TV programa
 

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

Pažinti ir apsisaugoti padės gyvybės abėcėlė

2011 05 02 0:00
Lietuvos mokslo premijos laureatė prof. I.Pašakinskienė jau daugelį metų tyrinėja genomų sąveiką augalų hibriduose.
Alinos Ožič nuotrauka

Netoli ta diena, kai patys galėsime įsitikinti, ar nusipirkome, tarkim, tikrai lietuviškos veislės bulvių. Užteks mažyčio jų gabalėlio ir specialus prietaisas pagal tam tikras DNR sekų atkarpas parodys ne tik augalo rūšies, bet ir veislės skaitmeninį kodą.

Skaitmeninis gyvybės kodavimas, kaip patvirtino Vilniaus universiteto (VU) Botanikos ir genetikos katedros profesorė habil. dr. Izolda Pašakinskienė, turi labai aiškų praktinį pritaikymą. Suderinus tradicinę rūšių sistematiką ir naujausius molekulinės genetikos laimėjimus, kuriama bendra gyvosios gamtos duomenų bazė (Barcode of Life Data Systems - BOLD). Naujoji abėcėlė, vaizdžiai tariant, leis tarsi knygą skaityti gyvosios gamtos informaciją.

"Aukštesniųjų organizmų - gyvūnų, vabzdžių, augalų ar grybų - priskaičiuojama apie 1,8 mln. rūšių. Vien augalų rūšių įregistruota apie 300 tūkstančių. Joks žmogus negalėtų jų tiek atpažinti, - sakė VU Botanikos sodo direktoriaus pavaduotoja mokslo programų koordinavimui I.Pašakinskienė. - Kitas dalykas, ar kalbėtume apie augalų, ar gyvūnų rūšis, didesnė jų dalis, daugybė tūkstančių rūšių, yra dar neregistruota. Jas kur kas sparčiau atrasti padėtų skaitmeninis gyvybės kodavimas."

Konstruojant gyvybę

Naujos kartos technologijos ir prietaisai, ištobulėjusi kompiuterinė technika leidžia genetikams per keletą dienų ar net valandų atlikti tokius tyrimus, kuriems dar visai neseniai reikėjo kelerių metų. Maža to, viskas atliekama ne tik greičiau, bet ir kur kas tiksliau. Genetinių tyrimų etapai, pasak prof. I.Pašakinskienės, gerai matyti iš darbų, įvertintų Nobelio premijomis. Pavyzdžiui, mokslininkų, kurie 1962 metais atrado žaliai švytintį medūzų baltymą, vėliau nustatė jo geno seką ir sugebėjo per tyrimus įrodyti, kad galima tą geną įterpti į kito organizmo DNR, ir gauti, tarkim, švytinčias peles, tyrimai užtruko kelis dešimtmečius. Nobelio premija už didžiulį šio genetinio žymiklio, vadinamojo baltymo prožektoriaus, pritaikymą genų veiklos tyrimuose paskirta tik 2008 metais.

2009 metų Nobelio premija įvertinti taip pat ne vieną dešimtmetį trukę bakterijų ribosomos tyrimai. Reikėjo net 25 tūkstančių bandymų, kad ribosoma būtų tinkamai kristalizuota. Šis 20-30 nanometrų darinėlis, ląstelėje gaminantis baltymus, sudarytas iš šimtų tūkstančių atomų. Mokslininkai atliko milžinišką darbą - sukūrė vadinamąjį ribosomos rentgenokristalografinį portretą. Kitaip sakant, ištobulinę šį metodą ir lygia greta tobulėjant kompiuterinei technikai, labai tiksliai nustatė kiekvieno atomo vietą ir ką jis veikia tame baltymų fabrikėlyje. Bakterijos ribosomos struktūra šiek tiek mažesnė, tarkim, už žmogaus ar augalo, tačiau iš esmės labai panaši. Mokslinių tyrimų duomenys, kaip bakterijų ribosomos sąveikauja su antibiotikais, jau turi praktinį pritaikymą, pavyzdžiui, kuriant naujus veiksmingus antibiotikus, kurie sustabdo ligas sukeliančių bakterijų veikimą, blokuodami jų ribosomų veiklą.

2010 metų naujiena - sukonstruota dirbtinė bakterija. Mokslininkai iš DNR kodo keturių variantų ATCG sukūrė kompiuterinę seką. Pagal šį kompiuterinį failą dirbtinai nuo pradžios iki galo buvo susintetinta DNR seka. Ją įterpė į bakteriją, iš kurios buvo pašalinta jos pačios chromosoma. Negana to, mokslininkai dar papokštavo. Konstruodami tą seką įdėjo net tris užkoduotas sentencijas anglų kalba: "Gyventi, klysti, kristi, triumfuoti, kurti gyvenimą iš gyvenimo" (Jamesas Joyce'as), "Matyti daiktus ne tokius, kokie jie yra, bet kokie galėtų būti", "Ko negaliu padaryti, negaliu suprasti" (Richardas Feynmanas). Pavyzdžiui, žodis "gyvenimas" ("life") užrašytas tokiais DNR sekos tripletais: ACC CTG GGC TAA.

"Pradėta nuo chemiškai susintetinto bakterijos genomo, tačiau ateis diena, kai bus sukonstruotas, tarkim, dar neegzistuojantis augalas, nauja augalų rūšis, - įsitikinusi genetikė. - Bent kol kas plikos DNR neužtenka - reikia tuščios ląstelės kaip pradžių pradžios organizmui atsirasti. Į ją įterpiama susintetinta DNR ir pagal tą susintetintą informaciją, mokslininkų sukurtą DNR programą, užaugs tai, kas buvo suplanuota."

Vertingieji bankai

Visame pasaulyje daugėja molekulinės biologijos ir molekulinės genetikos specialistų. Prasidėjo, galima sakyti, genomų nuskaitymo era. Praėjo jau dešimtmetis nuo to laiko, kai buvo nuskaitytas žmogaus genomas. Dabar įvairių šalių mokslininkai buriasi į grupes ir skaito vieną po kito gyvūnų, vabzdžių ar augalų genomus. Dažniausiai pasirenkama, kaip pasakojo prof. I.Pašakinskienė, arba modelinė, tyrimams tinkama, arba kokią nors praktinę reikšmę turinti rūšis. Pirmieji buvo nuskaityti modelinių augalų rūšių genomai - nedideli ir palyginti lengvai tiriami. Toks būtų, pavyzdžiui, baltažiedis vairenis - Arabidopsis thaliana. Prieš kelerius metus sužinota visa nuo pradžios iki pabaigos vynmedžio genomo seka. Neseniai nuskaitytas kakavmedžio genomas. Jau baigtas skaityti ir obels genomas.

Pasak genetikės, labai vertinga turėti įvairių augalų rūšių ar populiacijų kolekcijas. Sukurtuose genų bankuose kaupiamos ne tik augalų sėklos, bet ir, tarkim, žmogaus ar pelės vadinamosios ląstelių linijos. Pavyzdžiui, modelinio augalo baltažiedžio vairenio sėklų banke sukaupta tūkstančiai įvairiais būdais gautų mutacijų. Sumanius atlikti kokį nors tyrimą, galima įeiti į duomenų bazę ir ieškoti tinkamo mutanto. Vilniaus universitete sukaupta unikali miežių mutantų kolekcija. Jos pradininkas ir kūrėjas - prof. Vytautas Rančelis. Mokslininkas su savo doktorantais jau keletą dešimtmečių kaupia ir tiria šią kolekciją.

Genetikai kolekcionuoja mutantus, kad lygindami jų ir normalių augalų DNR seką nustatytų genų funkcijas. Yra ir atvirkštinis kelias: laboratorijoje galima paimti geno seką, ją "sugadinti" ir, įterpus į augalą vietoj normalios, žiūrėti, kas iš to išeis. Dabar, kai ištisai nuskaityti genomai skaičiuojami dešimtimis, kur kas tikslesnės ir genetinės modifikacijos.

"Kai skelbiamos ištisos genomų sekos ar, tarkim, patikslinta kuri nors žmogaus chromosomos seka, visada pasižiūriu, ar nėra lietuviškos pavardės kartais vos ne šimto mokslininkų grupėje, - pasakojo prof. I.Pašakinskienė. - Kol kas aptikau tik vieną. Kakavmedžio genomo projektui vadovavusi amerikiečių mokslininkė, Indianos universiteto Genetikos ir bioinformatikos centro direktorė, keturiasdešimtmetė Keithanne Mockaitis gali būti lietuvų kilmės."

Svetur išvažiavusių ir sėkmingai dirbančių lietuvių mokslininkų yra ne vienas, pasiekęs įspūdingų rezultatų. Peržvelgdami publikacijas mokslo žurnaluose, rastume lietuviškų pavardžių. Genomų nuskaitymo projektai bent iki šiol apimdavo labai dideles mokslininkų grupes ir trukdavo ne vienerius metus. Dabar akivaizdžiai spartėjantis tempas matyti iš nuolat kylančios į duomenų bazes kasmet atiduodamų DNR sekų kreivės. Šios sekos sparčiai kaupiasi iš gausybės įvairiausių rūšių augalų ir gyvūnų rūšių genetinių tyrimų. Gausėja ir pačių duomenų bazių. Pavyzdžiui, 2008 metais jų buvo beveik 1200.

"Man taip smagu, kad prieš kelerius metus nuskaitytas ir naminės bitės genomas, - džiaugėsi mokslininkė. - O visai neseniai nuskaitytas nelabai žinomo buožiaūsio milčiaus (lot. Tribolium castaneum) genomas. Šis nedidelis vabalas minta grūdais, bet yra itin atsparus insekticidams. Pasirodo, jis sintetina labai daug fermento telomerazės. Matyt, taip ir apsigina nuo insekticidų."

Fermentas telomerazė ląstelėse atkuria telomerų, apsaugančių chromosomų galus, ilgį. Už atradimą, kaip telomerai ir fermentas telomerazė apsaugo chromosomas, ląstelių senėjimo mechanizmų tyrėjams buvo paskirta 2009 metų Nobelio medicinos premija.

Ne ta žuvis

Skaitmeninės rūšis koduojančių sekų duomenų bazės pavidalu kuriama, pasak prof. I.Pašakinskienės, nauja gyvosios gamtos abėcėlė. Skaitmeninis gyvūnų, augalų ar grybų rūšių genetinis kodavimas padės sparčiai atlikti didelės apimties, labai tikslius ir plataus pritaikymo tyrimus. 2003 metais buvo rastas veiksmingas gyvūnų rūšių skaitmeninis kodavimas. Pasirinktas mitochondrijų genas CO1. Seka nedidelė - tik 648 bazių poros. Palyginti su branduolio genomu, labai mažytė atkarpėlė, tačiau leidžia labai tiksliai identifikuoti gyvūnų rūšis. Tikslumas siekia net daugiau kaip 90 procentų. Turint tokią rūšių ir jų genetinio kodo duomenų bazę, užtenka mažyčio vos adatos dūrio DNR kiekio, kad būtų galima atlikti testą ir tiksliai identifikuoti rūšį. Skaitmeninis kodavimas labai veiksmingas pradedant didžiausiais ir baigiant mažiausiais gyvūnais, kuriuos labai sunku morfologiškai aprašyti bei nustatyti.

Puikus pavyzdys būtų 2008 metais Niujorke dviejų studenčių atliktas tyrimas, ar "Sushigate" turgelyje parduodamos brangios žuvys sušiams gaminti yra tos rūšies, kuri skelbiama. Paaiškėjo, kad net ketvirtadalis tokių žuvų neteisingai pažymėtos. Nustatyti skaitmeninį rūšies kodą, pasak genetikės, nėra sudėtinga: iš mažyčio organizmo gabalėlio nuskaitoma DNR seka ir palyginama su standartinėmis vienos ar kitos rūšies žuvų sekomis. Dabar niujorkietės tiria savo kambario aplinką, tarkim, kokios bakterijos ten veisiasi.

Prietaisai, kuriuos naudoja mokslininkai laboratorijose, nėra labai sudėtingi, ir jau einama ta kryptimi, kad žmonės patys galės išsitirti, ką perka turguje, tarkim, ar tikrai brangiausių ikrų, o gal jie tik taip įvardijami.

Nauju žvilgsniu

Nustatyti gyvūnų rūšies skaitmeninį kodą palyginti nesunku, užtenka vieno geno atkarpėlės, o standartiniai DNR žymenys augalams, kaip patikslino prof. I.Pašakinskienė, iki šiol parenkami. Nuspręsta kol kas naudoti tris chloroplastų DNR elementus: geną rbcL, geną matK ir tarpgeninę sritį trnH-psbA.

"Kai turime skaitmeninius rūšių kodus, jau nereikia augalo stebėti nuo daigelio, kad pasakytume, kokia jo rūšis. Kol nepražydo, juk dažniausiai ir nebandome, o kai kurių augalų žydėjimo sulaukiame tik antrais metais, - pasakojo mokslininkė. - Dėl kai kurių augalų galime tvirtai apsispręsti pagal lapus ir žiedus, tačiau yra ir tokių rūšių, kai žiedai labai panašūs. Skiriasi tik sėklos. Reikia ir jų sulaukti. Augalo rūšies identifikavimo procesas ilgas. Jei norime tirti kokią nors gamtinę bendriją, ten rūšių - šimtai. Vadinasi, lankytis reikėtų ne kartą. Naujasis metodas leidžia prasidėjus vegetacijai iš lapų surinktus mėginukus ištirti laboratorijoje ir gauti visą išklotinę, kas toje bendrijoje auga. Bet kuriuo augalo augimo etapu iš bet kurios jo dalies paėmus mikroskopinį mėginį galima pasakyti, kokia yra augalo rūšis. Atsiveria neregėtos galimybės tyrimų spartai, įvairovei ir apimčiai. Tada gal ir jų išvados būtų kitokios."

Vis dėlto augalų skaitmeninis kodavimas nėra toks sklandus kaip gyvūnų, nes kryžminantis giminingoms augalų rūšims atsiranda daug hibridų. Rūšies identifikavimo tikslumas kol kas nesiekia net 70 procentų. Ieškoma kitų papildomų standartinių žymenų ir dar daug kas nenusistovėję.

Prof. I.Pašakinskienė jau daugelį metų tyrinėja genomų sąveiką augalų hibriduose. Tarp Lietuvos mokslo premija įvertintų tyrimų - dirbtiniai žolių rūšių hibridai ir genomų sąveika juose. Pasirodo, vienas genomas per kelias kartas išstumia kitą ir ima dominuoti kaip rūšis jau naujame dirbtiniame hibrido genome. Tokie dalykai vyksta ir gamtoje. Nauji tyrimų būdai ir jų sparta kasmet diena po dienos, pasak mokslininkės, tarsi iš naujo atveria akis.

Bus didelių naujienų

Pasaulinė rūšis kuoduojančių sekų duomenų bazė pradėta kaupti 2005 metais. Joje skelbiama kiekvieno naujo pavyzdžio, turinčio savo indekso numerį, nuotrauka bei aprašymas, paplitimas, giminingumas su kitomis rūšimis ir standartinės sekos variacija. Jau įgyvendinti tokie pasauliniai projektai kaip, sakykim, žuvų, paukščių, vabzdžių kenkėjų ar tik maliarinių uodų skaitmeninis kodavimas. Per vieną pasaulinį projektą, pavyzdžiui, siekta iki 2010 metų sukurti 30 tūkst. žuvų rūšių standartinius kodus, per kitą numatyta aprėpti 10 tūkst. paukščių rūšių. Prof. I.Pašakinskienė dalyvavo skaitmeninio gyvybės kodavimo pasaulinėje konferencijoje Meksikoje, kai didžiulės susivienijusių mokslininkų grupės paskelbė apie tokius tikslus ir jie, pasak genetikės, nėra sunkiai pasiekiami. Duomenys tikrausiai bus pristatyti per šiemet vyksiančią konferenciją Australijoje.

Skaitmeninio kodavimo veiksmingumą rodo jo pritaikymo įvairovė.

Pavyzdžiui, skrenda kamanės ir neša tarsi kibirėlius spalvotus žiedadulkių rutuliukus. Mokslininkai ar bitininkai nori žinoti, iš kur jos tas žiedadulkes surinko, kokias augalų rūšis lankė daugiausia. Mikroskopinės žiedadulkės iškratomos iš kamanių "kibirėlių", praskiedžiamos ir viena po kitos ištiriamos naudojantis skaitmeniniu augalų rūšių testu. Toks ekologinis tyrimas buvo atliktas Velse.

DNR kodas yra vienodai lengvai nustatomas visose vystymosi stadijose ir visose organizmo dalyse. Taip pat jis gali būti nustatytas ir perdirbtuose produktuose. Kaip pasakojo prof. I.Pašakinskienė, yra tokių pritaikymo sričių, kurios tarsi toli nuo pačios gamtos. Tarkim, norime žinoti maisto produktų sudėtį, iš ko jie pagaminti, ar tikrai įdėta tai, kas parašyta etiketėje. Kriminalistams taip pat gali padėti skaitmeninis rūšių kodavimas, pavyzdžiui, nustatant, ar parduodama draudžiamų medžioti gyvūnų mėsa arba gaminiai iš saugomų rūšių gyvačių odos. Skaitmeninis kodavimas leidžia patikslinti ne tik rūšių klasifikaciją bet ir nusistovėjusias gyvybės evoliucijos hipotezes, todėl galime laukti, pasak genetikės, didelių naujienų.

"Užšaldytos" mintys

Gyvybės skaitmeninio kodavimo pasauliniam koncorciumui CBOL dabar priklauso daugiau kaip 150 narių iš 45 valstybių. Lyderėmis galima vadinti Ameriką, Kanadą ir Australiją. Stipriausi centrai yra Kanadoje. Europa truputį atsilieka. 2009 metais į pasaulinę organizaciją CBOL įstojo VU Botanikos sodas. Jis atstovauja Lietuvai ir Europos CBOL.

Kaip pasakojo prof. I.Pašakinskienė, Lietuvoje augalijos įvairovė palyginti nedidelė - priskaičiuojama tik pusantro tūkstančio gamtinių augalų rūšių, kai, pavyzdžiui, Meksikoje - daugiau negu 20 tūkstančių. VU Botanikos sode auga 445 įregistruotos gamtinės rūšys. Gamtos įvairovė ten neblogai ištirta, tačiau net 70 proc. šių augalų rūšių dar nėra minėtoje pasaulinėje BOLD duomenų bazėje. Genetikams tikrai yra ką veikti, tačiau Botanikos sodas dar neturi molekulinių genetinių tyrimų laboratorijos. Visos viltys dedamos į jau parengtą ir patvirtintą projektą "Lietuvos floros skaitmeninio kodavimo iniciatyva". Jam sutiko vadovauti žymus šios srities specialistas iš Škotijos Edinburgo Karališkojo botanikos sodo.

"Turiu "užšaldžiusi" tam tikrų minčių. Dabar, kai atėjo naujieji metodai, laukiu tik studentų ir mes pasistūmėsime į priekį", - optimistiškai nusiteikusi Botanikos sodo direktoriaus pavaduotoja mokslo programų koordinavimui.

VU Gamtos mokslų fakultete jau juntamas genetikos specialybės proveržis. Nuo šių metų įsteigta genetikos bakalauro studijų programa. Surinkta per trisdešimt geriausių studentų. Šiemet studijuoja ir daugiau kaip dvidešimt genetikos specialybės magistrantų. Pats universitetas pagal šios krypties mokslus smarkiai išsiplėtė, kai prie jo šiemet prisijungė Biotechnologijos ir Biochemijos institutai.

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"