Modifikuoti nukleotidai leidžia kurti stabilesnius, tikslesnius ir efektyvesnius genetinius įrankius, pavyzdžiui, CRISPR sistemas ar mRNR vakcinas. Šie junginiai ne tik pagerina molekulių veikimą, bet ir sumažina imuninį atsaką organizme, todėl turi didelę reikšmę medicinoje ir farmacijoje. Universiteto mokslininkams, dirbantiems šioje srityje, patentavimas padeda apsaugoti mokslinių tyrimų metu sukurtą intelektinę nuosavybę ir skatina bendradarbiavimą su verslo sektoriumi. Patentai leidžia universitetams aktyviau dalyvauti technologijų perdavimo procese, stiprinti inovacijų ekosistemą ir prisidėti prie visuomenės pažangos. Vilniaus universiteto (VU) profesoriui Rolandui Meškiui su kolegomis visai neseniai buvo išduotas patentas „N4-modifikuoti citidino nukleotidai ir jų panaudojimas“. Su mokslininku kalbamės apie šį bei kitus patentus ir jų pritaikymo sritis.
Sukurta sistema fermentų atrankai
Prof. R. Meškys sako, kad plačiąja prasme nukleotidai randami kiekvienoje mūsų ląstelėje.
„Nukleotidai yra sudedamoji nukleorūgščių, tokių kaip RNR ir DNR, dalis. Tai gamtoje plačiai paplitę junginiai, kuriuos rasime kiekvienoje ląstelėje“, – teigia mokslininkas.
Vykdant mokslinius tyrimus, originalios DNR kiekis dažnai yra labai mažas, ypač jei ji išgaunama iš biologinių mėginių, pavyzdžiui, kraujo lašo, vienos ląstelės ar senų audinių, todėl mokslininkams reikia DNR seką padauginti. Tam naudojamas metodas vadinamas polimerazės grandinine reakcija. Jis leidžia greitai ir tiksliai padauginti specifinę DNR seką milijonus kartų. Polimerazė – tai fermentas, kuris jungia nukleotidus į DNR arba RNR grandinę.
„Polimerazės grandininė reakcija leidžia atrinkti ir padauginti tam tikrą geną ar DNR fragmentą. Norint jį padauginti, mums reikia tam tikro polimerazės fermento. Gamtoje yra natūralūs nukleotidai ir polimerazės juos atpažįsta. Tad norint padauginti DNR fragmentą, mums reikia natūralių nukleotidų“, – sako profesorius.
Modifikuoti nukleotidai nuo natūralių skiriasi tuo, kad prie jų papildomai sintetiniais būdais yra prijungtos cheminės grupės.
„Mes nukleotidui tarsi uždedame įsivaizduojamą kepurę. Tokio junginio polimerazė nebeatpažįsta ir nebegali naudoti, nes ta įsivaizduojama kepurė tarsi kliūva ir netelpa pro duris. Turime sugalvoti, kaip tą kepurę numušti“, – pasakoja mokslininkas.
Vienas iš būdų „kepurę“ nuimti – panaudoti fermentą, kuris leistų suardyti ar sukurti naujus cheminius ryšius ir modifikuotą nukleotidą paversti natūraliu. Tada prasidėtų polimerazės reakcija, o tai leistų padauginti DNR fragmentą, koduojantį tikslinį fermentą.
„Visoje sistemoje atsiranda dar vienas dalyvis – fermentas, kuris geba tą modifikaciją grąžinti į natūralią būseną. Turime natūralų nukleotidą, jį modifikuojame, ir kol nepridėsime baltymo, kuris gali tą modifikaciją panaikinti, reakcija nevyks. Šiuo išradimu parodėme, kad sugebame aptikti tą fermentą. Patentavome kelias DNR sekas, kurios tai lemia – jos parodo, kad šis principas veikia. Tad turime sistemą, kuri yra tinkama ieškoti fermentų, galinčių panaikinti modifikacijas“, – sako prof. R. Meškys.
Metodas, taupantis laiką
Profesorius juokauja, kad jo, kaip ir tikriausiai ne vieno iš mūsų, tikslas yra kuo mažiau dirbti ir naudoti sistemas, kurios veiktų praktiškai be žmogaus įsikišimo.
„Įsivaizduokime geną ar DNR fragmentą, kurį galime padauginti. Dabar įsivaizduokime, kad tas DNR fragmentas ir koduoja tą fermentą, reikalingą padauginimui. Tarkime, mes turime du lašelius, kurie yra izoliuoti. Viename iš lašelių yra genas, kuris koduoja fermentą, panaikinantį modifikaciją. O kitame lašelyje yra geno variantas, kurio baltymas negeba modifikacijos panaikinti. Šiuo atveju genas dauginsis tik viename lašelyje. O jeigu norime patikrinti milijoną geno variantų? Tuomet mums reikia milijono lašelių arba mėgintuvėlių“, – pasakoja tyrėjas.
O jeigu norime rasti vieną veiksmingą DNR variantą iš milijono galimų? Tai būtų labai sudėtinga, jei kiekvienam variantui reikėtų atskiro mėgintuvėlio. Tačiau mokslo bendruomenė rado išradingą sprendimą: jie naudoja emulsiją – aliejaus ir vandens mišinį, kuris suskaidomas į milijonus mažyčių lašelių.
„Kiekviename jų atsiduria vis kitas DNR variantas. Jei tam tikras DNR fragmentas pats koduoja fermentą, leidžiantį jam daugintis, tai tie lašeliai, kuriuose yra veiksmingas fermentas, sukurs daugiau savo DNR kopijų. Po reakcijos visi lašeliai sumaišomi ir sekoskaitos būdu nustatoma, kuris DNR variantas „laimėjo“. Šiuo pažangiu metodu galima greitai ir efektyviai atrasti biologiniu požiūriu svarbius fermentus ar DNR pokyčius. Nors pats emulsijų metodas nėra mūsų komandos išradimas, mes sėkmingai jį taikome, papildydami modifikuotais nukleotidais“, – pasakoja prof. R. Meškys.
Patentuotos DNR sekos ‒ medicinos pažangai
Vienas iš būdų pritaikyti modifikuotus nukleotidus – įterpti juos į DNR seką ir taip DNR suteikti naują savybę.
„Patentuotame išradime mes prie nukleorūgšties tarsi „prisiuvame uodegėlę“ iš modifikuotų nukleotidų ir taip suteikiame naują modifikaciją, kuri leidžia panaudojus ultravioletinę šviesą DNR prijungti prie plastiko. Šį metodą būtų galima naudoti kuriant įvairius biojutiklius“, – sako tyrėjas.
Šiandien vėžiui gydyti taikoma chemoterapija, kurios metu naudojami junginiai ne tik žudo vėžines ląsteles, bet ir yra toksiški mūsų organizme esančioms sveikoms ląstelėms. Tačiau vis dažniau naudojami ir provaistai – neaktyvi kombinuotų vaistų forma, kuri suaktyvėja tik esant tam tikriems vėžinėms ląstelėms būdingiems dirgikliams.
„Veikdami vaistai nusitaiko į konkrečius baltymus, prie kurių jungiasi. Jeigu mes modifikuojame vaistų struktūrą, vaistai nebegali prisijungti prie baltymų ir nebeveikia, bet tuo pat metu jie nėra toksiški organizmui. Jeigu vėžinėje ląstelėje yra fermentas, kuris gali tą modifikaciją panaikinti, tai prieš tą ląstelę vaistas veiks. Be to, jeigu jūs žinote, koks fermentas tą modifikaciją panaikina ir kaip vaistą pernešti būtent iki tos vėžinės ląstelės, tai jūs turite vaistą, kuris veikia tik toje vietoje, kur ir turi veikti, bet nėra toksiškas kitoms ląstelėms“, – pasakoja profesorius.
Provaistų principas šiandien naudojamas preparatuose nuo hipertenzijos, kai vaistai aktyvuojami tuose audiniuose, kuriuose to reikia. Prof. R. Meškio su kolegomis patentuoti modifikuoti nukleotidai leistų pagerinti provaistų aktyvavimą.
„Mes parinkome fermentus, kurių nėra gamtoje, bet kurie geba aktyvuoti reikiamus junginius. Galime ieškoti fermentų, kurie tiktų provaistams aktyvuoti. Vieną iš rastų fermentų nusprendėme patentuoti“, – pasakoja mokslininkas.
Svarbu suprasti, kad šiuo metu pats sudėtingiausias dalykas yra nunešti tinkamą fermentą į reikiamą vietą.
„Tikrai nemažai pasaulio laboratorijų ieško būdų, kaip tuos fermentus nugabenti į reikiamas ląsteles. Mes siūlome būdą modifikuoti, atsirinkti reikiamus fermentus, kad jie būtų kuo tinkamesni konkrečiai užduočiai – tai tarsi iš anksto paruoštas įrankis, kuris veikia efektyviai ten, kur jo labiausiai reikia“, – sako prof. R. Meškys.
Daugiau informacijos apie išradimą rasite čia. Jei domitės šio išradimo licencijavimu, susisiekime: innovations@vu.lt.
Komentarų nėra. Būk pirmas!