Turime kuo didžiuotis: lietuvio tyrimų laukas – nuo gilių vandenynų iki Marso

JAV gyvenantis dr. Ramūnas Stepanauskas, "Bigelow" vandenynų tyrimų laboratorijos Vienos ląstelės genomikos centro (Meino valstija, JAV) įkūrėjas ir direktorius, vyriausiasis mokslininkas – vienas žymiausių šios srities specialistų pasaulyje.

Jau 28-erius jis gyvena ne Lietuvoje, bet sako, kad niekada nebuvo minties, jog išvažiavo visam laikui. Dabar jis – vienas iš kandidatų Vilniaus universiteto (VU) rektoriaus rinkimuose.

Mikroskopiniai, bet svarbūs

– Vis dar girdėti jūsų suvalkietiška tartis. Kaip jums, berniokui iš Marijampolės, kuri toli nuo vandenynų, kilo mintis tapti jų tyrėju?

– Stojau į biologiją dėl susidomėjimo drugeliais. VU dėstytojas, gamtininkas Ričardas Kazlauskas buvo mano idealas. Pustrečių metų studijavau VU, paskui išvykau penkiems mėnesiams į Švediją, po to gana neplanuotai pasitaikė proga studijuoti limnologiją (ežerotyrą). Tai man pasirodė labai įdomi ir vertinga sritis tiek moksline prasme, tiek praktiniu pritaikymu, todėl tapo ir mano magistrantūros bei doktorantūros sritimi. Persikėlęs į JAV podaktarinių studijų perėjau į jūrų tyrimų sritį.

Beje, apie drugelius ir vandenyną: kai kurie jį sugeba perskristi, jei pasitaiko palankūs vėjai.

– Prieš porą dienų prestižinis mokslo žurnalas "Cell" paskelbė jūsų su bendraautoriais straipsnį apie naujausius jūsų tyrimus (https://authors.elsevier.com/a/1aDRcL7PXYX9V). Kuo šįsyk nustebinsite?

– Straipsnyje pristatome savo tyrimus, susijusius su vandenyno bakterijomis. Pateikiame duomenų iš tropinių ir subtropinių vandenyno dalių, kur darėme didelio masto genetinius mikroorganizmų tyrimus. Aiškinomės, kiek kompleksiška mikrobų sudėtis šiame didžiuliame vandens kiekyje, dengiančiame apie du trečdalius vandens ploto Žemės paviršiuje ir apie trečdalį viso planetos ploto.

sciencedirect.com nuotr.

Vienas labiausiai nustebinusių mūsų atradimų – kad kiekviena iš tų ląstelių buvo genetiškai unikali, neradome identiškų. Net sunku buvo surasti dvi, kurias galima būtų pavadinti viena rūšimi, nepaisant to, kad per 6 tūkst. jų buvo paimtos iš vieno vandens lašo mėginio. Tai rodo, kiek mikrobų pavidalu daug įvairovės turi gamta ir kaip efektyviai jūros srovės išmaišo jas po visą planetą.

Šie mūsų tyrimai – geriausias pavyzdys, kiek pasikeitė genomikos – genus tiriančio mokslo galimybės. Prieš dešimtmetį ir vieno bakterijos genomo sekoskaita buvo didelis įvykis mokslo srityje, apie tai buvo galima išspausdinti aukšto lygio straipsnį prestižiniame mokslo žurnale. Dabar mūsų straipsnis paremtas per 12 tūkst. genomų – gyvybės brėžinių, kuriuos nuskaitėme iš individualių gyvybės ląstelių, paimtų iš Atlanto ir Ramiojo vandenynų.

– Kuo tokie svarbūs genomų tyrimai?

– Genomas – tai visa genetinė informacija, užkoduota viename organizme. Žmogus savo genome turi apie 30 tūkst. genų, bakterijos – 1–5 tūkst. Tos genetinės informacijos skaitymas – sekoskaita tapo labai svarbia priemone suprasti gyvybę įvairiais lygmenimis – tiek žmogaus, tiek kitų gyvūnų, augalų, taip pat ir mikroorganizmų.

Mikrobiologijoje genomika ypač svarbi, nes dauguma bakterijų ir kitų mikroskopinių organizmų laboratorijose neišgyvena, tad 99 proc. mikroskopinės gyvybės mėgintuvėliuose ir ant lėkštučių tirti neįmanoma. Tad genomika, įskaitant vienos ląstelės genomiką, tapo vienu iš pagrindinių mikroorganizmų tyrimų įrankių.

O mikroorganizmai labai įdomūs. Nors manome, kad mes, žmonės, esame patys svarbiausi dalyviai gamtos gyvenime, bet būtent mikroorganizmai valdo daugelį biologinių ir cheminių procesų mūsų planetoje. Pavyzdžiui, kas antra deguonies molekulė, kuria kvėpuojame, – iš mikrobų. Jie perdirba įvairias medžiagas, kad jos būtų vėl prieinamos. Mikroorganizmai – pagrindinė mūsų planetos ekosistemos dalis, o norint suprasti, kaip ji veikia, labai svarbūs tyrimai, ištyrus galima rasti naujų būdų jiems panaudoti.

– Jūsų įsteigtas ir vadovaujamas Vienos ląstelės genomikos centras "Bigelow" jūrų tyrimų laboratorijoje ką tik minėjo dešimtmetį. Kokie buvo reikšmingiausi jo darbai?

– "Bigelow" pradėjau dirbti prieš keturiolika su puse metų. Dabar čia užimu dvejas pareigas – vadovauju grupei, kuri atlieka mikrobų ekologijos, evoliucijos ir biožvalgybos tyrimus, taip pat vadovauju paties įkurtam Vienos ląstelės genomikos centrui. Jį įsteigėme prieš dešimt metų ir tai buvo pats pirmas tokio tipo centras pasaulyje. Jo tyrimai paremti mūsų pačių sukurtomis metodikomis ir technologijomis, kaip nuskaityti genomus – gyvybės brėžinį iš individualių bakterijų ląstelių. Tai nelengva, nes bakterijos labai mažos, o jose esančią vieną DNR molekulę reikia nesuardant nukopijuoti ir jos seką tiksliai nuskaityti.

Mikrobų tyrimai – mūsų centro šerdis. Atliekame ne tik vandenynų, bet ir dirvožemio, žmogaus kūno mikroorganizmų tyrimus. Nors specializuojamės mikroorganizmų tyrimuose, esame atlikę darbų ir su žmogaus, kitų organizmų genomika. Mano paties tyrimų centras – jūrų mikrobai, žemės gelmių mikroorganizmai. Kad prie jų prieitume, daromi ir vandenyno dugno gręžiniai, naudojamės kalnakasybos šachtomis.

Atliekame tyrimus ne tik mūsų laboratorijai, bet ir parduodame paslaugas, bendradarbiaujame su mokslininkais iš daugiau nei šimto universitetų, tyrimų institutų, verslo kompanijų visame pasaulyje.

Ir farmacijai, ir NASA

– Kokį praktinį pritaikymą gali turėti jūsų tyrimai? Ar tikrai jie gali būti panaudoti kovojant su vėžiu?

– Visų pirma, tyrimus naudojame, kad geriau suprastume mikroorganizmų įtaką vandenynui ir kitoms ekosistemoms, bet kita dalis informacijos gali būti pritaikoma labai praktiniams tikslams. Tos pačios technologijos gali būti naudojamos ir tiriant žmogaus biologiją, pavyzdžiui, genetinį mechanizmą, kuris sukelia vėžį. Sudėtinga suprasti vėžio šaltinius ir jo vystymąsi, tad labai naudinga matyti genetinę diferenciaciją vienos ląstelės lygmeniu, o tos technologijos, kurias naudojame bakterijų tyrimams, gali būti panaudojamos ir tiriant žmogaus ląsteles.

Šią savaitę publikuotame straipsnyje – ir kiti pavyzdžiai, kokiems įvairiems tikslams galima naudoti nuskaitytus genomus. Vienas jų – ieškoti geno, kuris užkoduoja naujus antrinius metabolitus (cheminius junginius, kurie mikrobų dažnai naudojami konkuruoti vieniems su kitais). Tie junginiai įdomūs farmacine prasme. Daugelis dabar naudojamų antibiotikų ir net priešvėžinių vaistų yra būtent tokie junginiai, kurie pagaminti bakterijų. Tačiau antibiotikų veikimas ribotas, nes per kažkurį laiką išsivysto atsparumas jiems, tad būtina kurti vis naujus vaistus, ir čia gali padėti mūsų tyrimų duomenys.

Pirmą kartą rinkti tokie išsamūs ir kompleksiniai duomenys neieškant labai specifinių organizmų (tai paprastai daroma panašiuose tyrimuose), o apimant viską, kas tiriamoje aplinkoje egzistuoja. Kiekvienas iš rastų bakterijų tipų ištirtas labai nuodugniai, ir dabar turime atsakymą, kuris jų gali būti įdomus farmacijai. Mūsų surinkti duomenys – kaip žemėlapis, vandenynų mikrobų užkoduotų galimybių gaminti vieno ar kito tipo cheminius junginius gidas. Čia dar tik fundamentiniai moksliniai tyrimai, tik ilgo kelio pradžia. Bet kad jis prasidėtų, reikia tokių duomenų.

– O ką bendra gali turėti jūsų tyrimai vandenyno gelmėse ir kosmosas?

– Bendradarbiaudami su NASA padedame kurti naujus būdus, kad misijų į kitas planetas metu šios netyčia nebūtų užterštos bakterijomis iš Žemės, taip pat nebūtų jomis užteršti ten paimti mėginiai. Žinoma, būtų be galo įdomu, jei po kokio dešimtmečio į Žemę atgabenus mėginius iš Marso, o gal ir iš kitų planetų ar jų palydovų galėčiau tyrinėti – juose ieškoti nežemiškų mikroskopinės gyvybės formų.

– Kuo jūsų įžvalgos gali prisidėti prie žaliosios energetikos vystymo?

– Mūsų naujausias straipsnis analizuoja ir energijos virsmus. Radome keletą įdomių anksčiau nežinomų bakterijų grupių, kurios tikriausiai vykdo fotosintezę – naudoja saulės šviesą, kad gamintų organines medžiagas.

Taikomuoju požiūriu energetikos srityje gali būti įdomūs ankstesni mūsų darbai, kai tyrėme giliavandenius mikroorganizmus, gyvenančius kilometrų gylyje visiškoje tamsoje. Kai kurie iš jų turi genus, kurie gali gaminti organines medžiagas. Kadangi jie gyvena visiškoje tamsoje, saulė nėra jų energijos šaltinis kaip kad augalų ar dumblių. Analizuodami jų genetinę informaciją išsiaiškinome, kad jų energijos šaltiniai yra cheminės reakcijos, įvairūs sieros ir azoto virsmai, kurie šioms bakterijoms teikia energiją, reikalingą anglies dioksidui fiksuoti. Tai turi nemažą įtaką planetos mastu. Mikroorganizmų panaudojimas biomasei gaminti kol kas sulaukia nedaug dėmesio, bet ateityje tai gali keistis. Tam tikrose srityse, pavyzdžiui, skystiems aviacijos degalams gaminti rinka gali tapti palanki.

– Kiek vandenynai gali padėti kovojant su didžiausiu dabarties iššūkiu – klimato kaita?

– Viena sąlyčio sritis  – jau minėta žalioji energetika. Kita sritis – tyrimai, kaip jūrų ekosistemos reaguoja į klimato kaitą. Tokius didelius organizmus, kaip banginiai ar delfinai, visi matome, juos tirti santykinai lengva. Bet jie sudaro tik labai mažą ekosistemos dalį ir yra visiškai priklausomi nuo mikroskopinių organizmų, kurių yra milijonai kiekviename vandens laše. Analizuodami genetinę informaciją, kurią renkame iš individualių mikroorganizmų ląstelių, tikimės tiksliau nei kitais tyrimais nustatyti, kokie pakitimai vyksta jau dabar, taip pat prognozuoti, kaip ekosistema keisis ateityje, nes teks prie tų pokyčių taikytis.

– Esate išreiškęs viltį, kad didžiausi jūsų atradimai – dar ateityje. Kas tai gali būti?

– Viena iš sričių – mikrobų genetinės informacijos organizavimo principai. Mikrobiologijoje skirstymas į rūšis kol kas paremtas tik mechaniškais kriterijais, bet ne moksline teorija. Duomenys, paskelbti mūsų naujausiame straipsnyje, gali padėti formuoti naujas koncepcijas šioje srityje. Ir tai ne tik teorinis, bet ir praktinis klausimas, kuris, pavyzdžiui, galėtų padėti spręsti, kaip riboti atsparumą antibiotikams. Genų apytaka tarp bakterijų turi didžiulės įtakos viskam, kas vyksta gamtoje. Manau, ten ir reikia ieškoti atsakymo sprendžiant klausimą, kas yra rūšis mikroorganizmų pasaulyje.

Kita sritis – mikroorganizmų biožvalgyba. Net šis vienas tyrimas, apie kurį rašome naujame straipsnyje, pateikia tūkstančius genetinių gyvybės brėžinių, kuriuose užkoduota begalė cheminių junginių, galinčių būti naudingais farmacijoje, kitose srityse. Tas panaudojimas tik prasideda, metodai, kaip paimti genus iš nekultivuotų mikroorganizmų ir juos įdarbinti, kad gamintų kažką naudingo, dar gana sudėtingi, bet jie greitai tobulinami. Tai, beje, ta sritis, kurią vysto profesorius Virginijus Šikšnys, o jo tyrimai verti Nobelio premijos.

VU reikia daugiau mokslo

– Jūsų institutas nevalstybinis, o tyrimai akivaizdžiai brangūs. Kaip pavyksta pritraukti lėšų?

– "Bigelow" – nepriklausomas tyrimų institutas, kuris išsilaiko iš subsidijų, sutarčių ir filantropijos. Nesame valstybinis institutas, neturime jokių nuolatinių pajamų šaltinių, tad išsilaikome iš tų pinigų, kuriuos pritraukia mokslininkai. Mes – tarpinis tarp universiteto ir privačios firmos darinys. Mūsų tikslas panašus į universitetų – daugiausia darome fundamentalius tyrimus, nesame orientuoti į industrinius tyrimus, nors su pramone šiek tiek bendradarbiaujame. Pagrindinės mūsų dotacijos – iš JAV federalinių agentūrų (Mokslo tarybos, NASA, kitų), taip pat iš kelių privačių mokslą remiančių fondų. Tai nėra lengva – reikia nuolat rašyti paraiškas, jei mokslininkas ar jų grupė finansavimo negauna, trumpą laiką institutas gali išsilaikyti iš bendrai sukauptų lėšų, bet, jei ir vėl nepavyktų, jie netektų darbo.

Beje, apie drugelius ir vandenyną: kai kurie jį sugeba perskristi, jei pasitaiko palankūs vėjai.

Lietuvoje tai daugelį gąsdintų, ir nerekomenduoju, kad tai būtų tipinis modelis mokslininkams. Bet tai naudingas pavyzdys, kad moksle turi būti tam tikras rizikos lygis, kad būtų remiami tie, kurie turi gerų idėjų, sugeba gauti subsidijų, yra spausdinami mokslo žurnaluose. Tokie mokslininkai pritraukia ir gerų studentų, doktorantų.

– Dalyvaujate pasaulio lietuvių mokslininkų asociacijoje "Futura Scientia", rūpinatės jaunaisiais Lietuvos tyrėjais, jų tarptautinėmis stažuotėmis. Kaip vertinate jų potencialą?

– Lietuvoje yra labai gerų studijų programų ir studentų, tik norėtųsi, kad būtų labiau orientuojamasi į tyrimus. Esu vienas iš kandidatų į VU rektorius ir tarp mano programos tikslų yra siekis universitetą daugiau orientuoti į tyrimus, kad jis taptų mokslo, o ne vien studijų universitetu. Tai dar labiau padidintų VU svarbą Lietuvai ir pasauliui, taip pritrauktų naujų lėšų per subsidijas, ES programas, taip pat ir iš verslo bei filantropijos. Taip Lietuva išlaikytų ir daugiau talentų.

Beje, pačiuose geriausiuose JAV universitetuose ypač svarią finansavimo dalį sudaro alumnų įnašai. Jie dažnai tampa sėkmingais verslininkais ar įtakingais visuomenės veikėjais, nori ir gali savo universitetą remti finansiškai ir kitais būdais.

Lietuvoje taip pat reikia ieškoti didesnio universitetų sąlyčio su savo absolventais. Dabar apie 70 proc. VU lėšų – iš bakalauro studentų krepšelių, tai rodo, kad universitetas labiau orientuotas į dėstymą, o ne į mokslą.

– Ar kandidatavimas į VU rektorius rodo, kad esate pasirengęs grįžti į Lietuvą?

– Taip, norėčiau grįžti į Lietuvą. Manau, turiu sukaupęs patirties, kuri būtų naudinga VU. Išvažiavau iš Lietuvos prieš 28 metus, septynerius studijavau Švedijoje, paskui išvykau podaktarinių studijų į JAV, ten ir likau dirbti. Bet niekada nebuvo minties, kad išvažiuoju visam laikui, visus tuos metus ieškojau galimybių prasmingai grįžti į Lietuvą ar bent bendradarbiauti su mokslininkais Lietuvoje, tai nuolat ir darau. Pastaruoju metu turėjome keletą aktyvių projektų su VU mokslininkais ir "Thermo Fisher Scientific Baltics" bendrove.

Suprantu, VU rektoriaus postas sunkus, tam reikia daug žinių įvairiose srityse, man, kaip ir kitiems kandidatams, tektų daug ką išmokti. Tačiau, manau, VU būtų naudinga pritraukti žmonių iš šalies, nevirti tik savo sultyse. Mano patirtis kuriant ir vadovaujant Vienos ląstelės genomikos centrui, dirbant į tyrimus besiorientuojančioje organizacijoje, profesinių pažinčių tinklas pasaulyje, studijos Švedijos ir JAV universitetuose padėtų VU kurti naujus bendrus tarptautinius projektus, pritraukti finansavimą iš ES ir kitų fondų, pritraukti talentus iš užsienio, didinti VU kaip mokslo centro svorį Lietuvoje ir pasaulyje.

– Lietuviai – vandenynų, na, gal ne valdovai, bet už juos atsakingi asmenys: jūs – žymus pasaulyje mokslininkas, Virginijus Sinkevičius – už juos atsakingas Europos Komisijos narys. Jam tai visai nauja, jūs – šioje srityje jau per du dešimtmečius. Gal ką galėtumėte jam patarti?

– Žmonijos dar daug dešimtmečių neapleis klimato kaitos problema, o ji tarpdisciplinė, kompleksinė, todėl kompleksiniai turi būti ir jos sprendimai. Norint rasti tinkamus sprendimus, reikia į tarpdisciplinius centrus burti ne tik mokslininkus, tiriančius ir gamtą, bet ir inžinierius, verslininkus, sociologus, politikus. Vien žvelgdami iš gamtosaugos pusės, bet nesugebėdami suprasti ekonominių ir politinių svertų bei techninių sprendimų, tik daužysime galvą į sieną. Tai patarimas ne tik V.Sinkevičiui, bet ir apskritai pasauliui, Lietuvai: reikia suburti žmones, kurie galvoja apie šią problemą įvairiais rakursais, ir orientuoti juos į praktinių sprendimų paiešką. Beje, VU – viena iš institucijų, kur būtų galima tokį centrą kurti.