Koronaviruso baltymų ir antikūnų sąveikas tirianti Nanotechnologijų skyriaus vyresnioji mokslo darbuotoja už savo veiklą įvertina reikšmingais tarptautiniais apdovanojimais. 2021 m. ji tapo „L'ORÉAL-UNESCO“ programos „Moterims moksle“ (angl. Women in Science) konkurso laureate, o 2022 m. pripažinta viena perspektyviausių jaunųjų mokslininkių visame pasaulyje – ir pelnė prestižinį Tarptautinių kylančių talentų apdovanojimą.
Gruodžio mėnesį laukė vyšnaitė ant torto – „Lietuvos ryto“ žurnalas „Stilius“ dr. Ievą Plikusienę paskelbė 2022-ųjų Lietuvos metų moterimi.
Mokslininkė yra davusi ne vieną interviu – pradedant komentarais apie apdovanojimų svarbą, baigiant pasakojimais apie meilę vyrui ir dukrai. Na, o mes išsamiau pasidomėkime, kokiais tyrimais užsiima specialistė, kuo jie reikšmingi mums visiems – ir kaip visa tai atrodo.
Nerimas, virtęs turiningu darbu
2020-ųjų pradžia. Naujienos apie Kinijoje įsisiautėjusį koronavirusą tampa vis svarbesnės informacinėse laidose – kol galiausiai ši tema visiškai uždominuoja eterį. Virusas skverbiasi į Europą, pražudo tūkstančius Italijos gyventojų, o vasario pabaigoje išgirstame apie pirmąjį užsikrėtimą ir Lietuvoje.
„Kai išgirdome apie koronavirusą, buvo labai neramu, nežinojom, kas dabar bus. Būdami mokslininkai, supratom, jog apie virusą yra labai mažai žinoma, neaišku, kaip jis mutuos“, – prisimena dr. Ieva Plikusienė. Tačiau, atslūgus pirmam šokui, jai su kolegomis kilo mintis: juk turime didžiulį įdirbį tyrinėdami antikūnų sąveikas su antigenais. Kodėl negalėtume to panaudoti ir šioje situacijoje?
Tuomet FTMC ir Vilniaus universiteto jungtinė mokslininkų komanda sėkmingai parengė pirmąją publikaciją, kurią 2021 m. pradžioje atspausdino aukšto lygio žurnalas „Journal of Colloid and Interface Science“. „Pačius eksperimentus atlikome, publikaciją parašėme ir publikavome per kelis mėnesius – o tai yra labai greit“, – sako pašnekovė.
Laboratorijoje tirti COVID-19 nebuvo pavojinga, kadangi darbas vyko ne su pačiais virusais, bet su jų baltymais. Iš pradžių jų dar nebuvo įmanoma niekur nusipirkti, bet čia į pagalbą atėjo VU Gyvybės mokslų centras (su dr. Aurelija Žvirbliene priešakyje) bei UAB „Baltymas“. Pastarieji gamino koronaviruso „spyglio“ baltymus, o A. Žvirblienės komanda – antikūnus. Publikuotas straipsnis unikalus dar ir tuo, kad visi tyrimai atlikti (kaip ir baltymai pagaminti) buvo Lietuvoje.
Šis I. Plikusienės nuveiktas darbas bus tik pirmasis, už kurį mokslininkė sulauks tarptautinio pripažinimo. Antigenų-antikūnų sąveikų tyrimai yra itin perspektyvi sritis, kurią išmanant, galima kurti vis tobulesnius biojutiklius.
Kaip visa tai suprasti? Tuoj paaiškinsime.
Aukso amžius
Biologinis jutiklis (arba biojutiklis) – tai mažytis prietaisas, kuriame naudojamos biologiškai aktyvios medžiagos. Vienas paprasčiausių ir dažniausiai sutinkamų pavyzdžių – greitieji testai COVID-19 susirgimui nustatyti.
Dr. I. Plikusienė pasakoja, kad nėštumo testas yra lygiai tas pats biologinis jutiklis. Nes jame įdėtos tam tikros biologiškai aktyvios medžiagos, kurios viena kitą atpažįsta ir jungiasi. Tada prie jų dažniausiai prikabinamos aukso nanodalelės, dėl kurių ir pamatome dvi raudonai nudažytas juosteles: nėštumo testas teigiamas, ir jūs apsiverkiat iš džiaugsmo (arba dėl šoko, priklauso nuo situacijos).
„Biojutiklių sritis yra mokslinė tematika, kuri dabar išgyvena savo aukso amžių, – teigia FTMC mokslininkė. – Tokių prietaisų kūrimas ir tobulinimas labai svarbus, nes padeda laiku diagnozuoti ligas ar būkles prieš ligai prasidedant – pavyzdžiui, galima nustatyti priešvėžinius žymenis ir šitaip galbūt užkirsti kelią vėžiui.
Bet iki tol, kol sukuriami tokie paprasti, vartotojams prieinami jutikliai, yra daug darbo ištiriant pačias molekules – kokias jas įdėti į greitąjį testą? Kokių reikia antikūnų, kad jie gerai nustatytų antigeną? Kad atpažintų tai, ką reikia, o ne bet ką?“
Kovos laukas – mūsų organizmas
Ieva Plikusienė rado naują, patikimą būdą, kaip atsakyti į šiuos keliamus klausimus. Tik prieš tai prisiminkime, kas yra tie antikūnai ir antigenai – ir kuo svarbi jų sąveika.
Antikūnai – Y formos baltymų molekulės, atsakingos už mūsų organizmo gynybą nuo svetimų organizmų (tokių kaip virusai ar bakterijos). Antikūnus gamina mūsų imuninė sistema, kai tik pajunta pavojų.
Tuo metu antigenai yra molekulės, esančios tų virusų ar bakterijų paviršiuje. Būtent antigenai yra pirminis antikūnų „taikinys“: jie atpažįsta svetimkūnį, prie antigenų prisijungia ir šitaip niekšą virusą neutralizuoja.
Tokia „kova“ gali vykti natūraliai (kai pats mūsų organizmas susidoroja su liga) arba dirbtiniu keliu, pavyzdžiui, per skiepus. Kuo daugiau turime antikūnų, tuo didesni šansai, kad pavyks atsilaikyti prieš ligą.
Tokia „kova“ vyksta ir biojutikliuose, pavyzdžiui, antigenų ar antikūnų testuose. Norint gerai nustatyti antigeną, reikia, kad jutiklyje būtų įdėti atitinkami antikūnai, ir atvirkščiai. O tam, kad rezultatai būtų kuo tikslesni, turime išmanyti antigeno ir antikūno giminingumą.
„Gimingumas yra parametras, kuris labai svarbus, nes kuo labiau molekulės giminingos viena kitai, tuo bus didesnis jutiklio jautris, tuo iš mažesnių koncentracijų galima nustatyti, ar žmogus užsikrėtė infekcija arba susirgo liga. Ir šitaip bus išvengta nespecifinių reakcijų, kurios gali duoti klaidingą atsakymą“, – paaiškina dr. I. Plikusienė.
Pasak specialistės, šį giminingumą įsivaizduoti labai nesunku:
„Mes turime artimų giminių – tėvų, vaikų, senelių, kuriuos susitikę norime apkabinti. Mums smagu, malonu juos matyti. O turime, pavyzdžiui, tolimą dėdę, kurį pamatome kitoje gatvės pusėje ir net nelabai norime pasimojuoti, nes ta mūsų sąveika nėra labai tvirta... Reiškia, kuo geresni santykiai, tuo labiau norime megzti ryšį“.
Lygiai taip pat yra su antikūnais ir antigenais. Kuo labiau molekulės yra viena kitai giminingos, tuo daugiau ryšių susidaro. Antikūnas yra Y formos molekulė, kuri turi tokias lyg ir rankytes, per kurias jis gali prisijungti prie antigeno. Jeigu ryšys tarp jų – labai specifinis, molekulės tvirtai susijungs. Bet jeigu ne – tos dalys susikabins silpnai arba greitai atitrūks.
Tad, jeigu norime pagaminti tikslų greitąjį testą, mums reikia labiau giminingų molekulių.“
Ką šiuo atveju daro Ieva Plikusienė su komanda? Dar prieš sukuriant greituosius testus, mokslininkai padeda atrinkti, kokias molekules į tuos testus įdėti – išmatuoja tam tikrus antikūnus ar antigenų parametrus ir šitaip nustato jų giminingumą.
Kaip minėta, tokie biojutikliai pritaikomi ne vien koronavirusui, bet ir kitoms biologinėms molekulėms – tai gali būti vėžio ar kitų ligų žymenys, ir pan. Iš biojutiklių daug tikimasi vaistų kūrime, pavyzdžiui, tobulinant priežvėžinius slopiklius. Čia kartu dirbama su VU Gyvybės mokslų centru.
Dabarties ir ateities technologija
O kokiomis priemonėmis nustatomas antikūnų ir antigenų giminingumas? Tai – šioje mokslinėje grupėje vystomas jungtinis optinis-akustinis metodas, kuris padeda išsiaiškinti, kaip koronaviruso baltymai (antigenai) sąveikauja su antikūnais.
Už šiuos tyrimus 2022 m. I. Plikusienė pelnė tarptautinį pripažinimą. Kaip jie veikia?
„Optiniu vadinamas toks metodas, kur sąveikoms tarp biologiškai aktyvių molekulių, pavyzdžiui antikūnų ir antigenų, nustatyti naudojama šviesa. Mūsų tyrimuose yra išmatuojama šviesa, atsispindėjusi nuo bandinio, kai ant jo paviršiaus vyksta sąveika tarp antikūno ir antigeno. Išmatuota šviesa yra konvertuojama į elektrinį signalą ir to rezultatas atvaizduojamas kompiuterio ekrane, kaip tam tikro parametro kitimas laike. Paskui, apdorojus gautus matavimų rezultatus, galima suskaičiuoti, kokia antikūnų ar antigenų masė susidarė ant paviršiaus.
Taikant akustinį metodą toms pačioms sąveikoms tarp antikūno ir antigeno tirti yra panaudojamos akustinės bangos. Čia matuojami akustinių bangų parametrai, kurie taip pat atvaizduojami kompiuterio ekrane. Vienas iš tokių matuojamų parametrų yra dažnio pokytis laike: kuo ant paviršiaus mažiau antikūnų arba antigenų, tuo ir pokytis bus mažesnis ir atvirkščiai. Šis metodas, kaip ir aukščiau minėtas optinis, irgi leidžia įvertinti paviršiaus masę, bet juos abu taikant vieno eksperimento metu šį ir kitus dydžius galima apskaičiuoti tiksliau“, – paaiškina mokslininkė.
Pašnekovė teigia, kad optinio-akustinio metodų sujungimas tiriant antikūnų-antigenų sąveiką yra gana naujas dalykas, nes tokių bandymų nėra daug:
„Čia mes atveriame naują sritį. Prieš tai dirbome vien su optiniu prietaisu, bet vėliau atsirado galimybė nusipirkti naują aparatūrą, leidžiančia atlikti akustinius matavimus. Tai stipriai papildė mūsų prieš tai nuveiktus darbus. Mes sėkmingai ir per gana trumpą laiką šiuos metodus pritaikėme koronavirusui, nes jau turėjome nemažą įdirbį šioje srityje.
Dabar mes sėkmingai bendradarbiaujame su biotechnologijų įmonėmis, padedame atrinkti, kurie baltymai labiausiai tiktų į rinką, vaistų kūrimui ir pan.“
Mokslininkė dar kartą pabrėžia visokeriopą biojutiklių naudą. Štai jų dėka daugelį biožymenų, kurie yra lyg ligos pirštų antspaudai, galima sėkmingai nustatyti pakankamai greitai.
Kita pasaulinė tendencija – tai vadinamasis daiktų internetas: siekiama, kad jutikliai, susiję su žmogaus sveikatos būsena, „bendradarbiautų“ su gydymo įstaiga, praneštų apie galimas rizikas. Pavyzdžiui, smarkiai sumažėja jūsų kraujo spaudimas ar širdis ima tuksenti ne taip, kaip reikėtų – iškart signalas klinikai, ar pan.
Ir jau ne kartą minėta svarbi sritis – vaistai. Turint itin jautrius jutiklius, galima ištirti savybes įvairių preparatų, kurie bus naudojami medikamentams. „Vienas iš darbų, kurį darome – jungtiniu metodu tiriame, kaip aukso nanodalelės gali būti panaudotos heparino nustatymui. Heparinas yra medžiaga, pasitelkiama kaip vaistas kraujo krešėjimui reguliuoti. Plačiausiai jis naudojamas operacijų metu; labai svarbu sekti jo kiekį žmogaus kraujuje, kad heparino nebūtų per daug. Tad čia irgi viena iš temų, kurią vystome“, – sako dr. I. Plikusienė.
Mokslui pasitarnaus ir lamos
Koronaviruso tyrimai – toli gražu ne vienintelė sritis, kuriai mokslininkė skiria savo laiką ir dėmesį. Jos darbo diena būna labai intensyvi, viskas suplanuota valandomis. Be veiklos FTMC, ji jau 13 metų dėstytojauja VU Chemijos ir geomokslų fakultete, dirba docente, įvairių pakopų studentams skaito paskaitas apie fizikinę chemiją, termodinamiką. Beje, pastaroji taip pat padeda tirti sąveikas tarp antikūnų ir koronaviruso antigenų.
„Antikūnų ir antigenų giminingumas yra tam tikras termodinaminis parametras, priklausantis nuo temperatūros. Pasikeitus temperatūrai, gali pasikeisti ir giminingumas. Taip pat, žinant, kokiu greičiu antikūnai ir antigenai jungiasi (ir kokiu greičiu atsiskiria), galime sužinoti ir papildomos informacijos – tarkim, kaip erdvėje turi išsidėstyti antikūnas, kad sėkmingai suformuotų kompleksą su antigenu“, – pasakoja pašnekovė.
Ieva darbo reikalais daug keliauja, bendradarbiauja su užsienio specialistais, dalyvauja įvairiuose projektuose. Štai FTMC pradeda vykdyti mokslininkų grupių projektą, kuriuo tirs lamų (taip, tų mielų Pietų Amerikos žvėrelių) antikūnų sąveikas su mutavusio koronaviruso spyglio baltymu.
Pasirodo, kupranugarinių šeimos gyvūnų organizmai gamina ypatingus antikūnus, kurie yra mažesni negu randami žmogaus organizme. Tai jiems leidžia greičiau ir efektyviai pasiekti antigeną, prie jo prisijungti, blokuoti.
„Lamų antikūnai turi labai didelį potencialą tiek diagnostikoje, tiek gydyme.“, – sako I. Plikusienė. Tiesa, keliauti patiems pas lamas nereikės – šie antikūnai gaminami laboratorijose, tad pakaks jų nusipirkti.
FTMC Nanotechnologijų skyrius turi nemažai partnerių ne tik Lietuvoje, bet ir pasaulyje. Lietuvių komanda bendradarbiauja su Sorbonos universiteto matematikais, kurie padeda sukurti matematinius modelius, leidžiančius įvertinti antikūnų-antigenų santykį ne tik kokybiškai, bet ir kiekybiškai.
Taip pat bendradarbiaujama su Europos membranų institutu IEM, įsikūrusiu Monpeljė mieste, Prancūzijoje: „Jie turi didelę patirtį formuojant įvairias nanostruktūras, panaudojant metalų oksidus. Tokias struktūras naudojame savo kuriamuose biojutikluose ir bioanalizinėse sistemose. Tai gali būti nanovielos, nanoežiai – tokie kaip ežiukai su spygliais, struktūros, kurios gali pasitarnauti kuriant biologinius-optinius jutiklius.“
Dr. Ieva Plikusienė padeda ir jauniesiems šalies mokslininkams. Ji yra Lietuvos mokslų akademijos Jaunosios akademijos pirmininkė. Tai – organizacija, vienijanti daug pasiekusius Lietuvos mokslininkus iki 40 metų ir jiems atstovaujanti.
„Siekiame gerinti jaunųjų mokslininkų darbo sąlygas, padėtį, karjeros kelią Lietuvoje. Yra su tuo susijusių daug problemų. Pavyzdžiui, apsigynus daktaro disertaciją, kartais mokslininkas nebežino, ką toliau daryti. Viena iš spragų – doktoranto stipendija yra gan didelė, bet apsigynęs disertaciją žmogus pradeda dirbti už mažesnį atlyginimą.
Taip pat buvo laikas, kai mes neturėjome šaukimų podoktorantūros stažuotėms. Yra svarbu, kad tas kelias būtų aiškus, kad suteiktume galimybių – nes dėl to jauni specialistai tiesiog meta mokslą arba apskritai retai renkasi doktorantūros studijas“, – pasakoja pašnekovė.
Ne tik darbas, bet ir misija
Paklausta, ar dažnai galvoja, jog atlieka visuomenei svarbų darbą, Ieva atsako teigiamai: „Man atrodo, mokslininkai ir dirba tam, kad žmonėms būtų geriau. Tik gal su visuomene per mažai apie tai komunikuojam, nes žmonės juk moka mums atlyginimą, mokėdami mokesčius – tad mes turime jausti atsakomybę prieš juos, pasakoti, ką darome, kaip prisidedame prie kasdienio gyvenimo gerinimo.“
Ekspertė priduria, kad turbūt nedažnai susimąstome, jog šiandien gyvename taip patogiai, gan ilgai ir daug sveikiau negu prieš 50–100 metų dėl to, kad mokslininkai tiesiog dirba savo darbą – ir kuria technologijas, pritaikomas esant reikalui. Pavyzdžiui, mRNR vakcinų technologija buvo puikiai žinoma ir vystoma ne vieną dešimtmetį dar iki COVID-19 atsiradimo. O ką jau kalbėti apie kitus, „smulkesnius“ atradimus, padedančius kasdienybėje.
„Retas kuris, savo namuose įsijungdamas indukcinę kaitlentę, pagalvoja, kiek daug fizikai įdėjo darbo, kad ta kaitlentė atsirastų jų namuose“, – pastebi dr. I. Plikusienė.
