„Mokslo Lietuva“ kalbina dr. Skirmantą Kriaučionį, apdovanotą 2012 m. mokslo premija, kuri skiriama užsienyje gyvenantiems lietuviams.Pirmasis mokslinio darbo „krikštas“
Mokslo Lietuva. Gerbiamasis Skirmantai, jeigu viską teisingai supratau iš Jūsų šiandienio pranešimo, gavus garbingą premiją, tai prof. Sauliui Klimašauskui esate dėkingas už suteiktus stiprius pagrindus, kurie Jus sėkmingai atvedė ir prie reikšmingo atradimo.
Skirmantas Kriaučionis. Dar studijuodamas Vytauto Didžiojo universitete savo bakalaurinį darbą pradėjau daryti Biotechnologijos institute Sauliaus Klimašausko vadovaujamoje DNR modifikacijos tyrimų laboratorijoje. Man tai buvo labai didelis postūmis. Ta tema, prie kurios dirbau toje laboratorijoje, visą laiką ir toliau tarsi sekė mane – Edinburgo universitete Škotijoje, Rokfelerio universitete (The Rockefeller University) Niujorke ir dabar Oksfordo universitete Didžiojoje Britanijoje. Ir šiuo metu tęsiu labai panašios tematikos darbą.
Išties labai geras, stiprus pagrindas gautas S. Klimašausko laboratorijoje, man daug padėjo, jo vadovaujama DNR modifikacijos tyrimų laboratorija atlieka labai įdomius ir mokslui reikšmingus tyrimus, tad esu laimingas, kad pirmą mokslinio darbo „krikštą“ gavau būtent toje laboratorijoje.
ML. O kaip Jūs, studijuodamas Vytauto Didžiojo universitete Kaune patekote į Sauliaus Klimašausko laboratoriją?
S. Kriaučionis. Daryti baigiamąjį bakalaurinį darbą galėjome bet kuriame universitete. Žinojau, kad Biotechnologijos institute dirbami pasaulinio lygio mokslo darbai. Pradėjau domėtis, kaip galėčiau patekti į Biotechnologijos institutą, o S. Klimašausko laboratorija man ir pasiūlė ten padirbėti ir parašyti bakalaurinį darbą.
Daugybė „kodėl“ pažinimo kely
ML. Prieš daugelį metų, gal 1994 ar 1995 m. Saulius Klimašauskas susižavėjęs pasakojo apie Nobelio premijos laureatą Ričardą J. Robertsą (Richard J. Roberts), kurio vadovaujamoje Cold Spring Harbor laboratorijoje jam teko tobulintis. Dabar panašų susižavėjimą apie Saulių Klimašausko girdžiu iš Jūsų, ir tai nuostabu. Būtų puiku, jei paprastai ir visiems suprantamai paaiškintumėte savo atradimo esmę. Kaip pavyko aptikti naują DNR modifikaciją?
S. Kriaučionis. Visų pirma Natanielio Hainzo (Nathaniel Heintz) laboratorijoje sukūrėme metodus leidžiančius palygintį genų ekspresiją ir ląstelės branduolio funkcinius įpatumus tarp skirtingų nervinių ląstelių tipų. Šie metodai atvėrė duris nemažai tyrimų erdvei, kuri buvo ankščiau uždara. Lygindami anksčiau žinomos DNR modifikacijos (5-metilcitozino) kiekį netikėtai aptikome papildoma signalą, kurį identifikavus paaiškėjo, kad tai ir yra nauja DNR modifikacija. Skamba paprastai, tačiau teko nemažai dirbti siekiant paversti pirminius pastebėjimus nenuginčijamais įrodymais.
ML. Kaip Jums atrodo, kodėl S. Klimašauskas dar anksčiau to atradimo nepadarė?
S. Kriaučionis. Skyrėsi mūsų darbo objektai. Kai pradėjau dirbti Rokfelerio universitete Niujorke, mes pradėjome tyrinėti labai specifines smegenų ląsteles. S. Klimašausko laboratorijoje daugiau buvo tiriamos biocheminės bakterinių DNR metiltransferazių sąvybės (sukuriančios tikrą DNR molekulės modifikaciją). S. Klimašauskas su bendradarbiais išnagrinėjo visą biocheminį tų procesų mechanizmą iki labai smulkių ir tyrinėtojams labai įdomių detalių. Į biologinį požiūrį, įvairius ląstelių tipus jie, galbūt, didesnio dėmesio nekreipė, nes tai nebuvo jų tyrinėjimų tema.
Taip ir išėjo, kad man labai padėjo darbo su DNR modifikacijomis patirtis, įgyta Sauliaus Klimašausko laboratorijoje ir pratęsta Edinburgo universitete prof. Adriano Berdo (Adrian Bird) laboratorijoje. Pavyko rasti unikalią tyrimų nišą labai retose nervinėse ląstelėse.
ML. Kas tai per ląstelės ir kuo jo retos?
S. Kriaučionis. Mes dirbome su smegenėlėse esančiomis vadinamosiomis kriaušinėmis nervinėmis ląstelėmis, kurios dažnai vadinamos Purkinė ląstelėmis. Jos atsakingos už mūsų motoriką, t. y. judėjimą. Maždaug tūkstančiui smegenėlių ląstelių tenka trys kriaušinės nervinės (Purkinė) ląstelės. Smegenyse tos ląstelių mofidikacijos yra daug daugiau negu kituose audiniuose.
ML. O kodėl taip yra?
S. Kriaučionis. Tai „aukso puodo“ klausimas, atsakymą į kurį šiandien galėčiau tik nuspėti. Klausimas labai geras, ir šiandien į jį bandome atsakyti, bet kol kas atsakymo neturime. Žinome, kad ląstelės branduolio funkcija – reguliuoti genų ekspresiją. Mes bandome tyrinėti, kaip tos mūsų aptiktosios naujos DNR modifikacijos buvimas koreliuoja su genų ekspresijos pokyčiais ląstelėse.
ML. Kaip paaiškintumėte, kas yra genų ekspresija?
S. Kriaučionis. Kiekviena ląstelė, nors ir turi tą pačią DNR, bet ekspresuoja skirtingus baltymus. Žmogus turi apie 30 tūkst. skirtingų genų, kiekviena ląstelė naudoja apie 10 tūkst. genų. Jie kiekvienoje ląstelėje gali skirtis kokybiškai, pvz., vieni visiškai neekspresuojami smegenyse, bet ekspresuojami kitų organų ląstelėse.
Pasakysiu tokį pavyzdį. DNR – tai didelė biblioteka, sudaryta iš knygų apie organizmo susidarymą. Kiekvienai ląstelei reikalinga tik dalis tos bib-liotekos konkrečiai funkcijai atlikti. Pavyzdžiui, kraujo ląstelei reikia pernešti deguonį, smegenų ląstelei – perduoti elektrinius impulsus ir t. t. Ekspresija – tai reikalingos „knygos“ išsirinkimas iš didžiulės bibliotekos tam tikrai funkcijai atlikti. Didžią dalį knygų sustatome į lentynas, kad jos mums, t. y. ląstelėms, netrukdytų, o dažnai skaitomas reikalingiausias knygas pasidedame lengvai pasiekiamoje vietoje, kad būtų patogu prieiti, pasiimti ir perskaityti, kas reikalinga. Taip ir ląstelės branduolyje – nereikalingą informaciją koduojanti DNR yra supakuojama, o DNR reikalinga specifinės ląstelės funkcijai yra aktyviai naudojama ir skaitoma – ekspresuojama.
ML. Ir visa tai padaroma cheminiu būdu?
S. Kriaučionis. Taip, cheminiu.
ML. Tiriate kaip įprasta biochemikams. Jeigu būtumėte biofizikas, tikriausiai tyrinėtumėte ir kokią reikšmę bent kai kuriems iš tiriamų reiškinių turi taip pat elektriniai ar elektrocheminiai potencialai, jonų judėjimas ląstelėje ir pan. Ar pakanka giliam ląstelėje vykstančių procesų supratimui vien chemijos?
S. Kriaučionis. Bent jau mūsų tyrimams pakanka. Molekulės ląstelėje „kalbasi“ cheminių reakcijų kalba.
Ir zebražuvė gali padėti ieškant vėžio sukėlėjų
ML. Jūsų atliekami genetiniai ir ląsteliniai smegenų tyrimai visų pirma ir reikalingi suprasti smegenyse vykstančius reiškinius. Vadinasi, išmokti veikti smegenis?
S. Kriaučionis. Šie tyrimai reikalingi norint suprasti smegenų veiklą, taip pat ir vėžio ląstelės susidarymą. Mes dabar žinome, kad mūsų aptiktoji DNR modifikacija – 5-hidroksimetilcitozinas – ląstelėje prarandama jai tapus vėžine.
ML. Prarandama, vadinasi, užblokuojama, ar kaip kitaip sustabdoma šios DNR modifikacijos veikla?
S. Kriaučionis. Deja, kol kas nežinome, kaip tai nutinka, todėl ir siekiame išsiaiškinti. Tiesiog šios DNR modifikacijos yra daug mažiau vėžiniame audinyje.
ML. Bet tam tikrų idėjų turite? Žinoma, jeigu išmintinga jas iš anksto pagarsinti.
S. Kriaučionis. Vienas iš galimų mechanizmų, kurį bandome išsiaiškinti, galėtų būti toks. Už aptiktosios DNR modifikacijos sukūrimą atsakingas baltymas kai kuriais kraujo vėžio atvejais yra mutuotas – neaktyvus. Tas baltymas yra deaktyvuojamas ir DNR modifikacija prarandama. Kitų vėžių atveju pasireiškia sudėtingesni veikimo mechanizmai, kuriuos mes suprantame ne visiškai, neaišku ir kaip ta modifikacija prarandama.
ML. Kalbate apie smegenų vėžį?
S. Kriaučionis. Nebūtinai smegenų. Buvo nagrinėjama daugelis vėžio tipų ir dažniausia ryšys su DNR modifikacija buvo stebimas.
ML. Tai fundamentiniai tyrimai, kiek suprantu. Net jei pavyktų išsiaiškinti priežastis ir pasekmes, matyt, negreit pavyktų sukurti veiksmingus vaistus nuo vėžio. Reiktų klinikinių bandymų, aprobacijų ir tai užtruktų metų metus.
S. Kriaučionis. Sunku pasakyti. Taip, tai fundamentinių tyrimų etapas, bandome aiškintis vėžio atsiradimo mechanizmą. Man atrodo, kad užčiuopėme siūlo galą, turime idėjų, kaip būtų galima mūsų tyrimų rezultatus susieti su vaistais ir gydymo galimybėmis. Jeigu pavyktų nustatyti visus fermentus, kurie veikia DNR modifikacijos susidarymą, galėtume kurti vaistus aktyvuojančius ar slopinančius fermentus, dalyvaujančius vėžio susidaryme.
ML. Jeigu yra vėžinė ląstelė, reiktų užblokuoti ar atblokuoti Jūsų aptiktąją geno modifikaciją?
S. Kriaučionis. Reikia tą modifikaciją paleisti vėl veikti, vadinasi, reikia ją atblokuoti. Neseniai žurnale „Cell“ publikuota studija, kurioje aprašytas žuvyse sukurtas vėžio modelis. Atkūrus minėtą DNR modifikaciją stebimas vėžio slopinimas.
ML. Bet tai ne reali žuvis ir ne realus vėžys, bet kompiuteriniu būdu sukurtas modelis?
S. Kriaučionis. Ne, tai biologinis modelis. Žinant, kokios mutacijos susirgus vėžiu pasireiškia žmogaus organizme, tos pačios mutacijos sukeliamos žuvyse. Praktiškai tai sukeltas realus vėžio susirgimas. Dirbama su zebražuvėmis (Zebra fish), ešeržuvių šeimos žuvimis.
Kaip ląstelė bendrauja su aplinka?
ML. Kaip dabar jaučiatės vadovaudamas Oksfordo universiteto Ludvigo vėžio instituto tyrimo atskirai tyrimų grupei?
S. Kriaučionis. Lietuvių Oksfordo universitete nėra daug, gal maždaug 15 studentų susidarytų. Su jais tenka šiek tiek bendrauti. Vadovauju Epigenetikos mechanizmų tyrimų laboratorijai. Tiriame aplinkos poveikių sukeltus požymius ir tų požymių perdavimą iš ląstelės į ląstelę, kai kuriais atvejais iš organizmo į organizmą. Tai epigenetinių mechanizmų pagrindas, bandome išsiaiškinti, kaip ląstelė suvokia aplinkos poveikį.
ML. Kaip ląstelė „kalbasi“ su aplinka?
S. Kriaučionis. Būtent kaip „kalbasi“ ir reaguoja į aplinką, kaip atsimena tą aplinkos poveikį, pagaliau, kaip ląstelei dalijantis ta informacija perduodama.
ML. Perduodame ainiams?
S. Kriaučionis. Kad perduodama iš organizmo į organizmą, tai akivaizdu. Mes neabejojame, kad informacija perduodama ir iš ląstelės į ląstelę. Kiek tos informacijos paveldima – kitas klausimas, ne visai aiškus.
ML. Bijau pasirodyti įkyrus ir nuobodus, bet suabsoliutinus vien biocheminius informacijos perdavimo mechanizmus, už „borto“ gali būti palikti ir kiti informacijos perdavimo būdai. Pagaliau ir tų mechanizmų tarpusavio santykiai, galimas sinerginis ryšys.
S. Kriaučionis. Tarp kitko, tai pakankamai įdomi idėja, jei mintyje turite nervinių ląstelių veiklą. Nėra pilnai aišku, kaip veikia ilgalaikė žmogaus atmintis. Žinoma, kad trumpalaikė atmintis, elgsena yra užkoduojama nerviniuose tinkluose ir juose elektriniai potencialai vaidina svarbų vaidmenį. Bet kaip veikia ilgalaikė atmintis, kaip žmogus atsimena, kas vyko prieš 50 metų? Kaip smegenys tą informaciją išlaiko? Spėjama, kad tai priklauso nuo tų pačių mechanizmų, kurie reguliuoja genų ekspresiją. Aplinkos poveikis ląstelei – tarsi elektrinis impulsas. Galimas daiktas, ląstelė atsimena tuos elektrinius impulsus, ir ta atmintis gali būti koduojama epigenetiniais mechanizmais. Labai įdomios idėjos, bet dar nėra pakankamai mokslinių įrodymų, kad jos teisingos. Tai hipotezės.
ML. Reikia sutelktų biochemikų ir biofizikų pastangų.
S. Kriaučionis. Šiek tiek dirbama ir mūsų laboratorijoje. Su elektrofiziologija kiek mažiau dirbame, bet yra kitos laboratorijos, kurios dirba labai intensyviai.
Tad ką daro naujoji DNR modifikacija?
ML. Nuostabūs dalykai: aplinka „kalbasi“ su ląstele, o gal ląstelė – su aplinka. Nežinia, kas su kuo mezga ir palaiko naudingus ryšius. Yra apie ką pagalvoti, nes tai juk ir gyvybės užuomazgų klausimai. Manau, galintys rūpėti ir filosofams.
S. Kriaučionis. Epigenetinių mechanizmų buvimas šiek tiek reabilituoja Žano Baptisto Lamarko (Jean-Baptiste Lamarck, 1744–1829) teoriją. Jis iškėlė mintį, kad rūšys per ilgą laiką pakinta, ir 1809 m. paskelbė savo evoliucijos teoriją. Yra nedidelė dalis požymių, kurie įgyjami ne selekcijos būdu, o tiesiogiai įgyjami veikiant aplinkai ir, galimas dalykas, paveldimi. Augaluose tų požymių iš tikro esama ir tai privalumas, kadangi augalas negali pabėgti užėjus šalčiams ar sausrai, jiems reikia prisitaikyti. Įgytų požymių paveldėjimas, galbūt svarbesnis augalams negu žinduoliams, kurie turi kitokius poreikius.
ML. Ką toliau tirsite savo darbe?
S. Kriaučionis. Prieš trejus metus naujos DNR modifikacijos pastebėjimas ir aprašymas atvėrė daug naujų durų. Dabar reikia atsakyt į klausimus, kuriuos iškėlė naujos modifikacijos radimas.
ML. Kokio atsakymo, rezultato pageidautumėte?
S. Kriaučionis. Įdomu būtų pamatyti, kad nauja DNR modifikacija atlieka kokią nors unikalią jai skirtą funkciją ląstelėje. Tam teikia atlikti tyrimus ir išsiaiškinti modifikacijos paskirtį.
ML. Kas šiandien gali paneigti, kad tai nebus naujas žingsnis ir gyvybės užuomazgų pažinimo link. Beje, nepaklausiau, ką Jums reiškia gautoji mokslo premija?
S. Kriaučionis. Pirmiausia – pripažinimą Lietuvoje, kur Sauliaus Klimašausko vadovaujamoje laboratorijoje pradėjau mokslinį darbą. Tuo labai didžiuojuosi ir džiaugiuosi, kad tėvynėje esu pastebėtas ir įvertintas.
Kalbėjosi Gediminas Zemlickas
Gedimino Zemlicko nuotrauka