Mokslas ir IT

2020.05.11 10:36

Mokslininkė Simona Strazdaitė apie savo naujausią tyrimą: bandome suprasti sunkias ligas lemiančius procesus

LRT.lt2020.05.11 10:36

Šio mėnesio prestižiniame moksliniame žurnale „Langmuir” skelbiamas unikalus Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) mokslininkės dr. Simonos Strazdaitės tyrimas „Lizocimo agregatų, adsorbuotų lipidas/vanduo ir oras/vanduo fazių ribose, struktūrų nustatymas”. Taip pat žurnalo viršelyje publikuojama šio mokslinio tyrimo iliustracija, kurią sukūrė pati straipsnio pirmoji autorė. Apie tai, kuo pasauliui svarbus šis fundamentinis mokslinis atradimas, papasakojo pati mokslininkė.

FTMC Organinės chemijos skyriuje, Spektroelektrochemijos laboratorijoje dirbanti dr. S. Strazdaitė kartu su grupe mokslininkų ištyrė unikalią baltymų agregatų ir modelinės ląstelės membranos sąveiką. Mokslininkai nustatė, kad baltymo agregatai pritraukiami prie membranos ne tik dėl krūvio, bet ir dėl hidrofobinės sąveikos, kuri galimai sustiprėja membranai pasidarius netvarkingai, rašoma pranešime spaudai.

Šie S. Strazdaitės kartu su kolegomis vystomi baltymų agregacijos tyrimai gali prisidėti prie supratimo, kaip vystosi sudėtingos ir nepagydomos Alzheimerio, Parkinsono ir kitos neurodegeneracinės ligos.

– Simona, kaip įvardintumėte šio tyrimo objektą, tematiką? Kodėl pasirinkote būtent šią tyrimų kryptį, ar šie tyrinėjimai – tęstinė jūsų mokslinė veikla?

– Tyrinėjame baltymų agregaciją. Tai – labai sudėtingas procesas, kurio metu baltymai lyg „Lego“ konstruktoriaus detalės susijungia tarpusavyje ir sudaro didesnius darinius. Paprastai kalbant, žmogaus organizme yra daugybė įvairiausių baltymų, kurie atlieka tam tikras funkcijas. Dėl pasikeitusių sąlygų baltymai gali suskilti arba pakeisti savo struktūrą, o tai gali inicijuoti jų agregaciją – susijungimą. Agregacijos proceso metu baltymai jungiasi, sudarydami įvairias didesnes struktūras. Šie didesni baltymų dariniai yra pavojingi mūsų ląstelėms, nes jas sužaloja ir jos pradeda nykti. Būtent tokiu būdu išsivysto nepagydomos neurodegeneracinės ligos, pavyzdžiui, Alzheimerio ir Parkinsono.

Baltymų agregacijos tema man yra labai įdomi ir žavi, nes apjungia labai daug skirtingų sričių – fiziką, biochemiją ir net šiek tiek medicinos.

Šiame darbe tyrimams pasirinkome baltymą, vadinamą lizocimu. Nors šio baltymo agregacijos procesas žmoguje nesukelia jokios ligos, bet jis dažnai naudojamas kaip modelinis baltymas būtent tokiems tyrimams. Lizocimas gerai ištirtas ir jo agregaciją lengva valdyti, tad mūsų komandos pirmajam tyrimui buvo puikus kandidatas. Taip pat toliau tęsime mokslinius tyrimus su sudėtingesniais baltymais, pvz., beta amiloido peptidu, kuris laikomas pagrindiniu Alzheimerio ligos sukėlėju, nes, kaip minėjau, kaupdamasis smegenyse, skatina jų ląstelių nykimo procesus.

Mūsų atliekami moksliniai tyrinėjimai turi labai aiškią pritaikomąją naudą, nors tai yra fundamentiniai tyrimai ir mes nesiekiame išsiaiškinti, kaip šias ligas išgydyti Tačiau, svarbu pažymėti, kad su šiais, iki galo dar neišaiškintais baltymų agregacijos procesais, kuriuos mūsų mokslininkų grupė ir tyrinėja, siejama daugiau nei trisdešimt įvairių ligų. Kiekvienas mokslinis tyrimas – tai dar vienas žingsnis link ligos procesų suvokimo, diagnostikos ir gydymo.

– Kiek laiko vyko tyrimas, kokius inovatyvius metodus naudojote?

– Galima pasakyti, kad tai – tęstiniai tyrimai. Šiame darbe naudojome gana sudėtingą lazerinę spektroskopijos sistemą, su kuria galima tirti ir įvertinti, kaip įvairūs baltymai agreguojasi vandens bei kituose paviršiuose. Manoma, kad baltymų agregacija gali būti paspartinama, kai baltymai sąveikauja su ląstelės membrana. Tačiau dauguma mokslinių metodų, iki šiol naudojamų baltymų agregacijos tyrimams, negali šios sąveikos ištirti.

Mes panaudojame tokią metodiką, kuri yra jautri paviršiui. Laboratorijoje sukuriame imitacinę tikros ląstelės membraną ir stebime, kaip ties ja kaupiasi ir agreguojasi baltymai. Inovatyvių technologijų dėka galime pamatyti, kaip baltymas sąveikauja su įvairiais paviršiais, pavyzdžiui, modeliniu lipidiniu monosluoksniu, kuris yra labai supaprastintas ląstelės membranos modelis.

– Kaip pasiskirstėte darbus su kitais komandos nariais – mokslininkais, padėjusiais įgyvendinti šią jūsų mokslinę idėją?

– Šį tiriamąjį darbą man padėjo atlikti tarptautinė komanda: FTMC dokt. Edvinas Navakauskas, prof. Gediminas Niaura, dokt. J. Kirschner (Technical University of Vienna) ir dr. T. Šneideris (VU GMC). Tyrimo idėją ir matavimų eigą, duomenų analizę, interpretaciją bei straipsnio ruošimą atlikau aš. Matavimus vykdė E. Navakauskas, o mokslinėse diskusijose dalyvaudavome visi kartu. Taip pat prireikė pagalbos iš kitų mokslininkų grupių, atlikti įvairius kitokius matavimus. Dr. Tomas Šneideris (VU GMC) padėjo mums įvaizdinti tuos baltymų agregatus su atominės jėgos mikroskopija, kad galėtume vizualiai pamatyti, kaip jie atrodo.

Išanalizuoti duomenis pagelbėjo mokslininkas iš Austrijos, Johannes Kirschner (Technical University of Vienna). Svarbu paminėti, kad projektas buvo finansuojamas Europos Komisijos. 2018 metais laimėjau individualią Marie-Skłodowska Curie stipendiją šiems tyrimams atlikti.

– Kokią mokslinę reikšmę turi jūsų šis publikuotas mokslinis tyrimas? Kokių svarbių, naujų, unikalių rezultatų atradote?

– Metodas, kurį mes taikome savo moksliniuose tyrinėjimuose, kol kas nėra plačiai naudojamas baltymų agregacijos tyrimuose. Todėl dar yra labai daug neatsakytų klausimų, kaip jį pritaikyti.

Tačiau, mes pirmą kartą su šiuo metodu ištyrėme baltymo agregatų adsorbciją ties modeline membrana ir, tuo pačiu metu, nustatėme tų adsorbuotų agregatų struktūras. Tyrimų metu pamatėme, kad net pats mažiausias kiekis agregatų, iš karto adsorbuojasi ties membrana. Tas kiekis toks mažas, kad ne visomis technikomis galima pastebėti, kad jau yra susidariusių didesnių baltyminių darinių. Tai parodo, kad jau labai ankstyvoje baltymo agregacijos stadijoje, agregatai sąveikauja su ląstelių sienelėmis ir jas paveikia.

Vystydami tyrimus toliau, ieškojome, kokios jėgos nulemia tuos procesus, kodėl agregatai adsorbuojasi taip greitai. Iki šiol mokslininkai gerai žinojo faktą: jei baltymo agregatai ir membrana turi skirtingus krūvius, tai dėl stiprios sąveikos tarp tų krūvių, jie efektyviai pritraukiami prie membranos.

Tuo tarpu mes ištyrėme ir parodėme, kad kita, vadinamoji hidrofobinė sąveika, taip pat turi labai didelę įtaką pritraukimui. Mokslinių tyrimų metu mums pavyko nustatyti, kad net kai baltymo agregatų krūvis labai sumažėjęs, jie vis tiek taip pat efektyviai pritraukiami prie membranos. Hidrofobinė jėga sustiprėja, kai membrana tampa netvarkinga ir dalis jos įsiterpia į vandens paviršių.

– Kaip jūsų šio publikuojamo tyrimo rezultatai gali įtakoti, būti naudingi vystant Alzheimerio, Parkinsono ir kt. ligų diagnostikos, gydymo procesus?

– Kaip jau minėjau, šiais tyrimais nesiekiame išgydyti Alzheimerio ar kitų ligų, kurias sukelia baltymų agregacijos procesai. Mūsų atliekami tyrimai yra fundamentiniai, teikiantys naujas žinias: bandome suprasti pačias smulkiausias detales, aiškinamės, kaip tas procesas vyksta molekuliniame lygmenyje. Tačiau esu tikra, kad šie mūsų moksliniai atradimai, mūsų darbas yra labai svarbi pagalba ieškant ir surandant efektyvius Parkinsono, Alzheimerio ir kt. ligų gydymo būdus.

Mokslinių tyrimų metu nustatėme: net pats mažiausias baltyminių darinių kiekis – prisijungia prie membranos. Tai reiškia, kad su liga, kurią sukelia baltymų agregacija, reikia pradėti kovoti pačioje ankstyviausioje stadijoje, kiek įmanoma anksčiau ją diagnozuoti.

Būtent šia kryptimi šiuo metu ir vykdomi taikomieji tyrimai: mokslininkai bando sukurti, atrasti metodus, kurie padėtų kuo anksčiau diagnozuoti beprasidedančią baltymų agregaciją žmogaus organizme. Taip pat šio mokslinio tyrimo metu pamatėme, kad membranos netvarkingumas nulemia baltyminių darinių pritraukimą. Žmogaus ląstelių membranos su amžiumi darosi mažiau tvarkingos, nes keičiasi jų sudėtis. Galima būtų ieškoti būdų, kaip pristabdyti ligų vystymąsi, išlaikant žmogaus ląstelių membranų sudėtį nepakitusią.

Metodika, kurią mes taikome savo moksliniuose tyrinėjimuose, yra sudėtinga, ir nedaug pasaulio mokslininkų, tiriančių baltymų agregaciją, ją naudoja. Aš tikiuosi, kad šis mūsų darbas, įkvėps daugiau mokslinių grupių panaudoti šį metodą būtent tokiems tyrimams. Svarbu tai, kad su šiais, iki galo dar neišaiškintais baltymų agregacijos procesais, kuriuos tyrinėja mūsų mokslinė grupė, siejama daugiau nei trisdešimt įvairių ligų. Kiekvienas mokslinis tyrimas – tai dar vienas svarbus žingsnis link sudėtingų ligų procesų suvokimo, diagnostikos ir gydymo.

– Žurnale publikuojamą jūsų mokslinį tyrimą puošia pačios sukurta iliustracija. Kokius procesus pavaizdavote?

– Esu mokslininkė, bet taip pat ir meniškas žmogus. Labiausiai traukia vizualieji menai, tad sukurti šį viršelio dizainą man buvo visai nesunku. Iliustracijoje pavaizdavau supaprastintą membranos modelį ant vandens paviršiaus ir baltymų agregatus, pritraukiamus iš vandens. Spinduliai simbolizuoja lazerinę sistemą, kurią naudojame tų darinių struktūros nustatymui. O fone matosi paties agregato struktūra, kuri buvo nustatyta su branduoliniu magnetiniu rezonansu (laisvai prieinama baltymų struktūrų duomenų bazėje). Išties smagu, kad mano kurtas viršelis buvo priimtas.

– Ką šis faktas, kad viršelyje skelbiama tyrimo iliustracija, reiškia jums, publikacijos pirmajai autorei? Įdomu, kaip redakcinė kolegija atrenka mokslinių straipsnių iliustracijas?

Kiekvienas „Langmuir“ žurnalo leidimas turi vieną pagrindinį ir tris papildomus viršelius, jie visi publikuojami internete, žurnalo pagrindiniame puslapyje (home page). Labai džiaugiuosi, kad mūsų tyrimas pateko ant vieno iš „Langmuir“ viršelių. Nes šis mokslinis darbas man buvo tikrai didelis iššūkis. Buvo tikrai sunkių, kritinių momentų, kai atrodė, jog mes nieko nebesuprantame, paklydome tarp daugybės duomenų...

Tad šis, pačios sukurtas viršelis – tarsi apvainikuoja visą mūsų sunkų darbą. Tai lyg šviesa tunelio gale: primena, kad mums su kolegomis pavyko suprasti tam tikrus procesus, atrasti naujų dalykų, ir – įkvepia toliau dirbti bei išsiaiškinti daugiau svarbių žmonėms dalykų.

Tai – svarbus patvirtinimas, jog žurnalo redakcinės kolegijos nuomone, ši mokslinė publikacija yra aktuali ir bus įdomi tarptautinei mokslininkų bendruomenei. Paskelbtas mūsų tyrimo pavadinimas ir iliustracija viršelyje lemia daugiau mokslininkų dėmesio mūsų moksliniam tyrimui. O tai – labai svarbu dialogui, skirtingų, tarptautinių mokslinių grupių bendradarbiavimui, kuris būtinas, kad tam tikra tema būtų toliau vystoma ir plėtojama. Nes pasaulio mokslinė bendruomenė skelbia labai daug mokslinių straipsnių, neįmanoma jų visų peržiūrėti. Dažniausiai mes, mokslininkai, skaitome tik savo srities straipsnius. Bet aš manau, kad svarbu susipažinti ir su kitų sričių tyrėjų vykdomais darbais. Viliuosi, kad atsiras mokslininkų, galbūt net nedirbančių su baltymų agregacija, kurie perskaitę būtent šią publikaciją, sugalvos, kaip, pavyzdžiui, jo vystomi metodai gali prisidėti prie baltymų agregacijos supratimo.

– Studijavote užsienyje, grįžote dirbti į Lietuvą, Fizinių ir technologijos mokslų centrą. Kas lėmė ir paskatino pasirinkti mokslininkės kelią? Kodėl pasirinkote būtent šią sritį: kartu suskaičiavome, kad tai jau 12-toji jūsų mokslinė publikacija?

Neteikiu didelio dėmesio publikacijų skaičiui, man svarbiausia, kad darbas, kuris publikuojamas tikrai įneštų vertės ir supratimo į pasirinktą temą.

Mokslininke tapau vedina altruistinių ketinimų. Tikėjausi, kad dirbdama moksle – galėsiu daugiausia duoti žmonėms, visuomenei. Esu plungiškė, dar mokykloje pamėgau fiziką, chemiją, vėliau – astronomiją. Atrodė, kad jeigu jau turiu tokių sugebėjimų, galiu suprasti įvairius sudėtingus fizikinius, cheminius procesus, sugebu greitai juos įsisavinti – turiu žinias ir gebėjimus panaudoti geriausiems tikslams. O baltymų agregacijos tema tarsi pati atkeliavo pas mane. Daug laiko gilinausi į įvairias spektroskopijos temas, parašiau magistrinį darbą.

Po studijų VU, Amsterdamo Atominės ir molekulinės fizikos institute, kuriame įgijau daktaro laipsnį, dirbau netiesinės virpesinės spektroskopijos srityje ir pradėjau tyrimus su baltymais, bet ne tokiais, kurie agreguoja ir sukelia ligas. Man patiko tyrinėti baltymus, atrodė – sudėtinga, bet tuo pačiu labai įdomu. Tad kai grįžau į Lietuvą ir FTMC prof. Gediminas Niaura pasiūlė šią baltymų agregacijos temą, apie kurią jau buvau girdėjusi anksčiau, pasiūlymas mane iškart labai sudomino ir pradėjome mokslinius tyrimus. Šiandien žurnale skelbiamas straipsnis – tęstinės ir nelengvos mokslinės veiklos rezultatas, kuriuo didžiuojamės kartu su visa komanda.