Mūsų ląstelės yra individualios. Kiekvieno genų junginiai – labai saviti. Vadinamųjų gyvybės mokslų pažanga pasaulyje tokia didelė ir technologijų plėtra tokia sparti, kad Lietuvos mokslininkams reikia didelių pastangų bent jau neatsilikti.
Šiuolaikiniai biomokslai daro įtaką daugeliui sričių ir studijuoti šias specialybes Vilniaus universiteto (VU) Gamtos mokslų fakultete renkasi gabiausi studentai. Kai dabar daug diskutuojama dėl studijų kokybės, niekas neabejoja, kokia svarbi jai yra moderni laboratorijų įranga.
VU prorektorius prof. Juozas Lazutka džiaugėsi atnaujintomis Gamtos mokslų fakulteto Biochemijos ir biofizikos bei Botanikos ir genetikos katedrų laboratorijomis. Kai jas apžiūrėjo viena buvusi studentė, prieš metus baigusi magistro studijas ir pasirinkusi gamybinį darbą, iš karto paklausė, ar galėtų stoti į doktorantūrą.
Pasak prof. J.Lazutkos, Gamtos mokslų fakultetas įgyvendina unikalias biofizikos, genetikos, molekulinės biologijos programas. Prieš pusantrų metų pradėti projektai tikrai pagerins studijų kokybę. Taip pat sėkmingai bendradarbiaujama su Biochemijos institutu, VU Imunologijos ir Onkologijos institutais.
Vėžio terapijai
Trumpą ekskursiją po Gamtos fakultetą pradėjome Biochemijos ir biofizikos katedros ląstelės biochemijos laboratorijoje. Ten – ypatingi mikroskopai, nes leidžia matyti trimatį ląstelės vaizdą. Doktorantės Daiva Dabkevičienė ir Aušra Sasnauskienė juokavo, kad apie 800 tūkst. litų kainavusi įranga neaišku kam dar būtų reikalinga, išskyrus mokslininkus. Buityje jos tikrai nepritaikysi. Jaunosios mokslininkės aiškino, kaip kompiuterio ekrane galima matyti nufotografuotų nugaros smegenų dvi skirtingas funkcijas atliekančius neuronus. Tie, kurie sugeba siųsti signalą, atlikti tam tikrą funkciją, nusidažo raudonai. Moderniu mikroskopu galima nustatyti labai tikslią fluorescuojančių medžiagų lokalizaciją ląstelėje. Taip taškelis po taškelio kuriamas pirmasis ląstelės vaizdas – labai tiksli ir konkreti struktūra, ir nėra tokio bendro švytėjimo, koks būtų matomas paprastu mikroskopu.
Kitas pavyzdys – iš ląstelių branduolių. Mėlynai nudažyti branduolių DNR netolygiai pasiskirstę: vietomis kompaktiški, kur tamsiau – ne tokie kompaktiški.
„Galime sakyti, kad tiriamas baltymas lokalizuojasi branduoliuose ir būtent ne tokiuose kompaktiškuose, ir greičiausiai dalyvauja reguliuojant genų raišką, – pasakojo doktorantės. – Kiekvieną kartą, kai atliekamas branduolio pjūvis, jame matome mūsų tiriamą baltymą ir galime iš karto drąsiai nustatyti jo lokalizaciją.”
Biochemijos ir biofizikos katedros docentė dr. Edita Sužiedėlienė populiariau paaiškino doktorančių darbo temą – kaip tam tikri vaistai, vartojami vėžio terapijai, veikia ląstelės molekulių funkcijas. Tikimasi, kad ištyrus tų medikamentų poveikį ląstelei, bus galima pasakyti, kurie vaistai geresni gydyti vieną ar kitą vėžio rūšį ir kaip, tarkim, pagerinti terapinį vaistų poveikį.
Toks būtų praktinis tyrimų pritaikymas. Jis galimas tik gerai ištyrus molekulinį mechanizmą. Tai ir daro jaunosios mokslininkės. Jos gali matyti, kas dedasi ląstelėje, pažymėdamos kiekvieną molekulę ir stebėdamos, kaip jos elgiasi.
„Dabar mokslininkai, atliekantys vėžio terapijos tyrimus, iš tikrųjų pirmiausia žiūri į tą molekulinį lygį, kaip ląstelė atsako į taikomą chemijos, radiacijos poveikį, – kalbėjo E.Sužiedėlienė. – Žmones, sergančius tuo pačiu piktybiniu naviku, nevienodai veikia terapija. Vieniems ji pailgina gyvenimą, kitiems yra visiškai neveiksminga, nors priežiūra yra visiškai tokia pat.”
Doktorantės ir aiškinasi, kodėl taip yra. Galbūt kiekvieno individo ląstelės nevienodai atsako į terapinį poveikį. Ištyrusios, kaip reaguoja vienos rūšies ląstelė, jos imsis kitos rūšies ląstelės ir tirs, kaip atsako ši.
Genas – tik informacija
Vienas iš Biochemijos ir biofizikos katedros partnerių – Onkologijos institutas. Jo mokslininkai yra įsigiję tikrai modernų maždaug milijoną litų kainavusį genų raiškos tyrimų įrangos komplektą, leidžiantį vienu metu tirti visų žmogaus genų tinklą. Tai vadinamoji DNR gardelių technologija. Kodėl onkologams reikia tų gardelių? Norėdami sužinoti, kaip veikia žmogų vienokia ar kitokia terapijos rūšis, jie tiria, kaip genai atsako į terapiją. O jų sudėtis yra labai individuali.
„Kiekvienas iš mūsų skirtingai reaguojame net į aplinką, o ką ir kalbėti apie vaistų poveikį, – sakė E.Sužiedėlienė. – Mūsų ląstelės yra individualios, nes kiekvieno genų junginiai yra labai saviti. Onkologai tai tyrinėja genų lygmeniu. Stebi, kaip tie 30 tūkst. žmogaus genų atsako, tarkim, į kokio nors vaisto poveikį. Jie pradeda nuo genų atsako, kaip jie paleidžia savo informaciją į ląstelę, nes vienas genas paleidžia jos daugiau, kitas – mažiau. Arba į vieną poveikį atsako gausesne informacija, į kitą – mažesne. Doktorantės tyrinėja, kas darosi ląstelėse. Genas yra tik informacija. Jos tiria baltymus, kitas molekules ir žiūri, kaip ta informacija veikia ląstelėje.”
Dar vienas fluorescencinis demonstratyvus mikroskopas laboratorijoje skirtas vien studijoms. Studentai pirmiausia mokomi žiūrėti į ląstelę ir suprasti, kas ten yra, pažinti, kaip atrodo biologiniai objektai, kaip galiausiai atrodo pati ląstelė.
Sugauti molekulę
Molekulinės biologijos laboratorijoje doktorantė Julija Armalytė pasakojo, kaip naudojant radioaktyvią spinduliuotę detektuojami molekulių signalai. Naujas prietaisas, vadinamasis fosfovaizdintuvas, leidžia tuos signalus skaitmeninti. Tada jie matomi kompiuterio ekrane ir nereikia jokių juostų ryškinti, kaip kad darant rentgeno tyrimą. Tiesiog lazeriu sužadintas radioaktyvios spinduliuotės paviršius skenuojamas ir viskas perduodama į kompiuterį. Tada gauti rezultatai analizuojami ir apdorojami.
„Labai patogus prietaisas, nes galima atsisakyti daugybės varginančių ir darbą sunkinančių procedūrų, – sakė doktorantė. – Kai tiriamos viena ar kelios molekulės, kaip jas sugauti? Jos turi būti pažymėtos ir spinduliuoti. Spinduliuotės analizatorius taip pat nepigus. Jis leidžia taikyti itin jautrų metodą, kai molekulė detektuojama radioaktyvia spinduliuote.”
Už tūkstantį dolerių
Botanikos ir genetikos katedroje Genomo tyrimų laboratorijoje vyresnioji mokslo darbuotoja docentė dr. Sonata Jarmalaitė parodė bene brangiausią 400 tūkst. litų kainavusią įrangą, skirtą DNR sekai analizuoti, sekvenuoti nukleotidas po nukleotido. Iki šiol tokios įrangos Universitetas neturėjo.
„Ji leidžia studentams pamatyti bazinį DNR vaizdą, kaip atrodo nukleotidas po nukleotido, – pasakojo S.Jarmalaitė. – Nusileidžiančioje sudėtingoje aparatūroje yra labai siauri kapiliarai, kuriais migruoja DNR molekulė, pažymėta specialiais dažais. Lazerio spinduliukas nuskaito tą seką.”
Tokio tipo prietaisu pirmą kartą pasaulyje buvo nuskaitytas žmogaus genomas. Jo iššifravimas, pasak J.Lazutkos, truko gana ilgai ir reikėjo daug tokių prietaisų. Dabar padėtis greitai keičiasi ir per kitą ES struktūrinių fondų etapą planuojama įsigyti tokią įrangą, kuri, pavyzdžiui, individualų žmogaus genomą leistų nuskaityti per tris ar keturis mėnesius. Ir už gana prieinamą sumą.
„Kai buvo šifruojamas žmogaus genomas, tai buvo tam tikras apibendrintas dydis, o dabar prireikus jau galima kiekvieno žmogaus genomą nuskaityti, – sakė profesorius. – Tikimės, kad artimiausiu metu tokią galimybę turėsime ir Lietuvoje. Galėsime pereiti prie individualių žmogaus genomo tyrimų. Dabar toks tyrimas gana brangus – apie 100 tūkst. dolerių. Tačiau aparatūra tobulėja, jos greitis didėja ir artėjama prie kelių dešimčių tūkstančių dolerių, o siekiamas tikslas yra, kad tokio tyrimo kaina būtų tūkstantis dolerių. Tokia perspektyva galima po kokių penkerių ar septynerių metų.”
Tikrojo laiko beieškant
Genomo tyrimų laboratorijos įsigyta aparatūra iš pradžių bus skirta studentams mokyti, kad jie vėliau galėtų dirbti mokslo centruose dar galingesne įranga. Laboratorija, pasak J.Lazutkos, komercinių užsakymų neatlieka, nors dabar galėtų, jei toks poreikis būtų.
Papildomai užsidirbama iš mokslinių projektų. Pavyzdžiui, įsigijus naująją įrangą, dr. S.Jarmalaitės pastangomis buvo laimėtas didelis Lietuvos mokslo ir studijų fondo prioritetinių krypčių projektas – genetinių krūties ir prostatos vėžio priežasčių tyrimas. Šis projektas leido įsigyti papildomos įrangos. Vadinamasis tikrojo laiko analizatorius, atrodytų, – neišvaizdi dėžutė, bet jos kaina apie 120 tūkst. litų.
„Tikrojo laiko analizatoriumi galime tirti DNR arba RNR molekulių kiekį ir iš karto žinome geno aktyvumo lygį. Tai labai svarbu ligos, pavyzdžiui, vėžio, atveju, – pasakojo S.Jarmalaitė. – Analizė vyksta labai įdomiai: molekulė pagausinama ir kiekvienu momentu rodoma, kiek jos yra. Nepasigausinę molekulės analizuoti negalime – jos tiek mažai. Kompiuteriniai metodai leidžia nustatyti, koks kiekis buvo iš pat pradžių, ir stebėti visą gausėjimo procesą ekrane.”
Tūkstantoji milimetro dalis
Botanikos ir genetikos katedros Molekulinės genetikos laboratorijoje įrengtos keturios naujos darbo vietos ir tiek studentų ar doktorantų vienu metu gali dirbti. Pasak J.Lazutkos, kol kas nėra tokios galimybės kiekvienam studentui įrengti po darbo vietą, todėl per praktinius darbus 12 studentų, įstojusių į magistrinę studijų programą, dalijami į grupeles po keturis, kad galėtų atlikti savo užduotis – tyrinėti genetinę medžiagą, tarkim, genų sekas ar pakitimus.
Tarp įsigytų prietaisų profesorius rodė ir tokius, kurie kainuoja ne milijonus, bet be jų taip pat neįmanoma apsieiti. Pavyzdžiui, didelio tikslumo pipetė, reikalinga itin mažiems tūriams – nuo pusės mikrolitro, t.y. tūkstantosios mililitro dalies. Visi DNR tyrimai – itin mažų tūrių, nes tokios yra ir pačios DNR molekulės.
Molekulinės citogenetikos laboratorijoje moderniu fluorescuojančiu mikroskopu galima pamatyti atskiras pažymėtas chromosomų dalis ar nustatyti, kokie yra chromosomų pakitimai. Galima identifikuoti ir atskirus genus – jie taip pat matomi tarsi kokie šviečiantys taškai.
Fluorescuojančio mikroskopo esmė, kaip sakė prof. J.Lazutka, – kompiuterinės programos, leidžiančios atlikti labai daug analizių. Juo tiriamos daugiausia žmogaus chromosomos. Įranga nepaprastai svarbi žmogaus genetikos tyrimams.
VU prorektorius J.Lazutka žadėjo itin įdomią metų pabaigą. Gamtos mokslų fakultete dar bus tikrai daug naujo.