Ocenenie vedec roka 2018 STU v kategórii Významný vedecký prínos si vyslúžil prof. Ing. Ján Labuda, DrSc. – riaditeľ Ústavu analytickej chémie Fakulty chemickej a potravinárskej technológie Slovenskej technickej univerzity v Bratislave. Odovzdal mu ho rektor univerzity prof. h. c. prof. Ing. Robert Redhammer, PhD.
Prof. Ing. Ján Labuda, DrSc. bol ocenený za vývoj bioanalytických metód a biosenzorov pre štúdium chemických interakcií a zmien DNA. Jeho laboratórium sa venuje tejto problematike 20 rokov. Počas tohto obdobia boli pripravené rôzne konštrukcie biosenzorov a vypracované metodiky pre detekciu a charakterizáciu väzby chemikálií, liečiv, xenobiotík, pre stanovenie pro-oxidantov a antioxidantov v roztokoch, telových tekutinách, nápojoch, extraktoch rastlín. A novšie aj na hodnotenie potenciálnych rizík nanočastíc, schopných prenášať energiu počas tvorby reaktívnych foriem kyslíka, degradujúcich biomakromolekuly.
S. CIGÁŇOVÁ: Keď ste sa dozvedeli o zisku ocenenia, ako ste zareagovali?
J. LABUDA: Potešenie z uznania v náročnej konkurencii a uvedomenie si vďačnosti kolegom i rodine za aktívnu spoluprácu a vytváranie podmienok pre výskumnú činnosť. Naša vedeckovýskumná činnosť je totiž tímovou prácou, ktorá zahŕňa spolupracovníkov, študentov i stážistov, a to neraz z rôznych pracovísk doma a v zahraničí, ako to vidieť na autorských kolektívoch publikácií výsledkov. Je to tiež činnosť, ktorá sa netýka len základného denného pracovného času. Na konkrétne riešené otázky väčšinou myslíme stále. Už o mojej vedeckej príprave v mladosti som vravel, že najlepšie nápady prišli neraz na koncerte v Slovenskej filharmónii – asi preto som ju navštevoval (úsmev). Väčšina z nás po príchode z práce domov automaticky ide k počítaču, večer i cez víkend a naši blízky nám to s pochopením trpia najmä, keď vidia našu radosť zo získanej informácie, nápadu či publikačného výstupu.
S. C.: Vysvetlite, v čom spočíva význam výskumu vývoja bioanalytických metód a biosenzorov pre štúdium chemických interakcií a zmien DNA.
J. LABUDA: Som analytický chemik už od štúdia experimentálne zameraný na elektroanalytické metódy. Ide o techniky využívajúce ako zdroj analytického signálu oxidáciu alebo redukciu látok na meracej elektróde. Zapojil som sa do viacerých výskumov od vlastností komplexných zlúčenín kovov vrátane biomimetických zlúčenín po stopovú a špecializačnú analýzu vybraných kovov. Pre zlepšenie selektivity a citlivosti ich stanovenia sa holé elektródy povrchovo upravovali na tzv. chemicky modifikované elektródy, čo bolo nakoniec témou mojej doktorskej dizertácie. V 90-tych rokoch (ako hovoríme minulého storočia – strašné to počuť) nedávno zosnulý biochemik a elektrochemik profesor Emil Paleček v Brne modifikoval povrch ortuťovej elektródy s DNA, aby tak zvýšil jej signál pri potrebe malého množstva látky. Veď práve Emil Paleček pred vyše polstoročím ako prvý na svete publikoval elektroaktivitu dusíkatých báz DNA. Súčasne sa začali objavovať práce takto študujúce povrchovo viazanú DNA ako akýsi model stavu, v akom je v organizme. No a v mojom okolí na pracovisku i doma sa začala DNA spomínať v súvislosti s úmrtím mne blízkych ľudí. To bolo silným impulzom a motiváciou k pripojeniu sa práve v tomto smere výskumu.
DNA je označovaná ako matka molekúl. Objav jej štruktúry J. Watsonom a F. Crickom v r. 1953 sa považuje za jeden z najvýznamnejších objavov 20. storočia, napr. spolu uvedením tranzistorov či riadenej jadrovej fúzie. Myslím, že sme takmer „dokonale zostrojení“, naša DNA (chránená v štruktúre chromozómov a reparačnými systémami organizmu) pomerne veľa „vydrží“. Nič menej okrem spomenutých redoxných zmien nepodlieha celému radu chemických interakcií a premien. A práve elektrochemické signály získavané rôznymi technikami na rôznych elektródach umožňujú mimoriadne citlivú detekciu týchto zmien.
Elektrochemické a optické senzory na báze DNA sa tak rýchle zaradili medzi biosenzory – detekčné zariadenia s biomolekulou imobilizovanou na povrchu fyzikálneho prevodníka signálu, podobne ako poznáme a široko využívame enzýmové biosenzory pri individuálnej kontrole hladiny glukózy či imunochemické biosenzory a kity v klinickej chémii i vojenstve. DNA biosenzory umožňujú nielen štúdium sekvencie báz DNA (tzv. genosenzory), ale tiež asociačné interakcie s liečivami či xenobiotikami v životnom prostredí z hľadiska ich rozsahu, mechanizmu, vratnosti dejov a pod. Označujú sa ako „varovné systémy“ indikácie poškodenia DNA. Ich výhodou je dobrá cenová prístupnosť v laboratóriu, zatiaľ však nie komerčná dostupnosť.
S. C.: Priblížte nám, aké výsledky má vaša práca priniesť?
J. LABUDA: Testy chemických interakcií látok s DNA sa dnes uvažujú ako významné skúšky pri návrhu či výbere liečiv práve v dôsledku možnej asociácie na rôzne štruktúry DNA formou interkalácie, zabudovania do žliabkov dvojzávitnice či elektrostatickej väzby na reťazec DNA. Zvyčajne spôsobujú mierne štruktúrne zmeny biomakromolekuly. Ešte pestrejšia je škála chemických zmien DNA ako sú zmeny jednej či dvoch nukleobáz, ich priečne spojenia, reakcie DNA s proteínmi a pod. Hlboká degradácia DNA býva spôsobená napríklad za prítomnosti oxidačného stresu v organizme, chemickými látkami s účinkami nukleáz, UV či ionizujúcim žiarením.
Identifikácia týchto zmien je už dnes reálnym výsledkom vývoja v tejto oblasti. Vo svete sa z tohto pohľadu už charakterizoval celý rad liečiv a chemikálií.
S. C.: Čo považujete za najdôležitejší počin, ktorý sa vám počas doterajšej kariéry podaril?
J. LABUDA: Tento aspekt vidím v dvoch rovinách – vedeckovýskumnej a pedagogickej. Ako vieme, procesy starnutia i viaceré závažné ochorenia sa pripisujú účinku tzv. oxidačnému stresu v dôsledku reaktívnych foriem kyslíka, dusíka či síry. Naše laboratórium patrí k prvým, ktoré využilo DNA biosenzory na detekciu prítomnosti a účinkov takýchto foriem kyslíka, teda hydroxylových radikálov, superoxidu a pod., na rôzne typy DNA ako substráty pre atak oxidačného stresu. Navyše, testami vykonanými v prítomnosti antioxidantov sme publikovali postupy a príklady hodnotenia antioxidačnej aktivity individuálnych polyfenolov, napr. flavonoidov, ale tiež čajov, extraktov rastlín, komerčných džúsov a vín. Biosenzory sa ukázali funkčné a dostatočne citlivé pri potvrdení tzv. francúzskeho paradoxu, že i antioxidanty je vhodné prijímať v istých dávkach, keď pri zvýšenom množstve môžu ako redukovadlá prispievať k oxidačnému stresu.
Tou druhou rovinou nášho počinu je pritiahnutie a zapojenie študentov všetkých úrovní od bakalárskych projektov po témy doktorandských prác a projekty stážistov práve do výskumu, vývoja a využitia DNA biosenzorov v uvedených oblastiach. Skúsenosti z tejto účasti na bioanalytickej chémii prispeli tiež k mojim aktivitám pri príprave technických správ, terminologických odporúčaní a monografii terminológie analytickej chémie v rámci Medzinárodnej únie čistej a aplikovanej chémie, IUPAC, kde som funkcionárom v divízii analytickej chémie a bývalý člen v bureau IUPAC.
S. C.: Čím sa momentálne zaoberáte?
J. LABUDA: Tvorbu reaktívnych foriem kyslíka sme dokázali aj pri ožarovaní typov nanomateriálov označovaných ako kvantové bodky. Niektoré z nich hrajú významnú úlohu napríklad v komerčných zariadeniach na konverziu energie slnečného žiarenia na elektrickú energiu. Žiaľ, aj tie sa raz môžu dostať do životného prostredia. Vývoj biosenzorov pre hodnotenie ich vlastností je témou našej výskumnej aktivity v súčasnosti.
S. C.: Ak si zoberieme horizont päť rokov, čo je vašou métou v rámci pracovnej náplne?
J. LABUDA: Sme vedeckovýskumne a publikačne dobrým pracoviskom. Ako asi všade v školstve, aj my však dnes zvádzame svoj malý boj o financie ako pre pedagogiku, tak aj pre ňu nevyhnutný výskum so zapojením študentov, získaním financií pre ich zmysluplné záverečné práce. Moja práca sa preto zameriava aj týmto smerom, keď sa snažíme o získanie prostriedkov z projektovej činnosti na domácej i európskej úrovni. Považujem to za zodpovednosť riadiaceho pracovníka voči pracovnému tímu i pracovisku.
Rozhovor a foto poskytol: prof. Ing. Ján Labuda, DrSc.
Zhovárala sa: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR
Foto:
Uverejnila: VČ