„Bakterijų apsaugos sistemų tyrimai šiuo metu yra viena dinamiškiausių mokslo sričių, tad konkuruojame su visu pasauliu. Arba mus kas nors aplenks, arba aplenksime mes“, – tvirtina Vilniaus universiteto (VU) Gyvybės mokslų centro vyriausiasis mokslo darbuotojas dr. Mindaugas Zaremba. Spalį vyksiančioje Masačusetso technologijos instituto (Massachusetts Institute of Technology, MIT) Tarptautinių mokslo ir technologijų iniciatyvų (MISTI) konferencijoje Lietuvoje jis pristatys pastaraisiais metais pradėtą tyrinėti bakterijų gynybos nuo virusų sistemą SPARDA.
Bakterijos ir virusai: mūšis dėl išlikimo
„Bakterijų ir jas puolančių virusų – bakteriofagų – santykis yra nuolatinė kova. Kaip ir geopolitinėje realybėje, mikropasaulyje vyksta nenutrūkstamos ginklavimosi varžybos: bakteriofagai ieško vis naujų būdų bakterijų gynybai pralaužti, o šios kuria vis įvairesnius mechanizmus nuo jų apsisaugoti“, – pasakoja dr. M. Zaremba.
VU biochemikas su savo tyrimų grupe šią evoliucinę kovą bando suprasti ir paaiškinti molekuliniu lygmeniu: „Bakteriofagai savo genetinę medžiagą (DNR ar RNR) „sušvirkščia“ į bakterinės ląstelės vidų, pasisavina jos resursus, dauginasi ir galiausiai sunaikina šeimininką. Iš vienos užkrėstos ląstelės gali pasklisti dešimtys ar šimtai naujų fagų dalelių, kurios užpuola kitas bakterijas. Atsakas į šią grėsmę – ne mažiau išradingas. Bakterijos vykstant evoliucijai sukūrė šimtus skirtingų gynybos sistemų, gebančių atpažinti įsibrovėlį ir jį neutralizuoti ar net nužudyti šeimininką, taip apsaugant likusią populiaciją. Tačiau kova čia nesibaigia – bakteriofagai nuolat randa naujų būdų apsaugai pralaužti, o bakterijos kuria naujus mechanizmus, padedančius joms išlikti.“
Sistema, pasižyminti savižudiška gynyba populiacijos labui
Būtent ši „gynybos ir puolimo“ dinamika daro bakterijų tyrimus viena intensyviausių šiandienos mokslo sričių. Šiuo metu pasaulyje aprašyta beveik du šimtai skirtingų bakterijų apsaugos nuo virusų sistemų, tačiau dauguma jų dar nepakankamai ištirtos. Iš jų plačiai žinomos vos kelios – pavyzdžiui, restrikcijos–modifikacijos sistemos ar CRISPR-Cas, sukėlusios revoliuciją genų inžinerijos ir genomo redagavimo srityse. Tačiau tai tik du atvejai iš dviejų šimtų – likęs potencialas vis dar neatskleistas. Viena iš tokių neseniai pradėtų tyrinėti sistemų ir yra SPARDA (angl. short prokaryotic Argonaute, DNase-associated).
„SPARDA sistema šioje bakteriofagų ir bakterijų konfrontacijoje išsiskiria savitu veikimo principu. Infekcijos metu ji suskaido ne tik viruso genetinę medžiagą, bet ir šeimininkės bakterijos DNR. Atrodo paradoksalu, tačiau toks gynybos mechanizmas sustabdo tolimesnį infekcijos plitimą populiacijoje – viena bakterija tarsi „pasiaukoja“ dėl kitų. Šis altruistinis mechanizmas vadinamas abortyvia infekcija – tai savižudiška gynyba, kai prarandamas pavienis individas, bet apsaugoma visa bendruomenė“, – aiškina VU mokslininkas.
Pasak jo, dar viena įdomi SPARDA savybė – šios sistemos aktyvuoti baltymai formuoja filamentines struktūras – ilgas spirales primenančias baltymų gijas, kokios vis dažniau atrandamos ir kitose gynybos sistemose. Naujausių bakterijų gynybos sistemų atradimai ir jų veikimo tyrimai leidžia matyti tendenciją – bakterijų imunitete formuojasi sudėtingos supermolekulinės struktūros, tarp jų ir filamentai. Tokie atradimai ne tik praplečia mūsų supratimą apie bakterijų pasaulį, bet ir suteikia galimybę šias žinias pritaikyti biotechnologijoje bei medicinoje – nuo fermentuotos produkcijos apsaugos iki naujų diagnostikos įrankių kūrimo.
Ir maisto pramonei, ir medicinos inovacijoms
Nors šiuo metu tai – fundamentiniai tyrimai, tačiau vėliau jie dažnai tampa taikomųjų sprendimų pagrindu. Kaip teigia dr. M. Zaremba, maisto pramonėje šios žinios gali padėti apsaugoti bakterijas, naudojamas fermentuojant sūrius ar jogurtus, nuo virusų sukeltų nuostolių.
„Medicinoje bakteriofagai vis dažniau matomi kaip alternatyva antibiotikams, ypač kovoje su antibiotikams atspariomis infekcijomis. Todėl būtina suprasti, kokius gynybos mechanizmus bakterijos naudoja, kad būtų galima sukonstruoti veiksmingus bakteriofagus prieš jas. Biotechnologijų srityje SPARDA gali būti panaudojama nukleorūgščių diagnostikai, pvz., jos pagrindu sukurti testai leistų greitai nustatyti ligų sukėlėjus“, – įsitikinęs pašnekovas.
Lietuvos mokslininkai įsitraukia į globalias diskusijas
Savo naujausią mokslinį tyrimą dr. M. Zaremba spalio 9 d. pristatys tarptautinėje MIT MISTI konferencijoje Lietuvoje. Jo pranešimas „Mechanism of action of the SPARDA prokaryotic defense system“, skirtas vienam naujausių bakterijų apsaugos mechanizmų, bus aptariamas kartu su kitomis pačiomis perspektyviausiomis mokslo temomis – nuo gyvybės mokslų iki dirbtinio intelekto.
MIT yra vienas stipriausių pasaulio universitetų tiek fundamentinių, tiek taikomųjų tyrimų srityse, todėl ši sesija Lietuvai – dar viena proga įsitraukti į globalias mokslo diskusijas.
Galimybę skaityti pranešimą VU vyksiančioje MIT MISTI konferencijoje dr. M. Zaremba vadina tam tikru pripažinimu ir terpe naujoms partnerystėms: „MIT yra pasaulinis flagmanas tiek fundamentiniuose, tiek taikomuosiuose tyrimuose. Bandymas su jais atlikti ką nors bendra turi didžiulį potencialą“, – sako VU mokslininkas. Beje, jis ir jo kolegos jau sėkmingai bendradarbiauja su prof. M. Laubu iš MIT tirdami naujai atrastas bakterijų apsaugos sistemas.
Dr. M. Zaremba pabrėžia, kad į šiuos tyrimus buvo įtraukti įvairių kursų studentai, doktorantai ir jaunieji mokslininkai: „Jie ne tik dirbo vienoje „karščiausių“ mokslo sričių, bet ir ugdėsi gebėjimus, kurie pravers ateityje, nesvarbu, ar jie liks akademijoje, ar pereis dirbti į startuolius, pramonę ar kitas inovatyvias sritis. Pasaulinio lygio tyrimai stiprina Lietuvos reputaciją gyvybės mokslų srityje ir augina profesionalių jaunųjų tyrėjų ekosistemą, kurios dalyvavimas globaliose mokslo varžybose sukuria netiesioginę grąžą ir visuomenei.“
Komentarų nėra. Būk pirmas!