Είναι ένας ανεξερεύνητος τόπος που μπορεί να μας αποκαλύψει πολλά μυστικά, όχι μόνο για τη ζωή στη Γη. Η εντεταλμένη ερευνήτρια του Ινστιτούτου Θαλάσσιας Βιολογίας, Βιοτεχνολογίας και Υδατοκαλλιεργειών (IΘΑΒΒΥΚ) του ΕΛΚΕΘΕ, δρ. Παρασκευή Ν. Πολυμενάκου, μιλά στην “Π” για την έρευνά της στα ηφαίστεια.
“Τι μπορεί λοιπόν να προσφέρει η μελέτη των ηφαιστείων όσον αφορά την μικροβιολογία τους; Τη γνώση για την κατανόηση των φυσικών ορίων και των μηχανισμών εξέλιξης της ζωής με ορθολογικό τρόπο ώστε να μπορούμε να εκτιμήσουμε την πιθανότητα παρουσίας μορφών της, αλλού στο σύμπαν”, τονίζει.
Η συνέντευξή της έχει ως εξής:
Τι μπορούν να μας διδάξουν τα ηφαίστεια και τα ακραία περιβάλλοντά τους;
“Τα ηφαίστεια, οι φυσικοί αυτοί σχηματισμοί που προκύπτουν από ανοίγματα του στερεού φλοιού της γης, αποτελούσαν πάντα σημεία ενδιαφέροντος λόγω της έντονης δραστηριότητάς τους που συνοδεύεται από εκρήξεις και σεισμούς. Για αυτό και αντιμετωπίζονται από τους περισσότερους ανθρώπους με δέος, ως ένα τρομακτικό φυσικό φαινόμενο.
Ωστόσο, μπορούν να αποτελέσουν μια αξιόλογη πηγή πλούτου τόσο στον αγροτικό τομέα, καθώς η γη γύρω τους είναι ιδιαίτερα εύφορη, όσο και στον τουριστικό προσελκύοντας το ενδιαφέρον των τουριστών.
Μία πλευρά που δεν γνωρίζει ο πιο πολύς κόσμος είναι ότι τα ηφαίστεια, λόγω των ιδιαίτερα ακραίων περιβαλλοντικών συνθηκών τους, όπως υψηλές θερμοκρασίες, όξινο περιβάλλον, υψηλές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων κλπ, αποτελούν τα ιδανικά περιβάλλοντα για την εξερεύνηση των πιο ακραίων μορφών ζωής, των γνωστών ως ακραιόφιλων μικροοργανισμών.
Οι μικροοργανισμοί αυτοί αποτελούν τους πρώτους αντιπροσώπους της ζωής στη Γη και η μελέτη τους μας φέρνει πιο κοντά στα μεγάλα αναπάντητα ερωτήματα που σχετίζονται με την ύπαρξη ζωής σε άλλους πλανήτες.
Τι μπορεί λοιπόν να προσφέρει η μελέτη των ηφαιστείων όσον αφορά την μικροβιολογία τους; Τη γνώση για την κατανόηση των φυσικών ορίων και των μηχανισμών εξέλιξης της ζωής με ορθολογικό τρόπο ώστε να μπορούμε να εκτιμήσουμε την πιθανότητα παρουσίας μορφών της, αλλού στο σύμπαν.”
Τι έχετε μελετήσει μέχρι σήμερα και ποια είναι τα επόμενά σας σχέδια;
“Η Ελλάδα μας διαθέτει έναν απίστευτα πλούσιο φυσικό πλούτο. Μπορώ να πω ότι στην Ελλάδα συγκεντρώνονται όλοι οι τύποι οικοσυστημάτων που μπορούμε να συναντήσουμε σε παγκόσμια κλίμακα. Από ολιγοτροφικά περιβάλλοντα μέχρι υπεράλμυρες ανοξικές λίμνες, υδροθερμικές πηγές, υποθαλάσσιες υδροθερμικές λίμνες, ενεργά υποθαλάσσια ηφαίστεια κα.
Αποτελεί δηλαδή έναν «παράδεισο» για τις περιβαλλοντικές επιστήμες. Τα ερευνητικά μου ενδιαφέροντα τα τελευταία χρόνια, έχουν
επικεντρωθεί στην εξερεύνηση της μικροβιακής ζωής στα πιο ακραία οικοσυστήματα της θάλασσας, στις υποθαλάσσιες ηφαιστειακά ενεργές περιοχές της Ελλάδας και συγκεκριμένα στα ακραία περιβάλλοντα του Ελληνικού Ηφαιστειακού Τόξου.
Στις περιοχές που έχουμε μελετήσει περιλαμβάνονται οι υδροθερμικές πηγές της Μήλου, υποθαλάσσιες λίμνες στην καλντέρα της Σαντορίνης, ενεργές και ανενεργές πολυμεταλλικές καμινάδες στο υποθαλάσσιο ηφαίστειο Κολούμπος που εκλύουν αέρια και νερό υψηλής θερμοκρασίας και μικροβιακοί τάπητες δηλαδή στρώματα του βυθού που σχηματίζονται από μικρόβια σε διάφορα χρώματα όπως πορτοκαλί, κόκκινο, λευκό και τα συναντάμε σε πολλές υδροθερμικές περιοχές.
Πραγματοποιώντας εξερευνητικές αποστολές με ωκεανογραφικά πλοία και χρήση τηλεκατευθυνόμενων ρομποτικών οχημάτων τελευταίας τεχνολογίας, συλλέγουμε και αναλύουμε υλικό από τα ακραία αυτά περιβάλλοντα. Συνεργαζόμαστε με κορυφαίες επιστημονικές ομάδες στον κόσμο στη μελέτη ηφαιστείων όπως με την ομάδα της καθηγήτριας Π. Νομικού από το Γεωλογικό Τμήμα του Εθνικού Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών, το Joint Genome Institute, Department of Energy, USA, επιστήμονες από το Woods Hole Oceanographic Institute (WHOI) των ΗΠΑ μέσα από χρηματοδοτούμενα προγράμματα της NASA, το Ινστιτούτο Ηφαιστειολογίας INGV της Ιταλίας κα.
Με χρήση μοριακών τεχνικών τελευταίας τεχνολογίας που διαθέτουμε στα εργαστήρια του ΙΘΑΒΒΥΚ στο Ηράκλειο της Κρήτης, αναλύουμε το πλήρες γενετικό υλικό όλων των μικροοργανισμών που ζουν εκεί, αναλύουμε δηλαδή το «μεταγονιδίωμα» όπως το αποκαλούμε των περιβαλλοντικών δειγμάτων.
Επίσης απομονώνουμε και τα ίδια τα ακραιόφιλα μικρόβια από τα περιβάλλοντα αυτά, τα οποία συντηρούμε σε ειδικές συνθήκες σε υπερκαταψύκτες στους -80οC για περαιτέρω μελέτες. Η έρευνά μας τα τελευταία 10 χρόνια έχει αποκαλύψει μια εντυπωσιακή μικροβιακή ποικιλότητα, από τις υψηλότερες σε παγκόσμια κλίμακα, που χαρακτηρίζεται από νέους μικροοργανισμούς και νέες λειτουργίες με πληθώρα πιθανών εφαρμογών στην βιοτεχνολογία. Δηλαδή με λίγα λόγια, στα ακραία περιβάλλοντα του Ελληνικού Ηφαιστειακού Τόξου φιλοξενούνται χιλιάδες διαφορετικά είδη μικροοργανισμών όπου οι περισσότεροι μας είναι άγνωστοι μέχρι στιγμής.
Στα άμεσα σχέδιά μας περιλαμβάνονται η παρακολούθηση του ηφαιστείου της Σαντορίνης με την εγκατάσταση μηχανημάτων στο πυθμένα του, η συλλογή υλικού από τα βαθύτερα στρώματα των ηφαιστείων για τη μελέτη της βιόσφαιρας του υποστρώματος, δηλαδή των μικροοργανισμών που ζουν εκατοντάδες μέτρα κάτω από την επιφάνεια του φλοιού της Γης και η αξιοποίηση όλων των γενετικών δεδομένων μας στον τομέα της βιοτεχνολογίας.”
Το σύμπαν
Όταν μιλάτε για εξωγήινη ζωή, πώς μπορούμε να ανακαλύψουμε το Σύμπαν μέσα από ό,τι βρίσκεται βαθιά κρυμμένο στη Γη;
“Καταρχήν να τονίσω εδώ, ότι με τον όρο εξωγήινη ζωή αναφερόμαστε στους πρώτους αντιπροσώπους της ζωής που είναι οι μικροσκοπικοί οργανισμοί, δηλαδή τα μικρόβια. Λόγω των ακραίων περιβαλλοντικά συνθηκών που επικρατούν σε άλλους πλανήτες, μια καλή προσέγγιση για τη μελέτη της πιθανότητας ύπαρξης εξωγήινης ζωής είναι η εύρεση ανάλογων συνθηκών στη Γη.
Δηλαδή περιοχών στη Γη που περιβαλλοντικά παρουσιάζουν παρόμοιες συνθήκες με αυτές άλλων πλανητών. Πράγματι, στα περιβάλλοντα της Γης, όπως στα υποθαλάσσια ηφαίστεια, μπορούμε να συναντήσουμε εύρος ακραίων συνθηκών. Τι ακριβώς εννοούμε λέγοντας ακραίες συνθήκες;
Είναι οι συνθήκες που αν και φαίνονται αφιλόξενες για το ανθρώπινο είδος, εντούτοις αποτελούν μια «όαση» για τους μικροοργανισμούς. Σε αυτές περιλαμβάνονται ακραίες τιμές θερμοκρασιών (από −20 °C έως 122 °C), όξινες (pH=0) ή αλκαλικές συνθήκες (pH=12.8), υψηλές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων όπως υδραργύρου ή αρσενικού, ανοξικές συνθήκες δηλαδή έλλειψη οξυγόνου κοκ
. Στις περιοχές της Γης που συναντούμε πολύ ακραίες συνθήκες, εκεί θα εντοπίσουμε τους πλέον ακραιόφιλους οργανισμούς ώστε να εκτιμήσουμε την πιθανή παρουσία μορφών ζωής σε άλλους πλανήτες που παρουσιάζουν ανάλογες συνθήκες. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει η βιόσφαιρα του υποστρώματος δηλαδή οι μικροοργανισμοί που ζουν εκατοντάδες μέτρα κάτω από την επιφάνεια του φλοιού της Γης. Εκεί μπορούμε να εντοπίσουμε τους πρώτους αντιπροσώπους της ζωής στη Γη που είναι υπεύθυνοι για την γένεση γεωλογικών δομών καθώς και όλων των γνωστών οικοσυστημάτων.
Η συλλογή υλικού από το υπόστρωμα πραγματοποιείται με τις υποθαλάσσιες ερευνητικές γεωτρήσεις στο πλαίσιο του Διεθνούς Προγράμματος Διερεύνησης των Ωκεανών (International Ocean Discovery Program-IODP) στο οποίο έχουμε υποβάλλει πρόταση για να πραγματοποιηθεί συλλογή τέτοιου πολύτιμου υλικού και από το ηφαιστειακό σύμπλεγμα της Σαντορίνης. Τα μοναδικά περιβάλλοντα της Ελλάδας μας, αποτελούν πόλο έλξης επιστημονικής έρευνας σε παγκόσμιο επίπεδο και οι Έλληνες επιστήμονες πρέπει πάντα να πρωταγωνιστούμε σε κάθε έρευνα που πραγματοποιείται στον Ελλαδικό χώρο.”
“Οι μικροοργανισμοί από τα θαλάσσια ακραία περιβάλλοντα καθώς και το γενετικό υλικό που περιέχουν, προσφέρουν αξιόλογες προοπτικές σε ένα μεγάλο εύρος βιοτεχνολογικών εφαρμογών. Θα σας αναφέρω μερικά αντιπροσωπευτικά παραδείγματα εφαρμογών σε θέματα πάνω στα οποία έχουμε εντοπίσει σχετικούς μικροοργανισμούς και τα κατάλληλα γονίδια στις βάσεις δεδομένων μας.
Μπορούμε να συνεισφέρουμε σημαντικά α) στον τομέα της βιοενέργειας για την παραγωγή μεθανίου με την ανακάλυψη ενζύμων από μεθανογόνα μικρόβια (μικρόβια που παράγουν μεθάνιο); β) στη βιομηχανία τροφίμων με σειρά ενζυματικών εργαλείων για την αξιοποίηση πολυσακχαριτών από πρώτες ύλες όπως τα θαλάσσια φύκη, για την παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας; γ) στην αντιμετώπιση περιβαλλοντικής ρύπανσης με ακραιόφιλους μικροοργανισμούς και ένζυμα που μπορούν να βιοαποδομήσουν (διασπάσουν σε απλούστερες ουσίες) επικίνδυνους ρύπους; δ) στην γενετική μηχανική με την ανακάλυψη κατάλληλων ενζύμων ανθεκτικών σε υψηλές θερμοκρασίες όπως πολυμερασών; ε) στον τομέα της φαρμακευτικής με ένζυμα ή και άλλες ουσίες για την αντιμετώπιση ασθενειών όπως πχ αντι-ιικών φαρμάκων για την αντιμετώπιση των συμπτωμάτων ιώσεων όπως του Covid-19, αυτού του εφιάλτη που έχει επηρεάσει τις ζωές όλων μας.
Αυτή τη στιγμή έχουμε κατορθώσει και έχουμε φτιάξει μια εξαιρετική βάση δεδομένων γονιδίων και ενζύμων από περιβαλλοντικά δείγματα, καθώς και από μικροοργανισμούς, για την αξιοποίησή τους σε σειρά εφαρμογών και συνεχίζουμε να τις εμπλουτίζουμε με περισσότερα δεδομένα. Συγκεκριμένα, στη βάση δεδομένων μας από ελληνικά ακραία περιβάλλοντα, περιλαμβάνονται πάνω από 30 εκατομμύρια γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες.
Αυτή την περίοδο ξεκινάει άμεσα ένα ευρωπαϊκό πρόγραμμα Eranet στο οποίο θα προσπαθήσουμε να εντοπίσουμε νέα ένζυμα για τη διάσπαση και αξιοποίηση των φυκών στην βιομηχανία τροφίμων ενώ είναι και στα άμεσα σχέδιά μας η εξερεύνηση των δεδομένων μας για την εύρεση αντι-ιικών φαρμάκων.”
Πλούσιο βιογραφικό
Η Παρασκευή Ν. Πολυμενάκου είναι Εντεταλμένη Ερευνήτρια του Ινστιτούτου Θαλάσσιας Βιολογίας, Βιοτεχνολογίας και Υδατοκαλλιεργειών (IΘΑΒΒΥΚ) του ΕΛΚΕΘΕ με γνωστικό αντικείμενο «Περιβαλλοντική Μικροβιολογία με Έμφαση στα Ακραία Περιβάλλοντα».
Έχει πτυχίο Βιολογίας, Μεταπτυχιακό Δίπλωμα Εξειδίκευσης και Διδακτορικό Δίπλωμα από το Παν/μιο Κρήτης.
Οι ερευνητικές της δραστηριότητες επικεντρώνονται στον χώρο της μοριακής μικροβιακής οικολογίας και συγκεκριμένα στον χαρακτηρισμό του μικροβιώματος περιβαλλοντικών δειγμάτων και της βιοτεχνολογικής εξερεύνησης γονιδιωματικών και μεταγονιδιωματικών δεδομένων.
Είναι υπεύθυνη του εργαστηρίου Ακραίων Περιβαλλόντων στο ΙΘΑΒΒΥΚ και παράλληλα έχει ξεκινήσει την δημιουργία της πρώτης συλλογής μικροβιακών στελεχών από ακραία περιβάλλοντα της Ανατολικής Μεσογείου για την αξιοποίησή τους σε βιοτεχνολογικές εφαρμογές.
Έχει συμμετάσχει ως Κύρια Ερευνήτρια ή/και Συνεργάτης σε μεγάλο αριθμό διεθνών και εθνικών ερευνητικών προγραμμάτων.
Το ερευνητικό της έργο έχει παρουσιαστεί σε 41 δημοσιεύσεις σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά με κριτές όπως στο Nature, Scientific Reports, Environmental Microbiology, GigaScience, PlosOne (h-index=21).