Kiekvieną dieną mus supa milijonai skirtingų rūšių bakterijų – vienos jų sukelia ligas, o kitos užtikrina gerą savijautą. Pastarosios įdarbinamos chemijos pramonėje, restauracijoje ar net tampa meno parodų dalimi. Apie mikrobiologijos tyrimų sritį, platų mus supančių mikroorganizmų pritaikymą ir mokslo populiarinimą kalbėjomės su Vilniaus universiteto (VU) Biomokslų instituto Mikrobiologijos ir biotechnologijos katedros mokslininke dr. Renata Gudiukaite.

Mikrobiologai siekia suprasti bakterijų pasaulį

Dr. R. Gudiukaitė mikrobiologiją įvardija kaip mokslą apie mus supančius ir plika akimi nematomus organizmus ir pabrėžia jų pritaikymo aktualumą: „Milijonai mikroorganizmų mus lydi visur: jie būtini mūsų gerai savijautai, prisideda užtikrinant dirvožemio kokybę, gali paspartinti augalų augimą, prisideda kuriant alternatyvaus kuro rūšis. Jų struktūros ar vykdomi procesai yra svarbūs nanotechnologijose, geotechnologijose, kuriant detekcijos sistemas.“

Mikroorganizmai geba pagaminti tūkstančius įvairiausių junginių, kurie taikomi farmacijoje, maisto pramonėje, popieriaus ir odos perdirbimo sektoriuje, dalyvauja pramoninėje organinių ir aminorūgščių gamyboje. Pasak mokslininkės, šios mikroorganizmų savybės šiandien – itin svarbios.

„Šiuolaikinė mikrobiologija yra daugelio biotechnologijų ir pramoninių procesų pagrindas. Žinios apie mikroorganizmų augimą, genetiką, metabolizmą leidžia mums gerinti esamus ir kurti naujus biotechnologinius sprendimus“, – pasakoja dr. R. Gudiukaitė.

Mokslininkė sako, kad šiandien nė viena mokslo sritis neįsivaizduojama be tarpdisciplininio bendradarbiavimo, tad vykdant mikrobiologijos srities tyrimus yra svarbios genų inžinerijos, biochemijos / enzimologijos, bioinformatikos žinios, bendradarbiaujama su mikroskopijos (skenuojanti elektroninė mikroskopija, atominės jėgos mikroskopija) specialistais, geotechnologijų srities mokslininkais.

Sulieto GDEst-lip fermento numanoma struktūra, sukurta naudojant I-TASSER serverį

Bakterijos pasitelkiamos riebalams skaidyti

Dr. R. Gudiukaitė dabartinę savo mokslinių tyrimų temą apie Geobacillus bakterijų sintetinamus lipolizinius fermentus pasirinko dar bakalauro studijų metu ir plėtoja iki šiol.

„Geobacillus genties bakterijos geriausiai auga esant 55–60 ^oC temperatūrai. Šių bakterijų sintetinami fermentai taip pat geriausiai veikia ir yra stabilūs aukštose temperatūrose, dėl to jie patrauklūs pramonės sektoriui. Terminas „lipoliziniai“ pirmiausia apima fermentus lipazes ir esterazes, kurios paprastai skaido riebalus. Unikalu tai, kad jei mes tokiems fermentams aplinkoje sumažinsime vandens kiekį ir įpilsime tam tikrų organinių tirpiklių, pavyzdžiui, visiems gerai žinomo etanolio ar metanolio, jie gali vykdyti priešingą – esterių sintezės reakciją“, – pasakoja VU mokslininkė.

Dr. R. Gudiukaitė šiuos fermentus tiria taikydama įvairias baltymų inžinerijos strategijas ir siekia dar labiau padidinti jų aktyvumą, stabilumą ir gebėjimą vykdyti skaidymo ar sintezės reakcijas. Baltymų inžineriją ji prilygina lego kaladėlių žaidimui: „Baltymų inžinerijoje mūsų lego kaladėlės yra tiriamų fermentų aminorūgštys arba atskiri jų domenai. Tokios „statybos“ padeda sukurti naujus, geresnius fermentų variantus ir suteikia daugiau fundamentinių žinių, kaip tokie fermentai veikia, kurios aminorūgštys ir jų deriniai yra atsakingi už tam tikrų savybių palaikymą.“

Dr. R. Gudiukaitė pabrėžia, kad kuriamus fermentus ji mato kaip ekologines priemones, skirtas lipidiniams teršalams valyti ar perdirbti.

„Esame sukūrę kelis lipolizinius fermentus, kurie yra aktyvūs 20–70 ^oC temperatūroje ir nepraranda savo aktyvumo net kelis mėnesius juos laikant organiniuose tirpikliuose kambario temperatūroje. Tokių fermentų, su kuriais dirbame – lipazių, esterazių – pritaikymas labai platus: nuo įvairių lipidinių teršalų valymo, kvapiųjų medžiagų gamybos iki paprastesnio, pigesnio ir ekologiškesnio būdo pagaminti biodyzeliną. Lipazės ir esterazės taikomos odos ir popieriaus perdirbimo sektoriuose kaip alternatyva cheminėms apdirbimo priemonėms. Yra duomenų, rodančių, kad jos gali prisidėti net ardant tam tikrus plastikus“, – pasakoja mokslininkė.

Tyrėjos teigimu, siūlomais fermentais būtų galima pakeisti chemines medžiagas, kurių gausu mūsų kasdien naudojamuose produktuose: „Įvairių ploviklių, valiklių sudėtyje dažnai galime rasti tokių alergijas sukeliančių, toksiškų junginių kaip natrio perboratas, polisorbatai, natrio citratas, kurie atlieka balinimo funkciją, padeda „atkabinti“ riebalų lašelius, formuoti emulsijas. Tikime, kad mūsų fermentai leistų sumažinti tokių naudojamų junginių kiekį.“

Dr. R. Gudiukaitė pažymi, kad šių fermentų veikimas žemesnėje temperatūroje ir be papildomų katalizatorių, tokių kaip rūgštys ir šarmas, padėtų sumažinti ne tik naudojamų cheminių junginių kiekį, bet ir energijos sąnaudas.

Mikroorganizmai – pastatams restauruoti ir dirvožemiui gerinti

Kita mokslinių tyrimų sritis, kurios dr. R. Gudiukaitė ėmėsi gana neseniai – mikroorganizmų gebėjimas vykdyti biokonsolidaciją: „Biokonsolidacija – tai smėlio, dirvožemio dalelių sulipinimas į didesnes struktūras dėl mikroorganizmų veiklos. Tokie procesai siejami su biocementacija, restauracija, dirvos erozijos mažinimu. Ieškome ir tiriame naujus mikroorganizmus, kuriuos būtų galima pritaikyti tokiuose procesuose.“

Biokonsolidacijos mokslinių tyrimų rezultatai yra unikalūs, todėl domina ir verslo sektorių: „Kalbant apie biokonsolidacijos taikymą, galima susidurti su sąvoka „save gydantis betonas“. Tai toks betonas, kuriame mikroorganizmai gali padėti užtaisyti konstrukcijose atsiradusius mikroįtrūkimus. Šiandien didžiausias iššūkis ir siekis yra šios srities mokslinių tyrimų rezultatus pritaikyti praktikoje, pvz., restauruojant paminklus.“

Dr. R. Gudiukaitė taip pat tiria mikroorganizmus, kuriuos būtų galima taikyti Fusarium mikromicetų biokontrolei. Šie pelėsiniai grybeliai linkę sintetinti toksinus, sukelti augalų ligas ir tai gali lemti didžiulius javų ar net tokių vaisių kaip bananai derliaus nuostolius. Todėl tiriami mikroorganizmai ir jų gaminami junginiai, kurie galėtų stabdyti tokių patogeninių grybelių plitimą.

„Fusarium grybelių mokslinių tyrimų rezultatai yra itin aktualūs žemdirbystės sektoriui. Mūsų tiriamos mikroorganizmų kultūros galėtų būti biotrąšų sudedamoji dalis, jų pagrindu gali būti kuriami nauji produktai dirvožemio kokybei gerinti, tad jos aktualios žemės ūkio sektoriaus įmonėms, siekiančioms tvarios žemdirbystės“, – taikymo sritis vardija mokslininkė.

Mikrobiologiją renkasi vis daugiau studentų

Dr. R. Gudiukaitė džiaugiasi, kad mikrobiologijos srities studijos tapo tokios populiarios, kad norinčiųjų yra daugiau, nei laboratorijos gali priimti. Vienas iš tokio populiarumo veiksnių – studijų orientavimas į praktinį žinių pritaikymą.

„Studijų metu atliekama nemažai laboratorinių darbų, studentai raginami nuo pirmo kurso įsilieti į mokslinių laboratorijų kolektyvus ir prisidėti prie mūsų ir kolegų vykdomų mokslinių tyrimų, jie rengia baigiamuosius darbus, kuriuose privalo būti eksperimentinė dalis, ir yra skatinami į savo darbus pažvelgti inovacijų, praktiniu, pramoniniu aspektu“, – pasakoja dr. R. Gudiukaitė.

Mokslininkė studentams nuolat pabrėžia, kad kiekvienas jų tiriamas mikroorganizmas gali tapti atspirties tašku ne tik studijų, bet ir darbo karjeroje. „Savo studentams visad kartoju, kad viskas priklauso nuo jų idėjų, fantazijos ir kūrybiškumo. Kiekvienas mikroorganizmas, kiekvienas junginys, kurį jis sintetina, kiekvienas sukurtas metodas gali tapti jų gyvenimo objektu. Atradus kažką nauja, sugalvojus, kaip pagerinti vieną ar kitą procesą ar strategiją, gimsta ir naujos inovacijos“, – teigia mokslininkė.

Siekiama laboratorijų užkulisius atskleisti visuomenei

Dr. R. Gudiukaitė pastebi, kad mokslininkai, kurie renkasi ir dėstyti, ir vykdyti mokslinius tyrimus, patiria nemenkų iššūkių, nes turi lygiuotis į geriausius mokslininkus ir užtikrinti dėstymo kokybę. Kita vertus, ji pripažįsta, kad daugumai jos srities atstovų mokslas yra gyvenimo būdas ar net hobis, o dėstymas ir moksliniai tyrimai dažnai papildo vienas kitą.

„Yra temų, kurios iš laboratorijos darbų persikėlė į paskaitas. Tai fermentų taikymas pramonėje, baltymų inžinerijos metodai ir jos svarba. Kitos temos – biokonsolidacija, nanodalelių sintezė taikant mikroorganizmus – su metais subrendo ir iš pramoninės mikrobiologijos paskaitų virto realiais moksliniais tyrimais ir iššūkiais laboratorijoje. Dėstymas – tai galimybė ir didžiulė motyvacija susipažinti su kuo įvairesnėmis sritimis, sekti paskutines savo srities naujienas ir paskata suprasti, kas ir kaip vyksta, kad galėtum papasakoti kitam, sudominti klausytoją“, – patirtimi dalijasi dr. R. Gudiukaitė.

Mokslo populiarinimas yra dar viena mikrobiologės interesų sritis. Mokslininkė skaito paskaitas Jaunųjų biochemikų mokykloje, veda praktinius užsiėmimus tarptautinės studentų konferencijos „The COINS“ metu, prisideda prie Mikroorganizmų dienos renginių ir dalyvauja studijų mugėse.

„Mano tikslas – praplėsti visuomenės suvokimą apie mokslininkų darbą, apie mūsų vykdomų mokslinių tyrimų svarbą, pasidalinti su visuomene tuo, ką kuriame užsidarę laboratorijose. Norisi parodyti, kad visa tai, ką tiriame, yra svarbu kiekvienam iš mūsų ir kad šalia mūsų egzistuojantys mažyčiai organizmai – bakterijos, pelėsiniai grybeliai, mielės gali būti ne tik blogi, bet ir naudingi. Labai džiaugiuosi matydama susidomėjusias, degančias klausytojų akis“, – pasakoja VU mokslininkė.

Dr. R. Gudiukaitė pastebi ir atsirandančią mokslo, meno ir verslo sinergiją: „Džiaugiamės, kad mokslą atranda ir menininkai. Kartu su jais mums kartais jau rutina tapusius laboratorinius procesus galime parodyti visuomenei visai kitoje šviesoje. Bendravome su „Aikas Žado“ laboratorija, kurioje taikant įvairias technologijas bandoma atkurti dvarą. Tad šio dvaro restauracijai jie bandys pritaikyti ir bakterijas. Bendradarbiavome ir su menininke Guoda Šulskyte, kūrusia biologinę medžiagą iš natrio alginato kalcio chlorido tirpale, kuri buvo suformuota samanų tekstūros. Šis biologinis „audinys“ tapo tarpdisciplininio meninio tyrimo „Išlikimas nėra teisingas“ iliustracija. Norisi pasidalinti meile gyvybės mokslams ir parodyti, kad mokslas, menas, verslas – visi jie gali būti suderinami ir papildyti vienas kitą.“