Ako sa hráme s DNA

13. jún. 2018 • Biologické vedy

Ako sa hráme s DNA

Podľa odborníkov má byť 21. storočie storočím biotechnológie. Nielen o perspektívach vedy sme sa rozprávali s generálnym riaditeľom Centra vedecko-technických informácií SR a molekulárnym biológom prof. RNDr. Jánom Turňom, CSc.

QUARK: Práve vašou prednáškou sa v máji 2008 v Centre vedecko-technických informácií SR (CVTI SR) v Bratislave začal cyklus vedeckých kaviarní. Čo je ich cieľ?

J. TURŇA: V rámci CVTI SR vzniklo roku 2007 Národné centrum pre popularizáciu vedy a techniky a rozbehli sa aktivity smerom k hlavným skupinám, ktoré tvoria tri veľké komunity: dospievajúca mládež, ktorá sa rozhoduje pre profesiu, všeobecná verejnosť, voči ktorej má, no najmä mala resty vedecká komunita, a samotná komunita vedcov.

QUARK: Aké resty máte na mysli?

J. TURŇA: Napríklad vo vyspelých krajinách, napríklad vo švédskom Karolínskom inštitúte, sa aj viac ráz do týždňa stretávajú vedci s laickou verejnosťou a hovoria o tom, čo a prečo robia a aký to má význam pre život bežného človeka. Je to veľmi dôležité, pretože takto sa mení pohľad na vedu. Už to zrazu nie je len nejaká nákladová položka, ale hlavný zdroj inovácií, na základe ktorých sa nielenže uľahčuje život, ale sa aj hýbe celá ekonomika.

QUARK: Je badať po desiatich rokoch popularizácie vedy v CVTI SR nejaké zmeny nazerania na vedu?

J. TURŇA: Samotné stretnutia počas vedeckých kaviarní sú determinované kapacitou miestnosti, kde sa konajú. Všetky prednášky sa však zaznamenávajú a dávajú sa na webovú stránku (http://vedanadosah.cvtisr.sk/vedecka-kaviaren-cvti-sr-veda-v-centre, pozn. red.). Tie tisíce zhliadnutí a stiahnutí potvrdzujú význam týchto akcií. Máme aj pozitívne reakcie zo stredných škôl, kde naše prednášky využívajú okrem iného aj na obohatenie a zatraktívnenie výučby. Našťastie, CVTI nie je v tomto úsilí osamotené, pretože aj relevantné univerzity a SAV sa aktívne zúčastňujú na popularizácii vedy. Takže ak mám odpovedať priamo – áno, zmeny badať a sú pozitívne. Jasne to dokazujú aj uskutočnené prieskumy.

QUARK: Slovensko však nie je len Bratislava...

J. TURŇA: CVTI podporuje úsilie, aby sa podobné akcie, akými sú naše kaviarne a cukrárne, organizovali minimálne v univerzitných mestách, čo sa aj deje. Pozitívne je, že rôzne akcie na popularizáciu vedy sa dejú aj v mestách bez vysokých škôl. Momentálne čakáme na odštartovanie projektu na popularizáciu vedy, takže tieto podujatia bude časom pribúdať.

QUARK: Dá sa povedať, že popularizácia vedy sa stala akýmsi programom dňa. Nie je to tak dávno, čo si vysokoodborné a vedecké časopisy čítali len akademici, no v súčasnosti je časť článkov určená aj pre širokú verejnosť. Ako sa vedcovi píše odborný článok, aby mu rozumela aj široká verejnosť?

J. TURŇA: Na to treba mať aj isté danosti. Aj napriek tomu je tu silný apel na vedcov, aby aj napriek absencii istého talentu dbali na popularizáciu vlastného výskumu.

QUARK: A vám sa ako píšu takéto články?

J. TURŇA: Ťažko (úsmev). Ako prírodovedec som zvyknutý sa vyjadrovať exaktne, no a práve toto mi, ako mnohým kolegom, robí isté problémy pri písaní v ľahšom štýle. Ako som už povedal – treba mať na to dar, no nie každý ho má. O vede však treba hovoriť a približovať ju ľuďom.

prof. Ján Turňa

QUARK: Odborníci hovoria, že 21. storočie bude storočím biológie. Ako tomu treba rozumieť?

J. TURŇA: Minulé storočie poznamenali zásadné objavy vo fyzike a ich vstup do nových technológií, čím sa kompletne zmenil náš život. Stačí si len spomenúť na informačné a komunikačné technológie, v ktorých je inkorporovaných množstvo objavov fyziky. V súčasnosti dochádza k tomu, že práve objavy v biológii nám začínajú vstupovať do bežného života. Preto môžeme hovoriť o storočí aplikácie biológie, či ešte lepšie – o storočí biotechnológie.

QUARK: Čo si máme predstaviť pod pojmom biotechnológia?

J. TURŇA: OSN ju definovala ako využitie živých organizmov alebo ich častí na riešenie globálnych problémov ľudstva, ako sú zdravie, výživa a životné prostredie. Je to skôr politická ako odborná definícia. Problematiku skôr vystihuje definícia, ktorá hovorí, že biotechnológia rieši globálne problémy ľudstva, ako sú zdravie, výživa a životné prostredie. Exaktnejšiu definíciu vydala ešte OECD: Biotechnológia je uplatnenie vedy a techniky na živé organizmy alebo ich časti, výrobky a modely s cieľom premeny živých alebo neživých materiálov na produkciu poznatkov, tovarov a služieb.

QUARK: Keby sme si tieto definície preložili do zrozumiteľnejšej reči, čo to znamená?

J. TURŇA: V definícii OECD považuje za podstatné práve slovíčko poznatky. To znamená, že pri biotechnológii už nehovoríme len o výrobe, ale o získavaní poznatkov, čo je práve zmyslom vedy. Biotechnologické prístupy sú v tomto zmysle najefektívnejším spôsobom výskumu živých systémov vrátane človeka.

QUARK: Prečo sa biotechnológia dostáva, no najmä bude dostávať do popredia?

J. TURŇA: Umožnili to principiálne objavy fungovania živých systémov a to, že tieto princípy vieme využiť. Získané poznatky bezprostredne zasahujú do života spoločnosti. Napríklad na základe dispozície zistenej v DNA vieme určiť istú prognózu chorôb človeka, ktoré mu hrozia, čo je pre väčšinu z nás dosť veľký zásah do zvažovania budúcnosti a životného štýlu.

QUARK: Nedôjde tak k zmene prístupu k zdravotníctvu?

J. TURŇA: Už v súčasnosti uplatnenie molekulárnej biológie je v podobe tzv. personalizovanej medicíny, ktoré spočíva v tom, že na báze malých rozdielov v genetickom vybavení jednotlivcov sa stanovujú rozdiely v sekvencii DNA. Na základe toho sa potom volí liečivo a jeho dávkovanie. Tento prístup ešte lepšie vystihuje označenie zavedené len pred dvoma rokmi – presná medicína.

QUARK: V čom sa bude meniť prístup k zdravotníctvu a akú úlohu v tom zohrá molekulárna biológia?

J. TURŇA: V ostatnom čase sa z molekulárnej biológie vyprofilovali samostatné vedné disciplíny, tzv. -omiky. Najznámejšie sú genomika, proteomika, metabolomika, ale existuje ich podstatne viac. Popisujú komplexnú situáciu na konkrétnych úrovniach živých systémov, to znamená na úrovni génov, proteínov, metabolitov, atď.

QUARK: Ako sa to prakticky prejaví pri návšteve lekára?

J. TURŇA: Napríklad teraz nám dá lekár stanoviť do laboratória koncentráciu niekoľkých metabolitov, napríklad cukor či cholesterol. Pri využití -omík sa stanovia takmer všetky metabolity, ktorých sú tisíce. To hovoríme len o metabolomike, ale analogicky sa bude postupovať aj v prípade napríklad proteomiky, kde sa stanovia všetky proteíny. Takto sa to bude diať aj vo všetkých iných -omikách, takže sa potom dá sledovať aj minimálna zmena od normálneho stavu. Nový prístup liečenia bude spočívať v nevyhnutných akciách na udržanie normálnych parametrov na všetkých úrovniach -omík. Inými slovami – pôjde o udržanie zdravia, a nie o liečbu choroby.

QUARK: Takže hovoríme o prevencii?

J. TURŇA: Áno, ale o aktívnej, ktorá sa bude zakladať na veľmi komplexnej analýze, z ktorej vyplynie spôsob udržania zdravého stavu.

QUARK: Nezačína sa zdravie človeka stávať jedným z motorov vedy?

J. TURŇA: Musíme si uvedomiť, že stále platí, že za všetkým sú peniaze a do zdravia idú najväčšie financie. V minulosti, najmä v 20. storočí, to bolo najmä o zbrojení a zbrojársky priemysel sa stal aj motorom vedy a mnohé objavy priamo financovala armáda. Tak dochádzalo k rozvoju najmä fyziky a materiálového výskumu. Po geopolitických zmenách došlo aj k istým zmenám tokov peňazí a v súčasnosti ich najviac ide práve do zdravotníctva, čo má, prirodzene, aj vplyv na vedecký výskum. Práve prvé využitie biotechnológie bolo vo farmaceutickom priemysle, v ktorom sa v súčasnosti točí obrovské množstvo peňazí. Navyše, skvalitnenie života, a mám na mysli aj tých skôr narodených, pretože priemerný vek sa predlžuje, si vyžaduje udržanie istej kvality a produktivity života. A to bez využitia poznatkov z biológie nejde.

QUARK: Naznačili ste, že dochádza k presunu výskumu z akademickej pôdy do komerčných spoločností. Je to tak?

J. TURŇA: Asi by som to hneď nenazval presunom, skôr sa prikláňam k výrazu lepšia spolupráca či väčšie prepojenie. Nikto nepochybuje, že vzdelanie a základný výskum by sa mali dominantne robiť na akademickej pôde. Mnohé výskumy sa musia aj naďalej realizovať pod kuratelou štátu.

QUARK: Máte na mysli spoločenské vedy?

J. TURŇA: Tie určite budú naďalej významnou mierou spadať pod ingerenciu štátu. Ale mal som na mysli aj prírodovedný výskum, najmä vznikajúce nové smery. Pri nich je totiž problém odhadnúť, kedy príde k istej komercializácii – bude to o päť, o desať či dvadsať rokov, a príde k nej vôbec? No tento výskum je tiež veľmi dôležitý, a tak úloha štátu je tu namieste.

QUARK: Môže priniesť aplikovaný výskum, teda výskum v komerčnej spoločnosti, nový základný poznatok?

J. TURŇA: Môže, a to nielen teoreticky. Napríklad nosná metóda molekulárnej biológie, tzv. polymerázová reťazová reakcia – PCR, bola objavená v súkromnej spoločnosti. Za dramatickým znížením ceny sekvenovania DNA – vyše miliónkrát – bol práve vstup súkromného sektora.

Čo je však nové, ba priam nutnosť, je spätný tok, a to nielen peňazí, ale najmä informácií. To znamená, že novozískaný poznatok v základnom výskume sa posúva do aplikovaného a naopak. To slovko naopak je dôležité. Každý v tomto systéme si musí uvedomiť, že je nevyhnutné spolupracovať. Ak nie, nové poznatky nebude dostávať. Je ešte čo doháňať, ale všeobecne môžeme povedať, že takto by mal predstavený model fungovať.

prof. Ján TurňaQUARK: Je porovnateľný nástup biotechnológií s nástupom informačných technológií spred niekoľko desiatok rokov?

J. TURŇA:
Určite. Niektoré momenty sú totiž podobné, takže na začiatku rozvoja biotechnológie sa stalo bežnou vecou, že manažéri z IT firiem prešli na riadiace pozície do vznikajúcich biotechnologických firiem. Prirodzene, že nie ako výskumníci, ale na manažovanie spoločností. Základ oboch odvetví totiž stojí na zásadných inováciách a investíciách, a tak je vcelku prirodzené, že ten vývoj je podobný.

QUARK: Dá sa povedať, kedy došlo k rozvoju biotechnológie?

J. TURŇA:
Môžeme to dokonca povedať celkom presne. Za rozhodujúci rok môžeme považovať rok 1973, keď sa pripravila prvá rekombinantná DNA. Zásadný objav však bolo vyriešenie štruktúry DNA v roku 1953.

QUARK: Čo znamená rekombinantná DNA?

J. TURŇA: DNA je v každom živom organizme a nesie kompletnú informáciu o tom, čo ten-ktorý organizmus môže a nemôže realizovať. V roku 1973 sa podarilo, ľudovo povedané, vybrať DNA a poskladať ju novým, neprirodzeným spôsobom. Našla sa technológia, ako vybrať DNA z dvoch organizmov, dať ich dokopy a vrátiť túto novú DNA do jedného z organizmov alebo do úplne nového, tretieho živého organizmu. Tak sme doň dostali informáciu, ktorá tam evolučne nepatrí. Prvý úspešne realizovaný výsledok bol, že baktérie začali vytvárať ľudský inzulín, čo by sa v prírode prirodzeným spôsobom nikdy nestalo.

QUARK: Vy ste molekulárny biológ. Aké miesto v biotechnológii má práve molekulárna biológia?

J. TURŇA: Technológia rekombinovateľnej DNA je v podstate synonymom molekulárnej biológie. Je to predovšetkým molekulárna biológia, čo stojí za rozvojom novej molekulárnej biotechnológie.

QUARK: Je biomedicína nová disciplína?

J. TURŇA: Ide predovšetkým o uplatnenie nového princípu, potvrdenie si toho, že človek je tiež biologický jedinec, pre ktorého tiež platia rovnaké mechanizmy ako pre všetky živé systémy. Zásadné objavy v biológii v posledných desaťročiach umožňujú ich využitie v medicíne, čo je vlastne podstatou termínu biomedicína. Historicky sa prvý raz uplatnili pri produkcii liečiv, ako sú inzulín a rastový hormón.

QUARK: Stále hovoríme o DNA. Čo vás ako vedca na nej fascinuje?

J. TURŇA: S DNA sa hráme ako s chemikáliou v skúmavke. V skúmavke je jednoznačne neživá, meníme ju a potom ju opäť vrátime do živého systému. Je naozaj fascinujúce vidieť, ako sme zmenili správanie živého systému.

Dosah tohto hrania na spoločnosť je však zásadný. Tak napríklad cena za gram ľudského rastového hormónu by bola vyššia ako stotisíc dolárov, pričom tu bolo riziko prenosu priónov. To by sa však nedosiahlo, keby sa vedci nehrali s DNA, neskúmali ju a neprichádzali k novým poznatkom.

QUARK: Nestojí pred súčasným výskumom problém, že človek začína byť proti istým liekom, najmä antibiotikám, rezistentný?

J. TURŇA: Trochu vás poopravím – nie človek, ale mikroorganizmy začínajú byť odolné. Antibiotiká sú pre baktérie nejakým spôsobom jedy, ktoré však človeku ako takému neškodia; človek je len akýsi rezervoár, kde sa to odohráva.

Evolúcia funguje vo všetkých živých systémoch. Nesmierne rýchle rozšírenie antibiotikovej rezistencie je dôsledok fenoménu nazývanom mikroevolúcia. Každý organizmus, ktorý produkuje antibiotikum, musí mať gény rezistencie proti nemu, ináč by poškodil sám seba. Problém sa nastal vtedy, keď gény rezistencie začali cestovať do mikroorganizmov, kde predtým nikdy neboli. Spôsobil to enormný nárast antibiotík.

QUARK: To znamená, že je koniec éry antibiotík?

J. TURŇA: To áno a o tom bola i moja spomínaná prednáška pred desiatimi rokmi. V aktuálnej prednáške, ktorú som mal teraz v máji, som sa usiloval okrem iného aj rozobrať dôvody, prečo a či sa naozaj končí táto éra.

Prvý dôvod, prečo na trh neprichádzajú nové antibiotiká, je, že sme vo veľkej miere už vyčerpali tvorivosť prírody. Ukázalo sa, že za ostatných sedemdesiat rokov sme našli z prírodných zdrojov takmer všetky zlúčeniny s antibiotickými vlastnosťami. Farmaceutické firmy prestali investovať do ďalšieho hľadania nových molekúl, pretože náklady prekračujú potenciálne možné príjmy. Dôležitým faktorom je aj skutočnosť, že keby sa aj nové antibiotikum podarilo nájsť, hladina jeho produkcie bude nízka a šľachtenie kmeňa je dlhodobá záležitosť. Napríklad, keď prišiel Alexander Fleming s penicilínom, tak kmeň vyprodukoval 1 mg penicilínu na liter. Šľachtením máme v súčasnosti kmene, čo produkujú už vyše 100 g penicilínu na liter. Trvalo to však šesťdesiat rokov. A to je problém.

QUARK: Prečo?

J. TURŇA: Hoci už dokážeme práve využitím metód molekulárnej biológie proces šľachtenia urýchliť, ešte vždy to však nestačí na ekonomicky rentabilnú produkciu, preto farmaceutické spoločnosti v podstate zastavili hľadanie nových antibiotík.

QUARK: Znamená to, že sme prehrali?

J. TURŇA: To rozhodne nie, naďalej hľadáme nové riešenia.

QUARK: V čom spočívajú?

J. TURŇA: Prvé, historicky staršie je využitie prirodzených nepriateľov patogénnych baktérií – bakteriofágov. Problém je vysoká špecificita jednotlivých bakteriofágov, to znamená, že jeden druh zabíja len jeden druh baktérie, maximálne jeho blízkych príbuzných. Tento prístup je dlhodobo známy, preto sa nedá patentovať, a tak je pre veľké farmaceutické firmy nezaujímavý.

Druhý prístup je súčasný zásah na viacerých slabých miestach baktérie. Je to však omnoho náročnejší prístup, a to z hľadiska možných cieľov zásahu a použitých molekúl.

QUARK: Z celého nášho rozhovoru vyplýva, že v samotných jednotlivých vedných odboroch dochádza k úzkej špecializácii. Dá sa ešte hovoriť o čistých fyzikoch, chemikoch, biológoch...?

J. TURŇA: V súčasnosti je klasické delenie na základe špecializácie už asi len vo všeobecnej rovine, no je potrebné z hľadiska vzdelávania. Keď sa vo výskume rieši nejaký problém, hľadajú sa najefektívnejšie dostupné prístupy a metódy bez ohľadu na vednú oblasť. Takýto prístup však môžu zabezpečiť len multiodborové tímy s dostatočne veľkou výskumnou kapacitou. Bez multidisciplinárneho prístupu to už naozaj nejde. Napríklad na rôznych konferenciách a seminároch plenárnu prednášku prednesie síce jeden človek, ale na záver predstaví minimálne 100-členný multidisciplinárny vedecký tím, pod maximálne 25-minútovú prezentáciu či prednášku sa podpíše minimálne 15 vedcov z viacerých odborov. To však neznamená, že tento kolektív funguje celý život. V súčasnosti sa na riešenie každého nového problému vždy zostavuje nový vedecký tím. Úlohou totiž nie je len vyriešiť problém, ale vyriešiť ho v čo najkratšom čase, takže zostavovateľ tímu musí nájsť aj personálne najefektívnejšie riešenie. Pre väčšinu vedcov sa už skončila éra riešenia jednej témy až do dôchodku, teraz je to skôr od projektu po projekt.

QUARK: Za rozhovor ďakuje redakcia Quarku.

 

Prof. RNDr. Ján Turňa, CSc., vedúci Katedry molekulárnej biológie na Prírodovedeckej fakulte UK v Bratislave a generálny riaditeľ Centra vedecko-technických informácií SR v Bratislave. Vo svojej vedeckovýskumnej práci sa zaoberá molekulárnou biológiou prokaryotov, reguláciou génovej expresie a využitím metód molekulárnej biológie v biotechnológii.

 

Zhovárala sa: redakcia Quark-u

Foto: archív CVTI SR

Uverejnila: VČ

 

Rozhovor nielen o budúcnosti antibiotík, ale aj o budúcnosti biotechnológií, ako aj o iných zaujímavých témach, sa dočítate v časopise Quark (číslo 06/2018), ktorý nájdete v novinových stánkoch alebo si ho môžete predplatiť v elektronickej alebo papierovej verzii na www.quark.sk.

Súvisiace:

Hore
Aurelium - centrum vedy
CVTI SR 80. výročie
QUARK
Prechod VK na VND
Noc výskumníkov 2018
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2017
Publikácie Veda v CENTRE
TVT 2017 články
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
História genetiky sa začala písať až v 19. storočí.
Zistite viac