπλίζει, αλλά το περιβάλλον πατάει τη σκανδάλη του όπλου», είπε κάποτε ο τέως επικεφαλής των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας των ΗΠΑ Φράνσις Κόλλινς.
Και δεν είχε άδικο, αφού είναι αλήθεια πως ζούμε σε έναν βαθιά χημικό κόσμο!
Ωστόσο, εξακολουθεί να υπάρχει μεγάλη αβεβαιότητα ως προς το βάρος των ασθενειών που αποδίδονται σε περιβαλλοντικούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου ζωής και του κλίματος.
Τα 94 φυσικά στοιχεία της Γης συνδυάζονται με αμέτρητους τρόπους, δημιουργώντας δισεκατομμύρια διαφορετικές ενώσεις, ενώ ο άνθρωπος έχει προσθέσει περισσότερες από 279 εκατομμύρια συνθετικές χημικές ουσίες που μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την υγεία του. Ωστόσο, η μεμονωμένη μελέτη κάθε ουσίας είναι αργή και δαπανηρή.
«Το Human Exposome Project αντιπροσωπεύει μια μνημειώδη αλλαγή στον τρόπο που σκεφτόμαστε την υγεία, μια μετάβαση από ένα περιορισμένο focus στο εσωτερικό μας “σχέδιο”, σε μια ολοκληρωμένη ματιά στον κόσμο γύρω μας».
Έχοντας αυτή την ανησυχία, ο Thomas Hartung, παγκοσμίου φήμης περιβαλλοντικός τοξικολόγος στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη, πρότεινε τον Μάιο του 2025 στη διεθνή ερευνητική κοινότητα να ενώσει τις δυνάμεις της στο Human Exposome Project, ένα πρόγραμμα μελέτης του ανθρώπινου εκθεσιώματος (exposome).
«Το έργο είναι μια πρωτοβουλία “moonshot” που στοχεύει στη συνολική χαρτογράφηση κάθε έκθεσης ενός ατόμου στο περιβάλλον από τη σύλληψή του μέχρι τον θάνατό του. Ο κύριος στόχος του είναι να κατανοήσει πώς οι βιολογικές, χημικές, σωματικές και ψυχοκοινωνικές επιρροές καθοδηγούν την ανθρώπινη υγεία και τις χρόνιες ασθένειες. Επιδιώκει να ταιριάξει με το πεδίο εφαρμογής του Human Genome Project για να επιτρέψει την ακριβή πρόληψη και τις πολιτικές που βασίζονται σε τεκμηριωμένα στοιχεία», λέει ο Hartung, ο οποίος έχει περάσει μεγάλο μέρος της καριέρας του προσπαθώντας να αντικαταστήσει τις δοκιμές σε ζώα με οργανοειδή (καλλιέργειες ιστών) που αναπτύσσονται στο εργαστήριο και μιμούνται ανθρώπινα όργανα και, πιο πρόσφατα, με τεχνητή νοημοσύνη.
Η πρόταση για τη μελέτη του ανθρώπινου εκθεσιώματος συζητήθηκε τον περασμένο Φεβρουάριο στην ετήσια συνάντηση της Αμερικανικής Ένωσης για την Προώθηση της Επιστήμης (AAAS), στην Αριζόνα, και έγινε αποδεκτή από ερευνητές παγκοσμίως, ανάμεσά τους και Έλληνες, καθώς είναι αναμφισβήτητο πως, με εξαίρεση τις μολυσματικές ασθένειες, η εξέταση των περιβαλλοντικών αιτιών των ασθενειών μέχρι τώρα είναι αποσπασματική.
«Το Human Exposome Project αντιπροσωπεύει μια μνημειώδη αλλαγή στον τρόπο που σκεφτόμαστε την υγεία, μια μετάβαση από ένα περιορισμένο focus στο εσωτερικό μας “σχέδιο”, σε μια ολοκληρωμένη ματιά στον κόσμο γύρω μας», προσθέτει ο καθηγητής.
Το πρότζεκτ που συγκεντρώνει μέχρι στιγμής περισσότερους από 60 ερευνητικούς φορείς από όλο τον κόσμο είναι πολύ φιλόδοξο και στοχεύει να κάνει για τις περιβαλλοντικές επιρροές στον άνθρωπο αυτό που έκανε το Πρόγραμμα Ανθρώπινου Γονιδιώματος για τις γενετικές.
Αλλά δυστυχώς ήρθε σε κακό timing, μετά την εκλογή μιας αμερικανικής κυβέρνησης που διατηρεί την πιο εχθρική στάση απέναντι στα περιβαλλοντικά ζητήματα από κάθε άλλη προηγούμενη κυβέρνηση.
Είμαστε κάτι περισσότερο από τα γονίδιά μας…
Η ολοκλήρωση του Human Genome Project άνοιξε τον δρόμο για τη βαθύτερη κατανόηση του ρόλου των γονιδίων στην υγεία και την ασθένεια. Ωστόσο, ανέδειξε και ένα άλλο σημαντικό ερώτημα: αφού μπορούμε να «διαβάσουμε» πλήρως τη γενετική σύσταση ενός ανθρώπου, γιατί να μην υπάρχει κάτι αντίστοιχο που να καταγράφει όλες τις εκθέσεις σε περιβαλλοντικούς παράγοντες ενός ατόμου και τις επιδράσεις που δέχεται καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής του;
Σε μια δημοσίευση του 2005 στο Cancer Epidemiology, Biomarkers & Prevention ο μοριακός επιδημιολόγος Christopher Paul Wild πρότεινε την ιδέα του «exposome» (εκθεσιώματος), σημειώνοντας πως κάθε άτομο έχει το προσωπικό του εκθεσίωμα παρόλο που είναι πρακτικά αδύνατο να μετρηθεί πλήρως.
Ακόμη όμως και η μερική χαρτογράφησή του θα μπορούσε να προσφέρει σημαντικές πληροφορίες για την αιτιολογία των ασθενειών, ιδιαίτερα μέσα από μεγάλες επιδημιολογικές μελέτες. Έτσι, ο στόχος δεν ήταν η αντιπαράθεση μεταξύ της μελέτης των γονιδίων, που είχε λάβει τεράστια χρηματοδότηση, και της μελέτης των περιβαλλοντικών επιρροών, που παρέμενε περιορισμένη, αλλά η αναγνώριση ότι και τα δύο είναι απαραίτητα και αλληλοσυμπληρούμενα.
«Ενώ η γενετική ευθύνεται μόνο για το 10-20% περίπου του κινδύνου ασθένειας, η επιστήμη ιστορικά έχει αργήσει να αντιμετωπίσει το υπόλοιπο περιβαλλοντικό 80%+. Μέχρι πρόσφατα, η τεράστια κλίμακα και η ποικιλία των δεδομένων του πραγματικού κόσμου, δηλαδή όλα όσα αναπνέουμε, τρώμε και αγγίζουμε, καθιστούσαν πρακτικά αδύνατη τη συλλογή και την ανάλυσή τους με ενιαίο τρόπο», σημειώνει ο επιστήμονας.
Ο ίδιος εκτιμά πως η μελέτη του εκθεσιώματος (exposome) είναι πολύ πιο δύσκολη από τη χαρτογράφηση του ανθρώπινου γονιδιώματος. Η αλληλούχηση γονιδίων λειτουργεί σε μεγάλο βαθμό πλέον σαν μια ‘βιομηχανοποιημένη’ διαδικασία. Αντίθετα, η χαρτογράφηση του εκθεσιώματος απαιτεί τη συλλογή και ανάλυση τεράστιων και ετερογενών δεδομένων για σχεδόν κάθε πτυχή της ζωής ενός ανθρώπου, τα οποία μπορεί να περιλαμβάνουν από συγκεντρώσεις χημικών ρύπων στον κήπο του μέχρι τα κοινωνικά του δίκτυα. Στη συνέχεια, όλα αυτά τα δεδομένα πρέπει να συνδυαστούν ώστε να γίνει κατανοητός ο τρόπος αλληλεπίδρασης μεταξύ τους και με το γονιδίωμα για να οδηγήσουν σε ασθένειες.
«Σε αντίθεση με το γονιδίωμα, το οποίο είναι ένας σχετικά σταθερός γενετικός κώδικας, το εκθεσίωμα είναι ένας “κινούμενος στόχος” που περιλαμβάνει δυναμικά δεδομένα, δηλαδή χιλιάδες εκθέσεις του ανθρώπου στο περιβάλλον που αλλάζουν συνεχώς με την πάροδο του χρόνου, ετερογένεια, δηλαδή ενσωμάτωση διαφορετικών τύπων δεδομένων όπως δορυφορική παρακολούθηση, φορητούς αισθητήρες, μεταβολομική του αίματος και δραστηριότητα στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης, αλλά και σύνθετα μείγματα, καθώς εκτιθέμεθα σε “χημικά κοκτέιλ” αντί σε μεμονωμένες ενώσεις, κάτι που απαιτεί τον εντοπισμό μοτίβων σε εκατομμύρια χαρακτηριστικά», διευκρινίζει ο Hartung.
Η τεχνητή νοημοσύνη καταλύτης για την πρόοδο του πεδίου…
Αντλώντας έμπνευση από το απόλυτο «moonshot» πρόβλημα της προσελήνωσης του Apollo 11 που απαιτούσε ριζική σκέψη και αφοσίωση, αντί για σταδιακές βελτιώσεις, ο καθηγητής Hartung παρομοιάζει την τεχνητή νοημοσύνη με το «guidance computer» της μελέτης του εκθεσιώματος.
«Η τεχνητή νοημοσύνη κρίνεται απαραίτητη γιατί μόνο η προηγμένη μηχανική μάθηση μπορεί να επιτύχει ολιστική σύντηξη δεδομένων, δηλαδή να συνενώσει εκατομμύρια διαφορετικά σημεία δεδομένων σε ένα ενοποιημένο πορτρέτο. Οι αλγόριθμοι της τεχνητής νοημοσύνης χρειάζονται για να ξεπεράσουν τις απλές συσχετίσεις και να εντοπίσουν πραγματικές σχέσεις αιτίας-αποτελέσματος μεταξύ περιβαλλοντικών παραγόντων και συγκεκριμένων ασθενειών», σημειώνει.
Η τεχνητή νοημοσύνη διαδραματίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην αξιολόγηση του μεγέθους πιθανών απειλών. Ο Δρ Hartung εδώ και αρκετά χρόνια, μοντελοποιεί την τοξικότητα νέων μορίων με ΑΙ εκπαιδευμένο σε γνωστές επιπτώσεις υφιστάμενων ουσιών. Ο βαθμός επιτυχίας του σε αυτό αυξάνεται αλματωδώς. Ενδεικτικά το 2015, οι προβλέψεις που έκανε το μοντέλο του είχαν ακρίβεια 65%, ενώ πέρσι έφτασαν στο 91%.
«Αυτή η πρόοδος καθοδηγείται από αρχιτεκτονικές βαθιάς μάθησης που έχουν εκπαιδευτεί σε τεράστια σύνολα δεδομένων (π.χ. σε 250 εκατομμύρια χημικές ουσίες) και μπορούν πλέον να ξεπεράσουν σε ταχύτητα και σε ακρίβεια τις παραδοσιακές δοκιμές σε ζώα. Οι βασικές αλλαγές περιλαμβάνουν επαναληπτική ανατροφοδότηση δηλαδή σύνδεση του ΑΙ με Μικροφυσιολογικά Συστήματα (οργανοειδή) για την παροχή δεδομένων υψηλής ποιότητας σχετικά με τον άνθρωπο, για βαθμονόμηση μοντέλου, αλλά και για αναγνώριση προτύπων, δηλαδή, για τη δυνατότητα ελέγχου χιλιάδων χημικών δομών επί ώρες, ενώ παράλληλα εντοπίζονται μηχανιστικές οδοί που προηγουμένως ήταν αόρατες».
Και αν δεν πετύχει;
Μεγάλα διεθνή δίκτυα για τη μελέτη του εκθεσιώματος, όπως το International Human Exposome Network, το European Human Exposome Network ή το NEXUS Exposome Network, αλλά και σημαντικές ερευνητικές υποδομές όπως το BBMRI-ERIC και το NCI Cohort Consortium επιτρέπουν πλέον τη μελέτη του εκθεσιώματος σε μεγάλους πληθυσμούς. Βιοτράπεζες όπως οι UK Biobank και China Kadoorie Biobank, αναπτύσσονται συλλέγοντας μαζί με ιατρικά ιστορικά και μη ιατρικά δεδομένα.
Ωστόσο, τίποτα από τα παραπάνω δεν εγγυάται την επιτυχία του μεγαλεπήβολου σχεδίου για τη μελέτη του εκθεσιώματος που ξεπερνά τα όρια του εφικτού.
«Η αποτυχία θα σήμαινε ότι το ρυθμιστικό δίχτυ ασφαλείας μας παραμένει ‘τρύπιο’, διαιωνίζοντας ένα σύστημα που απαγορεύει τις επιβλαβείς χημικές ουσίες μόνο αφού έχουν ήδη εμφανιστεί τα ενοχοποιητικά στοιχεία για ζημιές στην ανθρώπινη υγεία. Δεν θα μπορούσαμε επίσης, να λάβουμε υπόψη τα μείγματα χημικών ουσιών σε χαμηλά επίπεδα και τα παράθυρα ευπάθειας (όπως η πρώιμη παιδική ηλικία) που ευθύνονται για το συντριπτικά μεγαλύτερο μέρος του φορτίου των χρόνιων ασθενειών μας», λέει ο Δρ Hartung.
Αν όμως πετύχει όπως λέει, η υγειονομική περίθαλψη από αντιδραστική θεραπεία συμπτωμάτων θα μετατοπιστεί στη πρόληψη ασθενειών.
«Τότε θα μιλάμε για πρόληψη Ακριβείας, για εντοπισμό επικίνδυνων περιβαλλοντικών παραγόντων που είναι μοναδικοί για κάθε άτομο πριν από την έναρξη της νόσου, για Ψηφιακά Δίδυμα που θα προβλέπουν τον τρόπο με τον οποίο τα άτομα θα ανταποκρίνονται σε συγκεκριμένες θεραπείες ή στο περιβαλλοντικό στρες, αλλά και για ρύθμιση χημικών παραγόντων. Εκεί απομακρυνόμαστε από τις παρωχημένες δοκιμές σε ζώα και στρέφουμε την προσοχή μας προς απαγορεύσεις χημικών ουσιών βασισμένες σε στοιχεία και προς εξατομικευμένες προειδοποιήσεις ακόμη και για την ποιότητα του αέρα που αναπνέουμε», καταλήγει ο επιστήμονας.
