Ļoti novērtēju Latvijā gūto pieredzi

Nobela prēmijas laureātu tikšanās Lindau katalogā ir norādīta jūsu specialitāte – kodola membrāna, lipīdi, lipīdu metabolisms, šūnu membrānas, membrānas morfoloģija, šūnas kodola poras. Vai varat, lūdzu, vienkāršiem vārdiem pastāstīt, ko pētāt?

Es nodarbojos ar molekulāro bioloģiju. Maksa Peruca laboratorijā (Max Perutz Labs), Vīnes Universitātē, pētām kodola membrānu. Tā ir membrāna, kas aizsargā mūsu ģenētisko informāciju, DNS. Atšķirībā no baktērijām, eikariotiem, tātad arī cilvēkiem, ir šūnas kodols un kodola membrāna, kas aizsargā genomu un nodrošina papildu regulācijas iespēju, atdalot ģenētisko informāciju no pārējās šūnas. Konkrētāk – pētām lipīdu sastāvu kodola membrānā, proti, kā lipīdu sastāva izmaiņas ietekmē kodola membrānas funkcionalitāti. Tā ir fundamentālā zinātne. Tas nozīmē, ka pētām to, kas vispār nav zināms. Ja kaut ko atklājam, esam pirmie.

Ko jau esat atklājuši un ko cerat atklāt? Kāda ir ideja?

Esam atklājuši, ka tad, ja tiek palielināts piesātināto taukskābju līmenis šūnā, tas izmaina kodola morfoloģiju. Parasti kodols ir apaļš. Redzam, ka tas zaudē formu. Nākamais līmenis ir kodola poras, kas regulē transportu starp kodolu un pārējo šūnu. Mūsu šūnas kodolā no DNS tiek veidoti RNS, kas caur kodola porām nonāk pārējā šūnā un veido proteīnus. Novērojam, ka tad, ja tiek izmainīts lipīdu sastāvs, šīs kodolu poras, kas veic transporta funkciju, vairs nav efektīvas. Kodola membrānas barjeras funkcija, kas ir ļoti svarīga, lai notiktu pareiza, kontrolēta gēnu ekspresija, izmainās.

Vai šie pētījumi ļaus atklāt ko jaunu par cilvēka fizioloģiju, ietekmi uz veselību?

Šobrīd mēs veicam pētījumus ar rauga šūnām, jo tām ir vairākas priekšrocības: tajās ir mazāk lipīdu, un kodola membrāna šūnu dalīšanās laikā nekad netiek izjaukta. Nākamais solis būtu pētīt, vai viss, ko esam atklājuši, ir redzams arī cilvēka šūnās. Kā jau minēju, tā ir fundamentālā zinātne – neizstrādājam zāles, vakcīnas. Tomēr mūsu atklājumi var palīdzēt izprast procesus šūnā, kas šobrīd vēl nav zināmi. Piemēram, esam atklājuši, ka membrānas funkciju ietekmē arī samazināts skābekļa daudzums. Savukārt samazināts skābekļa daudzums ir novērojams ļoti daudzu audzēju gadījumos. Līdz ar to, iespējams, nākotnē atradīsim saistību starp izmaiņām šūnu membrānā un skābekļa nepietiekamību, kā arī to, vai un kā tas var ietekmēt vēža šūnas.

Ir zināms –, ja vēža šūnām nav pietiekami daudz skābekļa, mainās to īpašības, piemēram, tām veidojas rezistence un metastāzes. Varbūt nākotnē izdosies atklāt papildu saiknes, labāk izprast to dabu.

Ir milzīga atšķirība starp fundamentālo zinātni un lietišķo zinātni. Nevaram droši pateikt, kāds būs galarezultāts.

Mani tomēr interesē, kā teorētiski var pieaugt piesātināto taukskābju līmenis cilvēka šūnā? Vai nākotnes pētījumos tam varētu meklēt saistību ar ārējo vidi, uzturu?

Protams, uzturs ietekmē. Tas, kas tiek uzņemts ar pārtiku, mūsu gremošanas traktā tiek sadalīts līdz sīkākām vienībām – aminoskābēm, taukskābēm, vienkāršo cukuru, kas pēc tam tiek nogādāts šūnā un izmantots kā izejvielas, lai, piemēram, veidotu jaunas membrānas. Ja tiek uzņemts daudz piesātināto tauku, tad tas, protams, ietekmē šūnu funkcionalitāti. Tomēr jāsaprot, ka visam jābūt līdzsvarā, – šūnām nepieciešamas gan piesātinātas, gan nepiesātinātas taukskābes. Tāpat šūnām ir izstrādāti dažādi mehānismi, kā regulēt šo līdzsvaru. Taču tad, kad tiek pārsniegta šūnu regulēšanas kapacitāte, liels daudzums piesātināto taukskābju var izraisīt šūnu “stresu”, toksicitāti un izmaiņas funkcionalitātē.

Savā pētījumā es šūnām izmantoju arī dažādas “diētas”, lai noteiktu, kāda ir to ietekme uz šūnu membrānām.

Otrs faktors, kuru minējāt, ir ārējā vide. Piesārņojums ar dažādām ķīmiskajām vielām var izmainīt lipīdu metabolismu. Jau patlaban ir zināmas vairākas vielas, noteikti ir vēl vielu, par kurām mēs šobrīd nezinām. Jebkurš faktors, kas rada mutācijas, var izraisīt mutāciju gēnā, kas ir atbildīgs par lipīdu metabolismu, tādējādi izmainot taukskābju sastāvu. Eksperimentos mēs izmantojam ne tikai dažādas “diētas”, bet arī ķīmiskas vielas un samazinātu skābekļa daudzumu. Novērojam, ka visiem šiem faktoriem ir ietekme.  

Kā no mazas skoliņas Jaunaucē nonācāt līdz molekulārajai bioloģijai un pēcdoktorantūrai Vīnes Universitātē?

Jā, es pabeidzu pamatskolu Jaunaucē. Vēlāk mācījos Latvijas Universitātes Bioloģijas fakultātē. Skolas laikā man padevās ļoti daudz lietu, bija grūti izvēlēties, ko mācīties. Es gribēju darīt kaut ko tādu, kam ir pielietojums, devums cilvēkiem. Ķīmija un bioloģija bija tās divas jomas, kurās saskatīju, ka varētu daudz ko darīt, pētīt un attīstīt. Beigās izvēlējos bioloģiju, jo man ļoti interesēja ģenētika, šūnu bioloģija, eksperimenti. Sapratu, ka zinātne ir tas, ko es gribu darīt, tieši pētīt šūnas, jo tās ir daļa no mums, saprast vairāk un, iespējams, arī kaut ko atklāt, kas noderētu cilvēkiem.

Man nebija apzināta mērķa mācīties ārzemēs. Savu bakalaura darbu izstrādāju Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centrā, kur mana darba vadītāja pastāstīja par iespēju pieteikties vasaras skolai Vīnes Biocentrā (Vienna BioCenter), kur var aizbraukt, divus mēnešus piedalīties kādā pētījumā un redzēt, kā tur notiek zinātne, gūt jaunu pieredzi. Es pieteicos, izturēju atlasi un aizbraucu. Jau pirmajās nedēļās grupas vadītājs novērtēja, kā strādāju, un piedāvāja iespēju palikt Vīnē, kur man būtu nodrošinātas studijas, iespēja strādāt laboratorijā, pētīt un saņemt algu. Pašai nekas nebija jāmeklē. Es nevarēju atteikties no šādas iespējas turpināt izglītību labā un sakārtotā zinātniskajā vidē.

Latvijā šādu iespēju īsti nav.

Jā. Vīnes Biocentrā ir arī doktorantūras programma. Ja tajā izdodas nokļūt, izturot atlasi, visu doktorantūras laiku ir nodrošināta alga, kas ir pietiekami laba, lai varētu pilnībā nodoties pētījumiem un nevajadzētu meklēt darbu citur.

Vai varat teikt, ka Latvijas izglītības sistēma bija labs atspēriena punkts?

Jā, taču nevaru objektīvi spriest par situāciju zinātnē Latvijā, kāda tā ir pašreiz, jo vairākus gadus esmu strādājusi Vīnē. Tomēr, runājot par laiku, ko pavadīju studijās Latvijā, varu teikt, ka, protams, šeit nebija tādu līdzekļu eksperimentu veikšanai un daudziem studentiem neko nemaksāja par to, ka viņi veic pētījumus.

Vienlaikus pozitīvi bija tas, ka jau otrajā kursā, bakalaura programmā, es ļoti viegli atradu iespēju strādāt Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centrā, līdz ar to ieguvu pieredzi pētījumu veikšanā.

Tas, ka esi universitātē, klausies lekcijas un veic nelielus laboratorijas darbus studiju kursos, nesniedz pilnvērtīgu skatījumu, pieredzi un zināšanas par to, kā norit pētniecība ilgtermiņā.

Tieši tāpēc ļoti novērtēju, ka Latvijā bija salīdzinoši viegli iegūt pētniecības pieredzi laboratorijā, kas man noderēja Vīnē. 

Protams, jāpiebilst, ka tas nebūtu iespējams, ja no studijām brīvajā laikā vajadzētu papildus strādāt, lai nopelnītu iztiku. Es saņēmu stipendiju un varēju strādāt laboratorijā.

Vai ārzemēs ir lielāka konkurence, lai iegūtu praksi laboratorijā?

Grūti pateikt. Drīzāk teiktu, ka ārzemēs ir plašākas pētniecības iespējas. Piemēram, Vīnē mums blakus ir vairāki lieli institūti, ārpus Vīnes ir ļoti liels bio centrs. Medicīnas fakultātē notiek ļoti daudz pētījumu. Jā, studentu ir krietni vairāk, bet arī pētniecības institūtu un iespēju ir ievērojami vairāk.

Nobela prēmijas laureātu tikšanās Lindau forumā viens no vadmotīviem šogad ir “daudzveidība”. Šī pasākuma padomes prezidente, kontese Betina Bernadote (Bettina Bernadotte) atsaucās uz datiem, ka zinātnisko pētījumu kvalitāte ir augstāka komandās, kurās ir pārstāvētas dažādas etniskās grupas. Šis viedoklis šeit caurvij daudzas paneļdiskusijas. Kā to vērtējat? Cik liela nozīme ir dažādu viedokļu, ideju apmaiņai zinātniskajā darbā ikdienā?

Protams, komunikācija ar citiem zinātniekiem ir ļoti svarīga. To redzu arī savā darbā Vīnes Biocentrā. Tas ir liels institūts, tajā strādā ļoti daudz augsta līmeņa zinātnieku. Brīžos, kad atklāj ko jaunu, redzi savās šūnās kaut ko tādu, ko, iespējams, nebiji gaidījis, vienmēr zini, ka netālu ir cilvēki, kas nodarbojas ar kaut ko līdzīgu. Varu uzrakstīt e-pastu vai aiziet aprunāties, iegūt jaunu informāciju gan par metodēm, gan teoriju.

Tas, ka apkārt ir ļoti laba zinātniskā vide, domu un ideju apmaiņa, ļoti palīdz attīstīties.

Jā, paneļdiskusijā bija liels uzsvars zinātniekiem no citām valstīm un kultūrām. Es piekrītu, ka tas ir svarīgi, bet vēl būtiskāk ir tas, kāda ir šo cilvēku pieredze. Zināšanu daudzveidība ir svarīgāka. Manuprāt, nav tik lielas nozīmes tam, no kurienes šie cilvēki nāk, bet tam, ar ko viņi līdz šim ir nodarbojušies. Ja viņi savā valstī ir izmantojuši citas metodes, pētījuši nedaudz citu virzienu, šīs zināšanas un pieredze bagātina, to var izmantot un likt kopā, lai veiktu pavisam jaunu, unikālu pētījumu.

Zināšanu apmaiņa ir nozīmīga arī tāpēc, ka mūsdienās arvien vairāk pētījumu notiek starpdisciplināri.

Piemēram, bioinformātika, kur pārklājas divas zinātnes jomas, kurās katrā atsevišķi nevarētu atklāt to, kas ir iespējams, ja tajās sadarbojas.

Kopā ar jaunajiem zinātniekiem, kuri strādā ASV un Vācijā.

FOTO: no personīgā arhīva.

Tātad norobežošanās nacionālajā zinātnes burbulī ir ierobežojoša?

Jā, tādēļ zinātnieki lasa publikācijas, kurās var uzzināt, ko dara citi. Informācijas apmaiņa ir iespējama, apmeklējot konferences. Tā gan nav aktīva domu apmaiņa ikdienā.

Šajā forumā bija unikāla iespēja arī tikties klātienē un klausīties vairāku izcilu zinātnieku lekcijas par viņu ceļu zinātnē un nonākšanu līdz atklājumiem, par kuriem ir saņēmuši Nobela prēmiju. Ko tas jums nozīmē?

Tas man nozīmē ļoti daudz, jo redzu un labāk saprotu, kāds ir bijis to cilvēku dzīves ceļš, kuri zinātnē ir sasnieguši kaut ko patiešām unikālu. Vērtīgi, ka mums šeit tiek dota iespēja tikties ar Nobela prēmijas laureātiem mazās grupās, doties pusdienās, uzdot jautājumus, apmainīties viedokļiem par zinātni, iespējām publicēties utt. Tā ir iespēja sarunās uzzināt zinātnes līderu pieredzi un domas.

Beigu beigās šie zinātnieki ir saskārušies ar tādām pašām problēmām, kādas ir mums.

Tad ir interesanti uzzināt, kā viņi tās risināja un kā pārvarēja šīs grūtības savā zinātniskajā karjerā.

Kādas ir grūtības, ar kurām jārēķinās zinātniekam?

Zinātnieka darba specifika ir tāda, ka lielākā daļa no visa, ko dari ikdienā, nestrādā. Tu ej uz darbu – laboratoriju –, taisi eksperimentus, tomēr vairums no tiem nebūs veiksmīgi pat tad, ja tie ir bijuši rūpīgi izplānoti. Kaut kas sanāk ļoti reti. Ir zinātnieki, kuri apgalvo, ka neizdodas 95% no tā, ko viņi dara. Tas nav emocionāli viegli. Ir jāiemācās to pārvarēt un neapstāties.

Šeit bija ļoti interesanta un arī saprotama lekcija no Nobela prēmijas laureāta Čārlza Raisa, kurš stāstīja, kā atklāja un ekstrahēja (izolēja) C hepatīta vīrusu, lai varētu to pētīt un atrast zāles. Tas viņam un komandai prasīja gandrīz 15 gadu! To ir grūti pat aptvert, cik neveiksmju bija jāpiedzīvo, vienlaikus nepadodoties, lai glābtu simtiem tūkstošu cilvēku veselību.

Zinātnē ir jāspēj ar to emocionāli tikt galā, jo kaut kādā brīdī tu zaudē motivāciju. Ir bijuši gadījumi, kad gadu strādā pie kāda proteīna attīrīšanas, katru dienu ej uz darbu, tostarp brīvdienās, centies, bet nesanāk. Zinātnē nevar vienlaicīgi mainīt tūkstoš faktoru – vispirms jāmaina viens, ja nestrādā, tad cits, jo tikai tā iespējams noteikt, kurš faktors ir svarīgs. Un tā bezgalīgi, līdz sasniedz kaut kādu rezultātu. Ceļš var būt ļoti, ļoti garš.

Ir jābūt gatavam, ka ideja, hipotēze, ko esi iedomājies, daudzu eksperimentu rezultātā izrādīsies neveiksmīga.

Tad ir jāspēj rast motivāciju radīt jaunas idejas.

Vai šeit ir klātesoši laureāti, kas veikuši atklājumus, kuri ir ietekmējuši arī jūsu pētījumus molekulārajā bioloģijā? Vai varat minēt nozīmīgākos pēdējā laikā veiktos atklājumus šajā nozarē?

Šeit, Lindau, ir klātesošs Nobela prēmijas laureāts Mārtins Čalfijs, kurš atklāja zaļi fluorescējošo proteīnu (GFP). Savā darbā laboratorijā to izmantoju gandrīz katru dienu. Šis atklājums man ir ļoti noderīgs. To tagad izmanto visi molekulārie biologi. Piemēram, varu šo proteīnu pievienot man interesējošajam proteīnam šūnā un, izmantojot fluorescences mikroskopu, viegli izsekot, kur konkrētais proteīns atrodas šūnā, jo tas fluorescē.

Izcils atklājums, par kuru 2020. gadā tika piešķirta Nobela prēmija, bija CRISPR-Cas sistēma, ar ko ir ļoti viegli, ātri un precīzi modificēt genomu. Viena no tās atklājējām – Emanuela Šarpentjē – arī ir šeit. Atsevišķas metodes, protams, pastāvēja arī iepriekš, bet tās nebija tik precīzas, ar tām nevarēja veikt izmaiņas genomā specifiskā vietā. Arī šo jauno tehnoloģiju izmanto daudzi molekulārie biologi. Tas nozīmē, ka tagad mēs varam ļoti ātri veidot mutantus. Tas ir labākais veids, kā pētīt šūnu. Izveidojot gēna mutantu, var saprast tā lomu, funkciju veselā šūnā. Šis ir atklājums, kas palīdz zinātniekiem ļoti ātri saprast konkrētas funkcijas šūnā.

Pirms pāris gadiem Nobela prēmiju piešķīra par superfluorescento mikroskopiju. Līdz tam mikroskopiem bija ierobežota rezolūcija, līdz 200 nanometru. Patlaban ir izstrādāts mikroskops, ar kuru var aplūkot vēl mazākas lietiņas šūnā. Viens no tā izgudrotājiem – Stefans Hells – ir šeit un stāstīja, kā viņi nonāca līdz šim risinājumam. Vairāki jaunie zinātnieki atzina, ka tas bijis tik sarežģīti, ka neesot sapratuši. Tas apliecina, ka molekulārā bioloģija ir ārkārtīgi plaša nozare un ir iespējama situācija, ka cilvēki, kuri pēta “A”, nemaz tik ļoti nesaprot, ko dara citi, pētot “Z”.

Kopā ar Nobela prēmijas laureātu Viljamu Kelinu junioru (William Kaelin Jr.).

FOTO: no personīgā arhīva.

Kad mācījos skolā, man šķita, ka ķīmijā un bioloģijā viss ir izpētīts. Protams, tā nav, un varu vien apbrīnot, kā pasaules labākie zinātnieki šeit atklāti runā par to, ka vēl tik daudz lietu zinātnē nav saprotamas. Kādi šobrīd ir populārākie pētījumu virzieni jūsu nozarē – molekulārajā bioloģijā?

Molekulārā bioloģija ir ļoti plaša. Ja paņemsiet rokās kādu no lielajām bioloģijas grāmatām, tad, jā, var šķist, ka viss ir aprakstīts. Patiesībā vēl ir daudz nezināmā. Šobrīd attīstās vairākas starpdisciplināras nozares, kuras, piemēram, sasaista fiziku un bioloģiju, pēta, kā šādā aspektā darbojas šūnas.

Pašreiz aktuāla ir tēma, kā dažādas slimības attīstās jau šūnu līmenī. Man tas šķiet ārkārtīgi aktuāli, jo ļauj pētīt slimību mehānismus, meklēt zāles.

Ļoti populāra tēma ir diennakts ritmi, kā tie ietekmē organismu, šūnu, ārējās vides ietekme. Nekad nebūs tā, ka nav, ko pētīt. Tagad ir iespējams arī modelēt proteīna funkciju, izmantojot mākslīgā intelekta programmu AlphaFold. Pēc tam var meklēt piemērotas zāles. Tehnoloģiju attīstība palīdz mums uzzināt arvien vairāk.

Tātad – pētījumos izmantojat arī mākslīgo intelektu?

Protams! Mūsdienās daudz runā par t. s. big data. Arī pētījumos mēs ļoti daudz sekvencējam, nosakām ārkārtīgi daudz gēnu ekspresijas, transkriptomiku. Tas ir ievērojams datu apjoms. Viens cilvēks, skatoties uz tūkstoš lapām, nespēj saprast, kāda ir šo datu korelācija, tendence. Tehnoloģijas ļoti palīdz.

Šeit ļoti daudz tiek runāts par to, kas ir pamatā izcilai zinātnei, panākumiem. Kāds ir jūsu viedoklis?

Tādas veiksmes formulas, manuprāt, nav. Protams, ļoti daudz ietekmējam mēs paši –, cik daudz darba, laika, pūļu ieguldām, cik ļoti esam koncentrējušies uz mērķi savā ceļā. Vienlaikus ir vairāki citi faktori, kas nav atkarīgi no katra atsevišķa indivīda. Liela nozīme ir videi – būt īstajā vietā un laikā ar īstajiem cilvēkiem.

Vai Latvijā ir šāda vide?

Domāju, ka Latvijā zinātne noteikti attīstās. Svarīgākais ir tas, lai zinātniekiem ir inovatīvas idejas. Bet, kā jau minēju iepriekš, es nevaru objektīvi novērtēt situāciju zinātnē Latvijā. Tas, ko dzirdu no citiem, ir problēmas ar finansējumu. Jā, eksperimenti zinātnē ir ārkārtīgi dārgi. Pat ja ir ļoti laba ideja, bez finansējuma to nav iespējams kaut vai izmēģināt. Latvijā ir daudz gudru, izglītotu cilvēku ar labām idejām. Ja nav finansējuma, idejas paliek ideju līmenī.

Vai arī aizceļo uz citu valsti.

Jā, vai arī tās aizceļo, un jaunie zinātnieki meklē iespējas attīstīt savas idejas.

***

Atsauces un komentāri

• Makss Perucs (Max Perutz) ir austriešu izcelsmes zinātnieks, kurš 1962. gadā ieguva Nobela prēmiju par proteīnu struktūru pētījumiem.
• Lietišķās zinātnes (applied sciences) – praktiskā zinātne, pētījumi, kuru uzdevums ir izzināt, analizēt un izskaidrot problēmas, kādas rodas, fundamentālajos pētījumos iegūtās teorētiskās atziņas ieviešot praksē vai risinot jautājumus, kādus izvirzījusi prakse. Lietišķo zinātņu pētījumi dod pamatu fundamentālo zinātņu teorētisko atziņu koriģēšanai un tālākai attīstīšanai.
• Čārlzs M. Raiss (Charles M. Rice) – 2020. gadā saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā un medicīnā par C hepatīta vīrusa atklāšanu.
• Gēnu ekspresijas jeb vienkāršiem vārdiem – uzvedība, tas, kā tie darbojas, ražo proteīnus.
• Genoms – kādas sugas organisma šūnā sastopamais DNS molekulu pilns komplekts.
• Zaļi fluorescējošais proteīns (GFP) ļauj veikt šūnas dinamikas pētījumus (2008. gadā Nobela prēmiju ķīmijā par GFP atklāšanu saņēma amerikāņu zinātnieki Rodžers Cjens (Roger Tsien) un Mārtins Čalfijs (Martin Chalfie) un japāņu zinātnieks Osamu Šimomura (Osamu Shimomura)).
• 2014. gadā Nobela prēmija ķīmijā tika piešķirta par superfluorescentas mikroskopijas izstrādi amerikāņu zinātniekiem Ērikam Becigam (Eric Betzig) un Viljamam Mērneram (William E. Moerner) un vācu zinātniekam Štefanam Hellam (Stefan Hell). Atklājums ļauj pētīt šūnu uzbūvi vēl sīkākos mērogos.
• CRISPR-Cas9 – gēnu rediģēšanas tehnoloģija. Par tās atklāšanu 2020. gadā tika piešķirta Nobela prēmija ķīmijā franču zinātniecei Emanuelai Šarpentjē (Emmanuelle Charpentier) un zinātniecei no ASV Dženiferai Dudnai (Jennifer Doudna).