Bakterijose slypi kur kas daugiau galimybių, nei gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio. Jų viduje aptinkami bakteriniai mikrokompartmentai (angl. bacterial microcompartments, BMC) – iš baltymų sudarytos mikroskopinės struktūros – ateityje gali tapti svarbiu įrankiu biotechnologijose. Vis dėlto tam, kad šias natūralias sistemas būtų galima pritaikyti už bakterinės ląstelės ribų, mokslininkai pirmiausia turi išmokti tiksliai valdyti jų surinkimą ir keisti jų savybes pagal konkrečius poreikius.
Būtent šį uždavinį sprendžia šių metų Vilniaus universiteto studentų „Vilnius-Lithuania iGEM“ komanda, vykdanti projektą „BMClick“. Jaunieji tyrėjai kuria universalią bioinžinerijos platformą, kuri leistų bakterinius mikrokompartmentus pritaikyti darbui su fermentais, biomolekulėmis ir funkciniams paviršiams kurti. Sukurtą platformą komanda šį lapkritį pristatys Paryžiuje vyksiančiame tarptautiniame sintetinės biologijos konkurse „iGEM“, kasmet suburiančiame daugiau nei 400 komandų iš viso pasaulio.
Mikroskopinės dėžutės fermentų apsaugai ir genų terapijai
Studentų kuriama platforma paremta BMC – natūraliai bakterijose aptinkamomis baltyminėmis struktūromis, ląstelės viduje veikiančiomis tarsi atskiri skyreliai, kuriuose vyksta tam tikros cheminės reakcijos. Komandos tikslas – šias struktūras surinkti ne bakterijos viduje, o mėgintuvėlyje iš atskirų komponentų ir paversti universalia moduline platforma. Ją būtų galima lengvai pritaikyti skirtingoms reikmėms, keičiant tiek vidinį turinį, tiek paviršiaus savybes.
Viena svarbiausių projekto krypčių – fermentų enkapsuliavimas, t. y. jų uždarymas BMC viduje. Fermentai yra plačiai naudojami moksliniuose tyrimuose, maisto, chemijos ir farmacijos pramonėje, tačiau jie yra jautrūs aplinkos poveikiui – temperatūros pokyčiams, rūgštingumui ar kitoms nepalankioms sąlygoms. BMC tokiu atveju veiktų tarsi apsauginis apvalkalas, galintis apsaugoti fermentus nuo suirimo ir išplėsti jų taikymo galimybes aplinkoje, kurioje įprastai jie greitai prarastų aktyvumą.
Komanda ieško būdų, leidžiančių į BMC vidų įterpti ne tik fermentus, bet ir platų spektrą kitų biomolekulių, pavyzdžiui, DNR. Trumpos DNR grandinės gali reguliuoti genų raišką, tačiau organizme jos yra nestabilios. Jaunieji mokslininkai tikisi, kad BMC galėtų veikti kaip apsauginė baltyminė dėžutė, leidžianti apsaugoti šias molekules ir nugabenti į reikiamą vietą. Jei tai pavyks įrodyti, ateityje platforma galėtų būti pritaikyta ne tik fundamentiniuose tyrimuose, bet ir kuriant genų terapijos sprendimus.
Trečioji projekto kryptis – plika akimi matomi funkciniai paviršiai, sudaryti iš bakterinių baltymų. Prie jų galima pritvirtinti fermentus, antimikrobinius baltymus ar net pavienes ląsteles ir taip suteikti paviršiui norimas funkcijas. Ateityje tokios struktūros galėtų būti taikomos kuriant efektyvesnius biokatalizatorius pramonėje, jautresnius biojutiklius medicinos ir aplinkos stebėsenos srityse, taip pat antimikrobines dangas medicinos prietaisams ar paviršiams, kuriuos reikia apsaugoti nuo patogenų.
Studentų kuriama platforma galėtų būti naudinga įvairiose srityse – nuo terapijos iki biotechnologijų pramonės. Jos stiprybė – universalumas, leidžiantis tą pačią biologinę sistemą pritaikyti skirtingiems poreikiams, todėl jos galimybės neapsiriboja vienu konkrečiu produktu.
„Mūsų tikslas nėra sukurti apčiuopiamą produktą. Siekiame suprojektuoti bakterinius mikrokompartmentus sudarančius baltymus taip, kad juos būtų galima lengvai pritaikyti įvairioms užduotims. Kitaip tariant, kuriame universalų įrankį, kuriuo ateityje galėtų naudotis ir kiti mokslininkai“, – sako Ema Ežerskytė, „Vilnius-Lithuania iGEM” komandos laboratorijos vadovė.
Mokslas už laboratorijos ribų
„Vilnius-Lithuania iGEM“komandos veikla neapsiriboja vien darbu laboratorijoje. Studentai siekia populiarinti sintetinę biologiją – organizuoja edukacinius užsiėmimus, dalyvauja renginiuose ir ieško naujų būdų sudėtingas mokslo temas pristatyti suprantamai įvairioms visuomenės grupėms. Rugpjūčio 29 d. komanda dalyvaus diskusijų festivalyje „BŪTENT“, kuriame kartu su visuomenės atstovais kalbėsis apie mokslo ir kasdienio gyvenimo sąsajas.
Šiemet komandos edukacines veiklas įkvėpė vadinamoji „trečiosios vietos teorija“. Ji teigia, kad svarbūs pokalbiai ir bendruomeniški ryšiai dažniausiai gimsta ne namuose ar darbe, o neformaliose erdvėse – kavinėse, bibliotekose, parkuose ir pan. Šia idėja remdamasi komanda siekia apie sintetinę biologiją kalbėti ne tik akademinėje aplinkoje, bet ir ten, kur žmonės natūraliai susitinka, bendrauja, dalijasi idėjomis.
„Kalbant su žmonėmis apie mokslą, svarbu ne tik gebėti paprastai paaiškinti sudėtingus dalykus. Ne mažiau svarbu išgirsti, ką galvoja patys žmonės ir kokios abejonės jiems kyla. Mums tokie pokalbiai padeda geriau įvertinti kuriamo projekto prasmę ir primena, kad tikroji mokslo pažanga vyksta tik tada, kai laboratorijose kuriamos inovacijos atliepia realius visuomenės poreikius“, – teigia Oskaras Belousovas, „Vilnius-Lithuania iGEM“ komandos vadovas.
Tarptautiniame iGEM konkurse VU studentai Lietuvai atstovauja nuo 2015 m. Per šį laikotarpį komanda kasmet pelno aukso medalius, o du jos projektai – „SynORI“ (2017 m.) ir „FlavoFlow“ (2020 m.) – buvo įvertinti pagrindiniu konkurso prizu. 2023 m. „Vilnius-Lithuania iGEM“ komanda taip pat pasiekė aukštą rezultatą ir užėmė antrąją vietą.
Daugiau informacijos apie projektą „BMClick“ ir galimybę prisidėti prie jo įgyvendinimo rasite Vilniaus universiteto fondo svetainėje.
About the Author
