Ποιος θα μπορούσε να φανταστεί ότι ένα αρχέγονο ακραίο περιβάλλον, όπως ένα υποθαλάσσιο ηφαίστειο, θα μπορούσε να αποτελεί μία όαση για μικρόβια με πολυανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά;

Αν και το παραπάνω ακούγεται σαν σενάριο επιστημονικής φαντασίας, η πρόσφατη έρευνα Ελληνικής Επιστημονικής ομάδας από το ΕΛΚΕΘΕ και το ΕΚΠΑ που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό “Scientific Reports” του Nature group, έδειξε ότι πράγματι το υποθαλάσσιο ηφαίστειο Κολούμπος, 7 Κμ BA από τη Σαντορίνη, φιλοξενεί βακτήρια που διαθέτουν τους κατάλληλους γενετικούς μηχανισμούς ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά.

Την τελευταία δεκαετία παρατηρείται μια έντονη ανησυχία της επιστημονικής κοινότητας λόγω της αύξησης των πολυανθεκτικών μικροβίων και των επικίνδυνων για την ανθρώπινη υγεία μολυσματικών ασθενειών. Η αύξηση αυτή φαίνεται να έρχεται ως συνέπεια της αλόγιστης χρήσης αντιβιοτικών σκευασμάτων με τα περιστατικά ενδονοσοκομειακών λοιμώξεων από πολυανθεκτικά μικρόβια να έχουν αυξηθεί ανησυχητικά. Πως μπορεί όμως να προκύπτει αυτή η ανθεκτικότητα; Είναι όντως αποκλειστικά θέμα ανθρώπινης παρέμβασης; Κι όμως, οι μηχανισμοί αυτοί είναι πολύ πιο παλιοί από όσο φανταζόμαστε. 

Η ερευνητική ομάδα από το Ελληνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών (ΕΛΚΕΘΕ) και το Εθνικό & Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών (ΕΚΠΑ Παρασκευή Νομικού, Στέφανος Κίλιας) απομόνωσε μια σειρά βακτηρίων από την ενεργή περιοχή του υποθαλάσσιου ηφαιστείου Κολούμπος από βάθη 430 και 495 μέτρων καθώς και από την επιφάνεια της θαλάσσιας στήλης νερού. Κατόπιν προχώρησε σε ανάλυση του γονιδιωματικού τους περιεχομένου και με χρήση ενός μεγάλου αριθμού εργαλείων βιοπληροφορικής εντόπισε σειρά γενετικών στοιχείων που σχετίζονται με ανθεκτικότητα σε στρεσογόνους παράγοντες. 

Σύμφωνα με τα αποτελέσματά της έρευνας, οι μικροοργανισμοί διαθέτουν αρχαίους μηχανισμούς στο γονιδίωμά τους που τους προσδίδουν ανθεκτικότητα σε μια σειρά περιβαλλοντικών στρεσογόνων παραγόντων όπως υψηλών συγκεντρώσεων βαρέων μετάλλων και όξινων συνθηκών… συνθηκών δηλαδή που συναντάμε στο υποθαλάσσιο ηφαίστειο Κολούμπος. Οι γενετικοί αυτοί μηχανισμοί υπήρχαν πολύ πριν την ανακάλυψη και την χρήση αντιβιοτικών από τους ανθρώπους. Φαίνεται όμως ότι είναι οι ίδιοι μηχανισμοί που ενεργοποιούνται και προσδίδουν και την ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά. Τα βακτήρια που απομονώθηκαν από την ενεργή περιοχή του ηφαιστείου διαθέτουν τα συγκεκριμένα γενετικά στοιχεία που τα μετατρέπουν σε πολυανθεκτικά απέναντι στα αντιβιοτικά. 

Σύμφωνα με την υπεύθυνη της ερευνητικής ομάδας από το Ινστιτούτο Θαλάσσιας Βιολογίας, Βιοτεχνολογίας & Υδατοκαλλιεργειών (ΙΘΑΒΒΥΚ) του ΕΛΚΕΘΕ Δρ. Παρασκευή Πολυμενάκου: «Το υποθαλάσσιο ηφαίστειο Κολούμπος είναι πραγματικά ένας μικροβιακός παράδεισος που συνεχίζει να μας εκπλήσσει. Η έρευνα που πραγματοποιούμε τα τελευταία χρόνια έχει αποκαλύψει μια εντυπωσιακή μικροβιακή ποικιλότητα από τις υψηλότερες σε παγκόσμια κλίμακα με πληθώρα εφαρμογών στην βιοτεχνολογία. Οι μικροοργανισμοί που ζουν σε αυτές τις ακραίες συνθήκες, γνωστοί και ως ακραιόφιλοι, 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 μορφών ζωής αλλού στον πλανήτη.  Φαίνεται όμως ότι οι μικροοργανισμοί που φιλοξενούνται στο Κολούμπο διαθέτουν τους κατάλληλους αυτούς μηχανισμούς που θα μας βοηθήσουν και στην αποκάλυψη των μυστικών που κρύβονται πίσω από την πολυανθεκτικότητα των μικροοργανισμών. Η γνώση αυτή θα μας βοηθήσει στο σχεδιασμό και την εύρεση νέων τρόπων αντιμετώπισης αυτού του τεράστιου προβλήματος που απειλεί την ανθρώπινη υγεία».   

Η αναπληρώτρια καθηγήτρια του ΕΚΠΑ Δρ. Παρασκευή Νομικού που συμμετέχει στην ερευνητική ομάδα και μελετάει το ηφαίστειο εντατικά από το 2006, μας εξήγησε: «Ο ηφαιστειακός κώνος του Κολούμπου έχει διάμετρο βάσης τριών χιλιομέτρων και σχηματίζει ένα κρατήρα διαμέτρου 1700 μέτρων, ο οποίος υψώνεται από βάθος 504 μέτρων κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Η υποθαλάσσια αυτή καλδέρα βρίσκεται σε ένα έντονα γεω-δυναμικό περιβάλλον, πολύ κοντά στην καλδέρα του ηφαιστείου της Σαντορίνης.  Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι η καλδέρα αυτή διαθέτει ένα πολύπλοκο υδροθερμικό σύστημα, με συνθήκες που ξεπερνούν κάθε ανθρώπινο όριο,  με θερμοκρασίες που σε πολλές περιπτώσεις προσεγγίζουν τους 220°C και με την ύπαρξη πολυάριθμων πολυμεταλλικών καμινάδων που εκλύουν αέρια πλούσια σε διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο δημιουργώντας ένα όξινο υδάτινο περιβάλλον. Πραγματοποιώντας εξερευνητικές αποστολές με ωκεανογραφικά πλοία και χρήση τηλεκατευθυνόμενων ρομποτικών οχημάτων τελευταίας τεχνολογίας, σε συνεργασία με κορυφαίες επιστημονικές ομάδες στον κόσμο στη μελέτη ηφαιστείων (WHOI(NASA), INGV(ITALY)), συλλέγουμε και αναλύουμε υλικό από τα ακραία αυτά περιβάλλοντα και μελετάμε τους θαλάσσιους γεωκινδύνους (σεισμοί, τσουνάμι, έκρηξη, κατολισθήσεις). Το υποθαλάσσιο ηφαίστειο αποτελεί για μας μοναδικό φυσικό εργαστήριο κι πρέπει να παρακολουθείτε σε τακτική βάση με εξειδικευμένα επιστημονικά μηχανήματα θαλάσσιας τεχνολογίας γιατί ως ζωντανός οργανισμός «αναπνέει» δίπλα στη Σαντορίνη».

Η ερευνητική ομάδα αποτελείται από επιστήμονες του ΙΘΑΒΒΥΚ-ΕΛΚΕΘΕ με υπεύθυνη της Ερευνήτρια Δρ. Παρασκευή Πολυμενάκου και του Τμήματος Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος του ΕΚΠΑ με υπεύθυνη την αναπληρώτρια καθηγήτρια Δρ. Παρασκευή Νομικού. Εδώ και μια δεκαετία, η ερευνητική ομάδα εξερευνά την μικροβιακή ζωή στα πιο ακραία οικοσυστήματα της θάλασσας και συγκεκριμένα στα ακραία περιβάλλοντα του ενεργού Ελληνικού Ηφαιστειακού Τόξου

Δημοσίευση στο Scientific Reports

Bravakos, P., Mandalakis, M., Nomikou, P., Anastasiou, T.I., Kristoffersen, J.B., Stavroulaki, M., Kilias, S., Kotoulas, G., Magoulas, A., Polymenakou, P.N. 2021. Genomic adaptation of Pseudomonas strains to acidity and antibiotics in hydrothermal vents at Kolumbo submarine volcano, Greece. Scientific Reports. 

https://www.nature.com/articles/s41598-020-79359-y