Paieška
LIETUVAGIMTASIS KRAŠTASISTORIJAEKONOMIKAKOMENTARAIPASAULISGYNYBAŠEIMA IR SVEIKATA
ŠVIETIMASŽMONĖSKULTŪRASPORTASGAMTA IR AUGINTINIAIĮDOMYBĖSMOKSLAS IR ITMULTIMEDIJA
MOKSLAS IR IT

Kaip baltymai instrukciją paverčia veiksmu

 
2017 01 18 11:30
Bioinformatikas dr. Česlovas Venclovas jau beveik tris dešimtmečius gilinasi į sudėtingas baltymų struktūras.
Bioinformatikas dr. Česlovas Venclovas jau beveik tris dešimtmečius gilinasi į sudėtingas baltymų struktūras. Romo Jurgaičio (LŽ) nuotrauka

Dr. Česlovas Venclovas, po aštuonerių metų JAV 2004-aisiais grįžęs į Lietuvą, plėtoja perspektyvią bioinformatikos sritį ir neabejoja, kad mūsų šalies mokslininkai gali būti konkurencingi pasaulio mastu. Vilniaus universiteto (VU) Biotechnologijos instituto bioinformatikų rezultatai, gauti kompiuteriniais metodais modeliuojant baltymų kompleksų struktūras, pernai buvo pripažinti geriausiais tarp 40 pasaulinio eksperimento dalyvių iš Europos, Amerikos ir Azijos.

Pasauliniame baltymų sąveikų prognozavimo konkurse CAPRI (Critical Assessment of Predicted Interactions) dr. Č. Venclovas su dviem jaunais mokslininkais dr. Justu Dapkūnu ir doktorantu Klimentu Olechnovičiumi dalyvavo pirmą kartą. Biotechnologijos instituto atstovai anksčiau yra laimėję ir kitą pasaulinį konkursą CASP (Critical Assessment of protein Structure Prediction), skirtą individualių baltymų struktūrų kompiuteriniam modeliavimui.

„Lietuvoje yra daug talentingų jaunų žmonių. Džiaugiuosi, kad bent keliems iš jų man tenka garbė vadovauti. Be jų iniciatyvos, idėjų ir pastangų tokių laimėjimų nebūtų buvę, – sakė „Lietuvos žinioms“ VU Biotechnologijos instituto Bioinformatikos skyriaus vadovas. – O laimėjimai kaip šis skatina ir motyvuoja siekti dar reikšmingesnių rezultatų.“

VU Biotechnologijos instituto bioinformatikų, vadovaujamų dr. Česlovo Venclovos, rezultatai, gauti kompiuteriniais metodais modeliuojant baltymų kompleksų struktūras, pernai buvo pripažinti geriausiais tarp 40 pasaulinio eksperimento dalyvių. /Romo Jurgaičio nuotrauka
VU Biotechnologijos instituto bioinformatikų, vadovaujamų dr. Česlovo Venclovos, rezultatai, gauti kompiuteriniais metodais modeliuojant baltymų kompleksų struktūras, pernai buvo pripažinti geriausiais tarp 40 pasaulinio eksperimento dalyvių. /Romo Jurgaičio nuotrauka

Bioinformatika palyginti naujas mokslas, atsiradęs, galima sakyti, kartu su kompiuteriais – pačioje XX amžiaus pabaigoje, maždaug nuo 1995 metų, kai pradėjo daugėti biologinių duomenų. Dabar jų plūstelėjo kaip iš gausybės rago, nes nustatomos įvairių organizmų genomų sekos, vykdomi žmonių genomų projektai įvairiose šalyse. Reikia tuos duomenis suprasti, apdoroti, išanalizuoti, todėl bioinformatikos reikšmė vis didėja.

Dr. Č. Venclovo vadovaujamas Bioinformatikos skyrius (www.bioinformatics.lt) bendradarbiauja beveik su visomis Biotechnologijos instituto eksperimentinėmis laboratorijomis. Bioinformatikai padeda eksperimentus atliekantiems kolegoms taikydami kompiuterinius metodus konkrečioms biologinėms sistemoms, modeliuodami bakterijų, virusų ar žmogaus baltymų struktūras, atlikdami kitus biologinius tyrimus.

Dr. Č. Venclovo komanda bendradarbiauja ir su prof. Virginijumi Šikšniu, tiriančiu bakterijų CRISPR-Cas sistemas, kurių baltymai naudojami genonams redaguoti. Į Nobelio premiją pretenduojantys prof. V. Šikšnio atradimai padaryti prieš kelerius metus, tačiau tyrimai tęsiami toliau. Molekulinių sistemų yra daug ir įvairių – kaip ten viskas vyksta, dar daug kas nežinoma. Prie tyrimų savo kompiuteriniais metodais prisideda ir bioinformatikai.

Nepakeičiamieji

„Baltymai – gyvybės pagrindas. Žmogaus genome, organizmo genetinėje medžiagoje, užkoduotoje DNR, yra visa informacija apie mus. Tačiau tam, kad ta informacija pasireikštų, kad galėtume vaikščioti, valgyti, matyti, kalbėti, baltymai turi ją paversti veiksmu, – pasakojo dr. Č. Venclovas. – Genomas turi instrukciją, o baltymai tą instrukciją paverčia įvairiais procesais, vykstančiais mūsų kūne. Pavyzdžiui, ląstelei dalijantis baltymai nukopijuoja genomą ir taip dvi dukterinės ląstelės gauna po identišką genomo kopiją. Taip ląstelėms besidalijant žmogus nuo mažo užauga iki didelio.“

Dr. Česlovas Venclovas su savo komanda: Justu Dapkūnu (kairėje) ir Klimentu Olechnovičiumi per tarptautinę konferenciją Italijoje pernai gruodį. /Asmeninio albumo nuotrauka
Dr. Česlovas Venclovas su savo komanda: Justu Dapkūnu (kairėje) ir Klimentu Olechnovičiumi per tarptautinę konferenciją Italijoje pernai gruodį. /Asmeninio albumo nuotrauka

Beveik kiekviename organizmo procese dalyvauja baltymai. Jų yra daug ir labai skirtingų. Štai visiems gerai žinomas baltymas hemoglobinas sujungia deguonies molekules plaučiuose ir nuneša toliau į kraują, iš jo paskirsto po visą organizmą. Be hemoglobino negalėtume kvėpuoti.

Kai žmogus suserga, tarkim, kokia nors infekcija, iš karto ieškoma C-reaktyviojo baltymo. Jo pradedama sintetinti labai daug ir aptikus kraujyje nustatoma, ar infekcija yra bakterinė ar virusinė.

Žmogaus genome yra apie 20–25 tūkst. genų ir dauguma jų koduoja baltymus. Tačiau baltymai ne tik koduojami ir sintetinami organizme. Baltymai gali būti dar modifikuojami. Todėl įvairių jų formų yra dar daugiau. Be to, vykstant daugeliui procesų baltymai sąveikauja tarpusavyje, pavyzdžiui, perduoda vienas kitam deguonies molekules. Daugeliui procesų būtina, pasak bioinformatiko, kad baltymai sąveikautų. Tačiau jie taip elgiasi neatsitiktinai, o sudarydami tam tikrus kompleksus, ir tų sąveikų yra gerokai daugiau nei pačių baltymų. Manoma, kad žmogaus ląstelėje gali būti maždaug keli šimtai tūkstančiai tokių sąveikų.

Ir mielių, ir žmogaus

„Norint suprasti molekuliniu lygiu, kaip kuris nors procesas vyksta, reikia žinoti tas sąveikas, – pabrėžė dr. Č. Venclovas. – Pavyzdžiui, esant kokiai nors mutacijai, sąveika gali būti sutrikusi. Tačiau žinodami, kaip baltymai atrodo, kokia jų erdvinė trimatė struktūra, galime suprasti, kaip baltymai veikia, ir kartais – kontroliuoti. Tarkim, vaistai dažniausiai veikia per baltymus: slopina jų veiklą, fermentinį aktyvumą, suardo sąveiką, ir tai padeda susirgus tam tikra liga.“

Nors baltymų ir jų sąveikų įvairovė milžiniška, gamta, pasak mokslininko, tuo ir nuostabi: jei išranda kokį nors receptą, jį visur pritaiko. Daugelis baltymų – ypač dalyvaujantys tokiuose procesuose, kurie būdingi visiems gyviems organizmams, pavyzdžiui, genomo duplikacija, reikalinga ląstelėms dauginantis, – yra labai konservatyvūs. Šiuo aspektu ir mielių, ir žmogaus baltymai labai panašūs. Jei kokio nors mielių ar net bakterijos baltymo struktūra yra jau nustatyta, tą informaciją dažnai galima panaudoti modeliuojant kitų organizmų baltymų struktūras. Atsekus baltymų giminystę, galima tikėtis, kad ir jų struktūros bus panašios. Todėl modeliuojant dominantį baltymą galima kaip šablonu naudotis jau žinoma giminingo baltymo struktūra.

Baltymų komplekso struktūros modelis, sukonstruotas kompiuteriniais metodais, pavaizduotas su fonu ir be jo. Šio komplekso modelis buvo sukurtas bendradarbiaujant su prof. Virginijumi Šikšniu. Konkrečiai ši struktūra yra bakterijų CRISPR-Cas kompleksas, priklausantis vienai iš daugelio ne taip seniai atrastų CRISPR-Cas sistemų. Šį kompleksą, naudodami eksperimentus, tyrinėja prof. V. Šikšnio skyrius, o bioinformatikai prie jų tyrimų prisideda kompiuteriniais metodais.
Baltymų komplekso struktūros modelis, sukonstruotas kompiuteriniais metodais, pavaizduotas su fonu ir be jo. Šio komplekso modelis buvo sukurtas bendradarbiaujant su prof. Virginijumi Šikšniu. Konkrečiai ši struktūra yra bakterijų CRISPR-Cas kompleksas, priklausantis vienai iš daugelio ne taip seniai atrastų CRISPR-Cas sistemų. Šį kompleksą, naudodami eksperimentus, tyrinėja prof. V. Šikšnio skyrius, o bioinformatikai prie jų tyrimų prisideda kompiuteriniais metodais.

Dėl patikimumo

„Tokie konkursai kaip CAPRI ar CASP sumanyti, kad būtų galima objektyviai palyginti kompiuterinius metodus pasaulio mastu, patikrinti, kaip jie veikia. Tik tada galima suprasti, kokie yra privalumai ar trūkumai, ką reikėtų dar tobulinti“, – sakė dr. Č. Venclovas.

Konkursas vykdomas aklo testavimo principu, kad nebūtų jokių abejonių ir subjektyvumo. Konkurso organizatoriai išsiunčia mokslininkų komandoms baltymus sudarančių aminorūgščių sekas, tiesiog raidžių eilutę, ir jie vidutiniškai per dvi savaites turi pateikti kompiuterinius erdvinės struktūros modelius. Palyginus juos su jau žinoma, eksperimentiniais metodais gauta, bet nepaviešinta struktūra, nustatoma, kurie metodai veikė geriausiai, leido tiksliausiai ją atkurti.

„Eksperimentais nustatyti baltymų struktūras reikia daug laiko ir pinigų, nes kartais sunkiai pavyksta gauti jų kristalus, kurių reikia struktūrai nustatyti rentgeno spindulių difrakcijos metodu, – aiškino mokslininkas. – Jei būtų galima viską sumodeliuoti kompiuteriais, reikėtų mažiau brangios eksperimentinės aparatūros ir tyrimų medžiagų. Galima būtų pasikliauti kompiuteriniais modeliais, tačiau reikia žinoti, ar patikimai veikia kompiuteriniai metodai. Todėl per pasaulinius eksperimentus nuolat vertinamas jų patikimumas, pateikiamus prognozinius modelius lyginant su gautomis tikromis struktūromis.“

Grįžo ne tuščiomis

VU absolventui Č. Venclovui, 1989 metais baigusiam biochemijos studijas, prof. Arvydas Janulaitis pasiūlė vykti į Baltymo institutą Maskvoje, vieną geriausių tuometinėje Sovietų Sąjungoje, pasimokyti baltymų struktūrų. Doktorantūrą Maskvos universitete mokslininkas baigė jau kaip užsienietis, ir diplomas išduotas anglų kalba.

Kaip tik tada pasaulyje pradėti rengti CASP konkursai. Pirmasis įvyko 1994 metais, ir dr. Č. Venclovas nuvažiavo į konferenciją Kalifornijoje. Amerikoje lietuviui pasiūlė darbą Lawrence'o Livermore'o nacionalinėje laboratorijoje. 1996 metų pradžioje išvyko dviese su žmona Ana, o grįžo 2004-aisiais keturiese. Vyresnysis sūnus Tomas pirmą klasę baigė dar Kalifornijoje. Jaunėliui Sauliui buvo ketveri.

„Kai vaikai paauga, reikia apsispręsti – likti ar grįžti“, – sakė 52 metų mokslininkas. Be to, lietuvis laimėjo JAV prestižinio Howardo Hughes'o medicinos instituto (HHMI) mokslinių projektų konkurso Rytų Europos šalių mokslininkams finansavimą dirbti savo šalyje. Taip pat gavo Europos Sąjungos (ES) Marie Curie mokslininkų reintegracijos programos finansavimą. Biotechnologijos institutas pasiūlė įkurti bioinformatikos laboratoriją, padėjo persikraustyti. Dar kartą jau Lietuvoje mokslininkas pateikė paraišką HHMI konkursui ir iš viso dešimt metų turėjo garantuotą finansavimą iš Amerikos.

„Laimėtos lėšos labai padėjo, nes Lietuvoje mokslinių tyrimų finansavimas buvo apverktinas. Tiesa, jis niekada nebuvo geras ir dabar – apgailėtinas. 2014 metais konkursinis finansavimas iš esmės užsibaigė. Nors, atrodytų, pinigų yra, taip pat ir iš ES struktūrinių fondų, konkursų nebuvo iki šiol. Kaip dirbti tuos metus, kai nutrauktas konkursinis finansavimas ir neaišku, kada jo tikėtis?! Vis žadama, tačiau konkursas vis atidedamas. Tik dabar paskelbtas Lietuvos mokslo tarybos kvietimas teikti paraiškas. Jei mokslo politika būtų nuoseklesnė, galėtume daugiau pasiekti“, – įsitikinęs dr. Č. Venclovas.

DALINTIS:
 
SPAUSDINTI
MOKSLAS IR IT
Rubrikos: Informacija:
EkonomikaGamta ir augintiniaiGimtasis kraštasGynybaKontaktai
ĮdomybėsIstorijaJurgos virtuvėKomentaraiReklaminiai priedai
KonkursaiKultūraLietuvaMokslas ir ITPrenumerata
PasaulisSportasŠeima ir sveikataŠvietimasKarjera
TrasaŽmonės
Visos teisės saugomos © 2013-2017 UAB "Lietuvos žinios"