TV programa
 

Horoskopai
 
SEKITE MUS Registruotiems varototojams
Paieška
LIETUVAKOMENTARAIPASAULISKULTŪRAISTORIJALŽ REKOMENDUOJAEKONOMIKASPORTAS
Šeima ir sveikataPrie kavosŽmonėsGimtasis kraštasMokslas ir švietimasTrasaKelionėsKonkursaiNamų pasaulisGamtaAugintiniai
MOKSLAS IR ŠVIETIMAS

Dirbtinės ląstelės iš mikrolašelių

2013 09 04 6:00
Biochemikas dr. L.Mažutis su mikroskysčių lustu, kuriame matyti mikrokanalėliai. Tokie lustai dėl mažesnių reagentų sąnaudų ir didelio tikslumo netolimoje ateityje gali pakeisti kai kuriuos šių dienų laboratorijos įrenginius ar prietaisus. Asmeninio albumo nuotraukos

Vilniaus universiteto (VU) Biotechnologijos instituto tyrėjų grupė diegia inovatyvią mikroskysčių technologiją, padėsiančią sukurti naujų savybių fermentų, neaptinkamų gamtoje ir iki šiol neegzistavusių. Norimo specifiškumo fermentai turėtų atverti daugybę taikymo galimybių.

Šiemet Lietuvos mokslininkai pradėjo bendradarbiauti su Šveicarijos partneriais iš Federalinio technologijos instituto (ETH) Ciuriche ir kartu kuria dirbtines ląsteles. Jos leis netolimoje ateityje atlikti įvairių fermentų ir baltymų atranką tyrėjų parinktomis sąlygomis. Bendram projektui įgyvendinti pagal Lietuvos ir Šveicarijos bendradarbiavimo programą iki 2016 metų skirta 2,43 mln. litų.

VU Biotechnologijos instituto ir ETH tyrėjai kuria dirbtines ląsteles mikroskopinių lašelių pagrindu. Jų dydis atitinka žmogaus ląstelę - maždaug 0,001 milimetro. Į atskirus lašelius įterpiami genai, koduojantys fermentus, ir visi biocheminiai komponentai, kurių reikia tų genų raiškai. Taip mokslininkai sukuria milijonus dirbtinių ląstelių. Jos vėliau yra atrenkamos pagal tam tikras dominančias savybes, pavyzdžiui, fermentų aktyvumą ar specifiškumą.

Mikroskysčių lustas sudarytas iš silikono ir stiklo plokštelės. Į kanalėlius, esančius tarp silikono ir stiklo, specialiomis pompelėmis įterpiami norimi reagentai, pavyzdžiui, DNR ir biologiniai ingredientai, reikalingi dirbtinėms ląstelėms suformuoti. Panaudojant šias mikrogardeles galima pagaminti milijoną mikrolašelių per valandą. Tada lazeriais tokius lašelius galima analizuoti, nustatyti juose esančius reakcijos junginius ir produktus, o fermentus koduojančią DNR išskirti, ją padauginti ir nustatyti joje užkoduotą genetinę informaciją.

"Patobulinti" arba nauji

Kaip LŽ pasakojo projekto vykdytojas dr. Linas Mažutis, gamtoje aptinkami baltymai yra vieni svarbiausių ląstelės komponentų, leidžiančių palaikyti gyvybines funkcijas. Jie atsakingi už maistinių medžiagų įsisavinimą, ląstelių judėjimą, dalijimąsi, apvaisinimą ir daugelį kitų organizmams ypač svarbių procesų. Visi organizmuose aptinkami fermentai buvo “sukurti” natūralios atrankos būdu ir leido gyvybei prisitaikyti prie kintančių aplinkos sąlygų.

Dabar daugelis tokių fermentų yra naudojami biotechnologijos ir chemijos pramonės, biomedicinos ir diagnostikos srityse. Pavyzdžiui, valant į vandenyną išsiliejusius teršalus, sintetinant sudėtingos struktūros vaistus arba gaminant biokurą.

Deja, ląstelių viduje esančios sąlygos (vandenilio jonų koncentracija, lemianti šarmingumą ar rūgštingumą, temperatūra ar druskų koncentracija), kuriomis fermentai ir atlieka savo funkcijas, gana ribotos, todėl ne visada atitinka biotechnologijos ar farmacijos pramonės keliamus reikalavimus. Sintetinant vaistinius junginius, dažnai reikia, kad fermentai katalizuotų tokias biochemines reakcijas, kurios neaptinkamos ląstelėse. Biomedicinos srityje svarbu, kad fermentai išlaikytų savo specifiškumą atliekant įvairaus pobūdžio bioanalizės tyrimus. O biotechnologijos pramonės šakoms reikia fermentų, kurie efektyviai veiktų, tarkim, skalbikliuose, valikliuose, dantų pastose, įvairiuose dažuose, padėtų gaminant šilką ar apdorojant maistą. Tokių pavyzdžių galėtų būti daugybė, todėl ypač didelę svarbą taikomiesiems mokslams turi aukštosios technologijos, kurios leistų “patobulinti” egzistuojančius fermentus arba net sukurti visiškai naujus - tokius, kurie išliktų aktyvūs ne ląstelių viduje.

Į mikroskopinius, apie 10 mikronų, 0,001 milimetro, dydžio lašelius įterpiami pavieniai genai, koduojantys fermentus, ir visi biologiniai ingredientai, reikalingi tų genų raiškai. Kaip žmogaus ląstelės turi genomą, kuris koduoja informaciją apie įvairius baltymus, taip ir šiuo atveju mikrolašeliai turi genus, koduojančius informaciją apie baltymus. Ši informacija per tarpinę informacinę RNR yra dekoduojama į baltymus (fermentus). Norint nustatyti, kuri iš tokių "dirbtinių ląstelių" koduoja aktyviausius fermentus, panaudojami fluorogeniai substratai, - tik aktyviausi fermentai pagamins pakankamą kiekį fluorescuojančio produkto, aptinkamo specialiais detektoriais.

Ieškant geriausiųjų

Mikroskysčių technologija padeda mokslininkams atrinkti labai įvairaus pobūdžio fermentus, kurie gali turėti svarbią taikomąją reikšmę biotechnologijos, chemijos ar farmacijos pramonės srityse.

"Kaip raktas "atpažįsta" tik tam tikrą spyną ir ją atrakina, taip, vaizdžiai šnekant, ir fermentas tarsi raktas atpažįsta savo substratą ir jį "atrakina" - paverčia kitu cheminiu junginiu, produktu, - aiškino biochemikas L.Mažutis. - Cheminės reakcijos, katalizuojamos fermentų, dažnai būna iki milijonų kartų greitesnės nei tokios pat cheminės reakcijos, katalizuojamos žmogaus pagamintų katalizatorių. Mūsų atveju siekiame sukurti dirbtinius fermentus, savo katalitiniu aktyvumu pranokstančius gamtoje aptinkamus analogus."

Iš pradžių yra parenkamas cheminis junginys (substratas), kuris, pavyzdžiui, yra svarbus farmacijos pramonėje sintetinant vaistus ir kuriam nėra katalizatorių. Tada kompiuteriu sumodeliuojama fermento erdvinė struktūra taip, kad jo viduje esančios amino rūgštys atpažintų norimą substratą ir jį paverstų pageidaujamu produktu.

Deja, sukūrus tokius fermentus kompiuteriu ir išbandžius praktiškai, jų aktyvumas dažnai būna labai silpnas ir netinkamas toliau taikyti. Todėl per kitą etapą, kaip pasakojo mokslininkas, genas, koduojantis kompiuteriu sumodeliuotą fermentą, yra mutuojamas, t. y. atsitiktiniu būdu pakeičiama jame užkoduota informacija apie fermentą. Sukūrus daugybę tokių fermento variantų, jie yra išbandomi sąlygomis, kuriomis farmacijos pramonė sintetina vaistus. Nustatomas jų aktyvumas ir “išsišokėliai”, kurie pasižymi didžiausiu katalitiniu aktyvumu, yra atrenkami, padauginami ir į juos įvedamos naujos mutacijos. Taip atranka kartojama kelis kartus, kol randamas toks fermento variantas, kuris pasižymi geriausiomis katalitinėmis savybėmis.

Trumpai

Trisdešimt trejų metų biochemikas dr. L.Mažutis po penkerių metų Prancūzijoje ir dvejų JAV grįžo į Lietuvą 2011-ųjų lapkritį pagal Europos Sąjungos struktūrinių fondų MoBiLi programą, skirtą mokslininkų mobilumui skirtingose šalyse skatinti. VU absolventas Strasbūro universitete baigė doktorantūros, o Harvardo universitete - podaktarines studijas. Mokslininkui labai praverčia užsienyje įgyta patirtis. Nuo 2005 metų Strasbūro universitete prof. Andrew Griffithso laboratorijoje jis kartu su kitais tyrėjais iš įvairių šalių pradėjo diegti tuo metu visiškai naują mikroskysčių technologiją. Prof. A.Griffithsas ir prof. Davidas Weitzas iš Harvardo universiteto, JAV, bei dar keli mokslininkai yra mikroskysčių technologijos pradininkai pasaulyje. 2009 metais L.Mažutis apgynė daktaro disertaciją apie kryptingą baltymų evoliuciją taikant šią technologiją ir išvyko į Harvardo universitetą podaktarinių studijų. Dirbo prof. D.Weitzo vadovaujamoje laboratorijoje. Su Harvardo universitetu bendradarbiauja iki šiol.

DALINKIS:
0
0
SPAUSDINTI
MOKSLAS IR ŠVIETIMAS
Rubrikos: Informacija:
AugintiniaiEkonomikaFutbolasGamtaĮkainiai
Gimtasis kraštasIstorijaJurgos virtuvėKelionėsInfoblokai
KomentaraiKonkursaiKovos menaiKrepšinisReklaminiai priedai
KultūraLengvoji atletikaLietuvaLŽ rekomenduojaPrenumerata
Mokslas ir švietimasNamų pasaulisPasaulisPrie kavosKontaktai
SportasŠeima ir sveikataTrasaŽmonėsKarjera
Visos teisės saugomos © 2013-2016 UAB "Lietuvos žinios"