Zinātnes vārdā

Kā taisīt biznesu Persijas līča valstīs?

Zinātnes vārdā

Kā zinātniski pētīt ēnu ekonomiku?

Kā izbadējies raugs var palīdzēt cilvēkiem?

Drīz dzīvo mēs varēsim uztaisīt paši. Intervija ar mikrobiologu Jāni Liepiņu

Kā rauga un cilvēka līdzības bioķīmiskā līmenī var palīdzēt risināt dažādu vēža paveidu vai parazītu ierosinātas saslimšanas? Kā pagatavot alu no dzintarā ieslēgta kukaiņa? Ko vēl jaunu zinātnei spēj pateikt pētījumi par raugu, kuru cilvēce pazīst jau sešus tūkstošus gadu? Par šiem jautājumiem radio “Naba” raidījumā “Zinātnes vārdā” ar Latvijas Universitātes Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas institūta vadošo pētnieku un Raugu barošanās fizioloģijas laboratorijas vadītāju Jāni Liepiņu sarunājas raidījuma vadītājs Mārtiņš Kaprāns.

Kā tu esi pievērsies rauga pētīšanai, un kāpēc tev ir bijusi noturīga interese par to?

Pirmo reizi ar to saskāros, kad maģistrantūras laikā apmaiņas studijās man bija iespēja gadu strādāt Dānijas Tehniskajā universitātē – tur mana pētniecība bija saistīta ar maizes rauga fizioloģiju un sapratu, ka pie šī organisma pētīšanas varētu pavadīt vairāk laika, jo tam ir vairākas ļoti precīzi nomērāmas lietas, kas to padara interesantu. Raugs nav toksisks, un mēs to pazīstam ļoti sen – 5–6 tūkstošus gadu.

Arheoloģiskajos izrakumos atrastas gan vīna krūkas, gan maizes abras, gan ķīmiskas pazīmes, ka ir notikusi rūgšana. Mēs ļoti precīzi zinām, kāds ir rauga ģenētiskais materiāls, un tas ļoti atvieglo darbu ar šo organismu. Tagad tuvojamies brīdim, kad pasaules zinātnieki būs uzbūvējuši visu rauga ģenētisko materiālu no nulles ar visām ķīmiskajām metodēm – uzsintezējuši eikriotiskas šūnas genomu mākslīgi un pierādījuši, ka tas strādā.

Nebūs vairs tikai tā, ka dzīvais var uztaisīt dzīvo, drīz dzīvo mēs varēsim uztaisīt paši.

Tas jau ir noticis ar baktērijām, un tagad mēs esam diezgan tuvu, lai to atkārtotu ar raugiem. Bioķīmiskā līmenī raugs ir ļoti līdzīgs cilvēka organismam, arī veids, kā raugs būvē savus DNS ķieģelīšus, ir ļoti līdzīgs kā cilvēkam. Un tieši šis lauciņš ir tas, kurā es darbojos – mani interesē, kā raugs savam DNS taisa uzbūves ķieģelīšus.

Tu patlaban strādā pie sava pēcdoktorantūras pētniecības projekta “Purīna un pirimidīna auksotrofiskās badošanās molekulārie mehānismi maizes raugā”. Par ko tas ir?

Jebkurā organismā, arī maizes raugā, DNS sastāv no noteiktām uzbūves vienībām, un purīni ir viena no šīm vienībām (konkrēti adenīns un guanīns). Mani interesē, kā uzvedīsies raugs, ja nespēs uzsintezēt šos ķieģelīšus, no kuriem viņš pēc tam var uzbūvēt savu DNS.

Ir divas iespējas – uzņemt šo ķieģelīti no ārvides, ja tas ir pieejams barotnē, vai arī, ja tā ārvidē nav, sākt badoties. Varētu domāt, ka tās ir spēles beigas, jo, ja nav iespējams uztaisīt sev nepieciešamo materiālu, lai uzbūvētu jaunu šūnu, jāmirst bada nāvē. Taču dabā, izrādās, tā īsti nenotiek, un to mēs esam izpētījuši savā laboratorijā – tad iestājas t. s. purīna badošanās.

Tās laikā raugs nemirst, vismaz ne tik ātri, kā mirtu, ja pietrūktu kādu citu elementu, bet gan kļūst stresa noturīgs un apstādina visu mašinēriju, kas saistīta ar dalīšanos, un gaida, kad tam kaut ko iedos. Mēs meklējam atbildi uz jautājumu, kā radusies šī reakcija – vai dabā šī reakcija veidojusies “apzināti”, vai īpaša tikai purīnam, adenīnam vai guanīnam, vai arī tā īstenībā atgādina kaut kādas citas atbildes reakcijas, kuras cilvēki jau sen ir labi aprakstījuši, kādas notiek, piemēram, ja trūkst oglekļa (cukuru), slāpekļa vai kā cita. Mēs pašreiz pētām, cik līdzīgi ir purīnu badošanās laikā raugā notiekošie procesi tiem, kas jau iepriekš aprakstīti citu badošanās situāciju gadījumā.

Atklāj trīs praktiskākos lietošanas variantus šim pētījumam.

Viens variants – cilvēki, gatavojot maizes raugu, kultivē to lielās mucās un vienā brīdī atņem tam slāpekļa avotu, un maizes raugs kļūst stresa izturīgs, tāpēc rauga paciņas var stāvēt ledusskapī “svaigas” divus mēnešus vai ilgāk. Teorētiski ir iespējams izmantot kaut ko citu, lai padarītu šo raugu stresa (tajā skaitā, glabāšanas) izturīgu.

Otrs variants – ir ļoti daudz citu organismu, kas nespēj uztaisīt sev nepieciešamos purīnus, bet vienlaicīgi spēj taisīt savu DNS – tie ir parazīti. Piemēram, malārijas izraisītāji, parazīti, barojas no mūsu šūnām –  izmanto mūsu  šūnās esošos purīnus. Rodas jautājums – kā ir iespējams, ka normāli šūnas spēj taisīt adenīnu, bet parazīti nespēj, taču tas tiem netraucē? Vai mēs varam šo evolucionāro lēcienu modelēt raugā?

Šis nav praktisks piemērs, bet teorētisks eksperiments, ar kura palīdzību mēs varētu, piemēram, iegūt jaunus zāļu mērķus, lai kontrolētu vai varbūt iznīcinātu, piemēram, malārijas ierosinātājus.

Veselības jomā vēl var pieminēt vēža pētniecību, jo arī tur dažas vēža formas ir atkarīgas no citu šūnu saražotā purīna. Šobrīd mēs esam tālu no pētījuma rezultātu praktiskā lietojuma, mēs strādājam, lai attīstītu raugu kā modeli šādiem piemēriem.

Vai jums ir partneri, ar kuriem jūs sadarbojieties vai apsverat iespēju to darīt, lai nodrošinātu zināšanu pārnesi?

Latvijā bija maizes rauga fabrika, taču diemžēl tās kādus 10 gadus vairs nav. Igaunijā ir rauga rūpnīca, kas darbojas. Nedomāju, ka šī biznesa iespējas ir mirušas, ir jāmeklē nišas produkti, piemēram, vīna rauga ražošana. Mums šajā pētniecības projektā ir akadēmiskie partneri no Tartu Universitātes. Sadarbībā ar uzņēmējiem mums ir aktuālas citas jomas – tā drīzāk ir vispārīgā mikrobioloģija un, piemēram, virsmu tīrības testēšana, produktu pārbaude un citas.

Mēs strādājam ar Latvijas alus brūžiem, pārbaudot rauga kvalitāti atsevišķām alus partijās – skaidrojam, vai tas ir tas pats raugs, kurš sākotnēji, vai tur kaut kas nav mainījies, vai ir radusies infekcija. Citiem vārdiem – tā vairāk ir sadarbība kvalitātes kontroles jomā, ne pētniecībā.

Latvijā un citviet pasaulē rodas jaunas mazās brūvētavas. Vai viņiem ir interese par inovācijām rauga jomā?

Ir dažādi piemēri. Amerikā daļa no “Craft” alus ražotājiem ļoti interesējas, kas notiek zinātnē un daudzi taisa dažādus eksperimentālos alus, piemēram, no dzintarā atklāta rauga.

Kā tas iespējams?

Dzintarā ieslēgtu kukaiņu zarnu traktā ir saglabājušās dzīvas rauga šūnas. No dzintara izdala rauga tīrkultūru un izgatavo alu. Diemžēl pats to neesmu dzēris.

Tu esi darbojies dažādos mākslas projektos, bet kā zinātnieks. Kā tas viss sākās, un kas tevi pamudināja to darīt?

Tā ir sanācis, ka mans paziņu loks ir ļoti plašs, viņu vidū arī radošie cilvēki, kas mani ieinteresēja par biomākslu, jo no šīs jomas Latvijā nebija nekādu piemēru, un mudināja tai pievērsties.

Kas ir biomāksla?

Biomāksla ir viss tas, kurā kā medijs tiek izmantots dzīvs organisms vai dzīvi audi. Tas nozīmē – nevis uzzīmēt organismu, bet zīmēt ar organismu vai - nevis stāstīt par procesu, bet attēlot to un arī pieņemt loģiski, ka šis process izstādes laikā neizbēgami mainīsies. Biomāksla kā izstādes objekts ir interesants arī ar to, ka to nav īsti iespējams saglabāt, ielikt kastē un noglabāt fondos.

Pirmā sadarbība, šķiet, bija ar Aināru Kamoliņu un Ilianu Veinbergu. 

Darba ideja bija interpretēt “automātisko rakstību” caur Kafkas stāstu “Labošanas darbu koloniju” – tajā tika izmantota īpaša noziedznieka soda forma – ķermenī ar īpašas iekārtas palīdzību tika ierakstīts “pareizs teksts”.

Tādējādi noziedzniekam tika dotas norādes par to, kādam viņam vajadzētu būt. Mēs izlēmām rakstīt nevis cilvēkos, bet baktērijās, jo arī baktērija nepārtraukti raksta “tekstus” – tiek pārkopēts ģenētiskais materiāls, rodas jaunas baktērijas, tiek sintezēti proteīni. Mēs baktērijā izmantojām dabā eksistējošu DNS – proteīnu kodēšanas, kādu izmanto baktērija, lai uzrakstītu tekstu – “Esi taisnīgs!”.

Katras aminoskābes apzīmēšanai izmanto vienu no alfabēta burtiem. Paredzams, ka laika gaitā teksts mainīsies, jo var parādīties mutācijas.

Tas ir pirmais projekts, bet tu vēlāk esi piedalījies arī citos.

Tagad strādāju pie projekta kopā ar Vācijas mākslinieku Janu Glokneru, kurš šobrīd ir rezidencē RIXC. Viņam palīdzēšu audzēt sēnes, nezinu, kas no tā visa iznāks, taču domāju, ka tur būs interesants tehnisks risinājums tam, kā audzēt sēnes mājas apstākļos. Tas mums, latviešiem, ir ļoti aktuāls jautājums. Šim māksliniekam pašam ļoti interesē sēnes, viņš iet ar brāli sēņot, pazīst sēnes, un tas ir kas neparasts Vācijā.

Mana funkcija šajos mākslas projektos vairāk izpaužas kā tehniskais atbalsts cilvēkiem, kuriem ir vēlme taisīt biomākslas objektus.

Tu nodarbojies arī ar zinātnes politikas jautājumiem un esi vecbiedrs Latvijas Jauno zinātnieku apvienībā, kas pārstāv jauno zinātnieku intereses. Kā, vērtējot situāciju Latvijas zinātnē, tev tā izskatās salīdzinājumā ar to, kāda bija pirms pieciem gadiem? Vai jaunajiem zinātniekiem ir parādījies vairāk izredžu?

Man šķiet, ka tās izredzes nav mainījušās. Jāskatās detāli – lielākā nauda, kas nāk zinātnē Latvijā, ir struktūrfondi, un pirms pieciem gadiem ar to finansējumu tika atbalstīti doktorantūras pabeigšanas projekti, kuri tiešām stimulēja ļoti daudzus zinātniekus pabeigt disertācijas un tās aizstāvēt.

Arī tagad ir spēcīgs instruments, kas tieši ir mērķēts uz jaunajiem zinātniekiem, bet jau pēc doktorantūras beigām – tas ir atbalsts pēcdoktorantūras projektiem. Ja pazūd doktorantūras granti, tad mēs atkal atgriežamies situācijā, kad doktorantūrā iestājas maz, vēl mazāk aizstāvas un

jauno cilvēku ataudze visā lielajā zinātnes un augstākās izglītības sistēmā ir neliela.

Bez paaudžu nomaiņas būtiski, lai kopumā augstākās izglītības un zinātnes jomā iesaistītos lielāks cilvēku skaits, jo mums Latvijā nav daudz dabisko resursu, mūsu bagātība ir cilvēki un viņu zināšanas. Jo vairāk mēs viņus izglītosim, jo vairāk mēs šo kapitālu attīstīsim, jo vairāk augs arī citas nozares, kas iegūs no šo cilvēku zināšanām, prasmēm, spējām vadīt procesu, izdomāt kaut ko jaunu. Pašlaik mūsu ir par maz, lai sniegtu no valsts attīstības viedokļa būtisku ieguldījumu.

Tu ik gadu piedalies bioloģijas olimpiādēs, gatavo skolēnus, kuri piedalās un plūc laurus arī starptautiskās olimpiādēs. Mēs dzirdam no industrijas, dažādu zinātņu pārstāvjiem, ka skolēni nemācās eksaktās zinātnes, ir nesagatavoti, nespēj aizpildīt budžeta vietas eksaktajās zinātnēs augstskolās. Kā tu vērtē vidusskolēnu sagatavotību? Saprotu, ka tu strādā ar labākajiem no labākajiem Latvijā.

Tā ir tā būtiskā atšķirība, jo manā redzes lokā nonāk 5% labāko no visiem labākajiem skolēniem. Katru gadu piedalos bioloģijas olimpiādes novada, valsts un atlases konkursa rīkošanā uz starptautisko bioloģijas olimpiādi. Novadu līmenī piedalās 3000 skolēnu no 9. līdz 12. klasei un tiešsaistē pilda testa uzdevumus.

Tālāk 150 no šiem 3000 mēs aicinām uz valsts bioloģijas olimpiādi. Un šie bērni nav tikai no Rīgas, bet no visas Latvijas. Novērojumi rāda, ka valsts olimpiādē piedalās skolēni no noteiktām skolām, kur tos sagatavo ļoti labi skolotāji: no Cēsīm, gan Siguldas, Daugavpils, Liepājas, Ventspils u. c.

Cik svarīgas bioloģijā ir matemātikas zināšanas?

Bioloģijā ir ļoti svarīgi mācēt operēt matemātiski, jo, kad tu no novērojuma pārej uz mērījumu, jāmāk šo novērojuma rezultātu ietērpt kvantitatīvā mērāmā lietā – vai nu tas ir skaits, vai garums, platums, koncentrācija vai kas cits, un novērot to dinamikā vai kopsakarībā ar citiem apkārtējiem notikumiem. Tie, kas to nespēj, tomēr nevar gūt augstākos sasniegumus bioloģijā. Matemātikas zināšanas ir svarīgas arī citās dabaszinātnēs.

Kuras jomas bioloģijā Latvijā ir ar vislielāko potenciālu pētniecībā? Kur varētu sagaidīt izrāvienu?

Mēs institūtā aktīvi aicinām iesaistīties sistēmbioloģijā, arī sintētiskajā bioloģijā un bioinformātikā. Šajās nozarēs var startēt ar ierobežotiem resursiem – sākotnēji var  neveikt eksperimentus laboratorijā: daudzas lietas var darīt datorā. Izmantojot matemātiskos modeļus, kas daudz maz korekti ataino pētāmo problēmu, iespējams prognozēt, kā darbosies sistēma, un tad veikt vienu vai divus eksperimentus, lai pierādītu vai apgāztu kādu no savām idejām.

Manuprāt, cilvēkiem vajadzētu aktīvāk ieguldīt spēkus šajā virzienā, jo datu bioloģijā ir ļoti daudz, iegūt tos nav sarežģīti, sarežģītāk ir saprast, ko tie dati nozīmē. Tie, kuri to spēs izdarīt, plūks sārtākos augļus.

0 komentāri
Pievienot komentāru
Komentēt vari ar kādu no saviem sociālo mediju profiliem
Tehnoloģijas un zinātne
Dzīve & Stils
Jaunākie
Interesanti