Chaotiškas genijaus protas gelbėjant darbo vietas uždirbo Nobelio premiją

 (19)
Trečiadienį Vilniuje prasidėjo didžiausia Baltijos šalyse gyvybės mokslų konferencija „Life Sciences Baltic“, sutraukusi apie 1000 dalyvių iš maždaug 40 skirtingų valstybių. Garbingiausias šiemetinės konferencijos svečias – Nobelio premijos laureatas Kary B. Mullis, gyvybės mokslui nusipelnęs tuo, jog sukūrė bemaž galingiausią genetinių tyrimų įrankį – polimerazės grandininės reakcijos (PGR) metodą, kurį galima būtų pelnytai vadinti genetiniu mikroskopu.
Kary B. Mullisas
© DELFI (K.Čachovskio nuotr.)

K. B. Mulliso, Stokholme už pasiekimus chemijos srityje apdovanoto 1993 metais, maždaug dešimtmečiu anksčiau sukurto metodo esmė – nedidelį tiriamojoje medžiagoje esančios genetinės informacijos kiekį padauginti tiek, kad jis būtų nesunkiai aptinkamas gelinės chromatografijos būdu (ir plika akimi).

Mokslininkas konferencijos svečiams papasakojo neeilinę PGR sukūrimo istoriją, kurioje svarbiausias posūkio taškas įvyko vieną penktadienio vakarą, po darbų važiuojant į savo ūkelį Mendocino slėnyje.

Gūdūs, primityvūs laikais

Pažvelgus atgal į anuos laikus – maždaug 1981-1983 metus – pasak mokslininko, gyvenome labai jau primityviai. Taip, žinojome, kas yra DNR, mokėjime pasigaminti vieną-kitą baltymą, žinojome, kad baltymus koduoja genai, tačiau tai buvo visiškai nepalyginama su šiandiena, kai nesunku ir nebrangu gauti bet kokios genetinės sekos koduojamą baltymą. Ar pačiam susigalvoti bet kokią norimą genetinės informacijos seką ir ją realizuoti laboratorijoje.

„Anuomet gaminau mažas molekules, kurios buvo iki 20-30 bazių (nukleotidų) ilgio. Gaminome jas sintetiškai. Naudodavome hidrolizuotą DNR. Gaudavome tą medžiagą iš japonų, o jie gaudavo iš kažkokių jūros gyvių. Nukleotidus į grandinę kabindavome po vieną. Tai gryniausia organinė chemija“, - sakė organinės chemijos specialistas, kurį vargino toks monotoniškas, pasikartojantis ir, šiandieniniu suvokimu, mažai efektyvus darbas.

„Tada, apie 1979 metus, perėjau prie biochemijos ir pradėjau kurti peptidų grandines. Dirbau Kalifornijos universitete San Franciske. Tame pačiame koridoriuje dirbo mano draugas, Ronas Cookas, kuris dirbo panašų darbą, kaip ir aš. Vieną dieną abu sėdėjome gyvybės mokslų auditorijoje ir klausėmės paskaitos, kurioje dėstytojas pasakojo apie savo patirtį, kaip iš monomerų pagamino 50-60 nukleotidų ilgio DNR grandinę, koduojančią baltymo fragmentą. Mokslininkai savo DNR grandinę klonavo, ją įterpė į bakteriją, o bakterija sėkmingai gamino jų užkoduotą baltymo fragmentą. Štai taip gimė molekulių klonavimas. Susižvalgėme su Ronu ir susirūpinome: bakterijos kelia grėsmę mūsų darbui, nes gali jį atlikti geriau už mus. Mums reikėjo išmokti gaminti oligonukleotidus, nes to reikia norint klonuoti peptidus bakterijose“, - apie pirmą priežastį dauginti molekules pasakojo Nobelio premijos laureatas.

Prieš daugiau nei tris dešimtmečius mokslininkų komanda, dirbusi bendrovėje „Cetus“, per mėnesį sugebėdavo pagaminti dvi 30 nukleotidų ilgio grandines – anuomet tai buvo didelis pasiekimas. Šiandien toks darbas atliekamas jei ne per sekundes, tai per minutes. Visas darbas buvo atliekamas rankiniu būdu, kiekvieną nukleotidą prie grandinės klijuojant atskirai. Tuomet atitinkama grandinė būdavo perduodama molekulinės biologijos specialistams – jie buvo vertinami kaip tikri mokslininkai, o grandinių kūrėjai, chemikai, buvo tarsi pagalbinis personalas – K. B. Mulliso teigimu, patys chemikai taip nesijautė, jie manė geriausiai suprantą pasaulį, o molekulinės biologijos tyrėjai jiems atrodė tarsi mažiausiai išmanantys mokslininkai. Tiesiog tais laikais buvo toks nesėkmingas hierarchinis pasiskirstymas.

Saugojo kolegų darbą – uždirbo Nobelio premiją

Kary B. Mullisas
© DELFI (K.Čachovskio nuotr.)

Galų gale R. Cookui pabodo oligonukleotidus klijuoti rankomis – jis, kaip tuo metu buvo įprasta Šiaurės Kalifornijoje, pareiškė, kad išeina dirbti į savo garažą ir grįš su aparatu, automatizuotai sintezuojančiu nukleotidų grandines. Ir tikrai – vieną dieną Ronas į laboratoriją atsinešė rimto lagamino dydžio paties sumontuotą aparatą, kuris nukleotidus į grandinę kabino automatiškai – darbas nebuvo atliekamas labai tiksliai, bet jis buvo vykdomas. O tas lagaminas per aštuonias valandas atliko šešių žmonių trijų savaičių darbą. Tai kėlė grėsmę visų laboratorijos darbuotojų darbo vietoms.

Tačiau alternatyva šiam nemaloniam sprendimui buvo – reikėjo rasti būdą smarkiai padidinti oligonukleotidų paklausą laboratorijose, su kuriomis bendradarbiavo. Anuomet DNR grandinių reikėjo įvairiems nedideliems eksperimentams – patikrinti, kas ir kaip veikia jų aktyvumą ir panašiai. Nuolatinio oligonukleotidų srauto tam nereikėjo. K. B. Mullis įsivaizdavo, kad paklausą reikėtų padidinti 10-15 kartų. Jis net neįsivaizdavo, kad rezultatas bus per porą metų milijonais kartų padidinta paklausa.

Kaip tik tuo metu pasaulyje pradėjo sklisti žmogaus genų sekos. Tai vyko lėtai, tačiau buvo akivaizdu, kad procesas tęsis ir greitės. Ir dėl to išaugs ir oligonukleotidų – genų fragmentų – paklausa. „Toks protingas vyrukas Fredas Sangeris [dukart Nobelio premijos laureatas – red.] sugalvojo būdą, kaip nustatyti nukleininių rūgščių seką.

Denatūruotame žmogaus genome yra arti 7 mlrd. bazių (nukleotidų). Iššifruoti visą grandinę cheminiais metodais, po vieną bazę, būtų be galo sudėtinga ir truktų labai ilgai, todėl K. B. Mullis pradėjo galvoti, kaip šiame procese galima būtų panaudoti jų gaminamus oligonukleotidus – tam ir buvo sukurtas polimerazės grandinininės reakcijos procesas (apie kurį pats mokslininkas dar nė nenutuokė).

Po ilgo ir nevaisingo bandymo įkinkyti nukleotidus DNR grandinės nuskaitymui, mokslininkui bevažiuojant į savo atokų namelį Mendocine galų gale šovė išganinga mintis: DNR grandinė yra dviguba ir komplementari, priešais citoziną (C) kitoje grandyje visuomet būna guaninas (G), o priešais adeniną (A) – timinas (T). Komplementarūs (vienas kitą atitinkantys) DNR grandinės fragmentai yra linkę natūraliai jungtis tarpusavy. Todėl panaudojus trumpą žinomą DNR grandinės fragmentą (pradmenį) galima surasti DNR grandinės pradžią, o tuomet iš tirpalo, kuriame yra DNR, imti po vieną nukleotidą ir, panaudojant fermentą polimerazę priseginėti nukleotidus prie esamos grandinės, taip sukuriant jos kopiją. Vėliau gautą dvigubą grandinę vėl suskaidyti, prie jos galų prisegti tuos pačius pradmenis ir atlikti tą pačią grandinės kopijavimo padedant polimerazei procedūrą. Ir tada dar kartą. Ir dar kartą.

Kiekvieno tokio ciklo metu tirpale esančios ieškomos grandinės kopijų kiekis padvigubėdavo. Todėl po 35 ciklų (tai yra standartinis kartojimų kiekis) gaunama 236 grandinės kopijų. Arba 68 milijardai.

Idėja taip stipriai sukrėtė mokslininką, jog jis tučtuojau sustojo pakelėje ir užsirašė savo mintis, kad šios neišgaruotų be pėdsako. Nuvykęs iki namelio mokslininkas kiaurą naktį negalėjo užmigti. Net ir kitą naktį, po idėjos gvildenimo bendraujant su buteliu vyno, K. Mullisas miegojo neramiai.

O kur čia vieta K. B. Mulliso gaminamiems oligonukleotidams? Ogi jie atlieka pradmenų vaidmenį.

Panašų metodą kiti mokslininkai buvo sugalvoję ir maždaug dešimtmečiu iki K. B. Mulliso atradimo. O kodėl tuomet Stokholme šampaną gėrė tik K. B. Mullisas, o ne anksčiau už jį panašiai galvoję mokslininkai? Pasirodo, Vilniuje apsilankiusio svečio procesas buvo gerokai pranašesnis – jis vyko grynai mėgintuvėlyje, sintetinėje aplinkoje, jam nereikėjo bakterijų, kurios prismardina laboratoriją ir pailgina procesą, nes reikia laukti kol bakterijos užaugs ir pasidaugins.

Kaip „Science“ ir „Nature“ Nobelio premijos vertės straipsnį pražiopsojo

Kary B. Mullisas
© DELFI (K.Čachovskio nuotr.)

Mokslininkas manė, jog jo sugalvotas procesas yra labai paprastas – na juk negali būti, kad iki tol jo niekas nebūtų sugalvojęs. Jis pakalbino visus jam žinomus mokslininkus ir visi kaip vienas atsakė: „Ne, apie tokį negirdėjome“.

K. B. Mullisas nepuolė iškart rašyti mokslinio darbo recenzuojamam žurnalui apie savo darbą – jis grįžo pas savo kolegas ir paklausė, kam iš jų toks metodas būtų naudingas. Ir taip nudžiugino pjautuvinės anemijos tyrėjus.

Savo darbo aprašymą K. B. Mullis pabandė publikuoti žurnale „Nature“ - juk 1968 tas pats žurnalas publikavimui priėmė jo paties straipsnį „The Cosmological Significance of Time Reversal“, tačiau šio žurnalo redaktoriai niekada negirdėtu dalyku visiškai nesusidomėjo ir nemanė, jog jis būtų įdomus plačiajai auditorijai. Lygiai tokį patį atsakymą jis gavo ir iš antro pasirinkimo – žurnalo „Science“. Bet vėliau, 1987 metais, jo darbą priėmė siauresnės interesų srities leidinys „Methods in Enzymology“. Tokiu būdu labiausiai vertinami pasaulio žurnalai praleido progą publikuoti mokslinį darbą, uždirbusį Nobelio premiją.

Ir tik po šios publikacijos biochemikai suprato, jog K. B. Mulliso pasiūlytas metodas yra pakankamai paprastas ir tiek efektyvus, jog jį galima pritaikyti bet kurioje molekulinės biologijos laboratorijoje. Galų gale PGR pradėjo naudoti visi biochemikai, prigalvoję ir naujų šio metodo panaudojimo būdų. Pavyzdžiui, pats metodo autorius net nebuvo susimąstęs, jog PGR būdu galima identifikuoti bakterinę infekciją, palyginus biologinio mėginio genetinį turinį su žinomos bakterijos DNR: jeigu atlikus gelinę chromatografiją iš žmogaus kūno paimtos medžiagos DNR fragmentai sutampa su bakterine genetine medžiaga, vadinasi, kūne tūno būtent tokia bakterija.

Chaosas galvoje, pasakojime ir gyvenime

„Atsiprašau už labai chaotišką pristatymą. Bet tai buvo labai tikslus mano smegenų procesų atvaizdavimas“, - užbaigdamas savo pasakojimą atsiprašė garbaus amžiaus mokslininkas, kuriam sunkiai sekėsi susitarti su šuiolaikiška demonstracijoms naudojama įranga. K. B. Mullisas skundėsi, kad jau prarado tą paauglišką sugebėjimą natūraliai įsisavinti ir naudoti technologijas, tačiau padedant konferencijos organizatoriams po truputėlį yrėsi į priekį tarp savo pasakojimui naudojamų skaidrių.

Gana chaotiškas ir audringas buvo visas K. B. Mulliso gyvenimas – ketvirtą kartą susituokęs mokslininkas ne kartą buvo įsivėlęs ir į skandalus, už kuriuos šiais laikais kiltų ankstyvo karjeros nutrūkimo grėsmė.

1998 metais „The Baltimore Sun“ rašė, jog mokslininkas nevengė atsipalaiduoti sklęsdamas bangomis ant banglentės, o vėliau paragaudamas haliucinogeno LSD – ir jis to nesigėdija. O dar jis į savo paskaitų skaidres mėgdavo prikaišioti nuogų moterų nuotraukų. Ir bent kartą bandė priremti prie sienos iš jo interviu ėmusią žurnalistę, siūlydamas „susipažinti artimiau“.

Pasak „The Baltimore Sun“ straipsnio, K. B. Mullisas kartą pats susintetino rimtą dozę haliucinogeno ir ją suvartojo. O tada sulaužė draugo klarnetą, nes pamanė, jog tai – gyvatė. Praėjus dienai jis prabudo po stalu, susisukęs į kamuoliuką. Ir tik po dar trijų dienų paties pasigaminto narkotiko poveikis išsivadėjo.

Spalvingą mokslininko asmenybę dar įdomesnėmis spalvomis nudažo jo asmeniniai įsitikinimai: jis nevengia sukryžiuoti iečių su dominuojančiomis mokslo idėjomis ir tiki astrologija, tačiau ne tuo, jog ŽIV sukelia AIDS ar globalinis atšilimas – žmogaus sukeltas procesas.

„Beje, gal kas turi nereikalingus 10 mln. JAV dolerių? Jie man visai praverstų finansuojant startuolį, kurio tikslas – diagnozuoti ligas“, - prieš atsisveikindamas lyg tarp kitko paklausė Nobelio premijos laureatas.

www.DELFI.lt
Naujienų prenumerata
Parašykite savo komentarą
arba komentuokite anonimiškai čia
Skelbdami komentarą, Jūs sutinkate su taisyklėmis
Skaityti komentarus Skaityti komentarus

Mokslas

Kinija į orbitą ketina paleisti antrąją savo kosminę stotį (2)

Kinija praneša, kad naujos kartos raketos paleidimas į erdvę tampa itin svarbiu etapu vis didesnes apsukas įgaunančioje šalies kosminėje programoje. Dar iki šių metų pabaigos šalis į orbitą ketina paleisti antrąją savo kosminę stotį. Apie tai praneša AP.

Su išmaniąja uodų gaudykle „Microsoft“ galės numatyti epidemijas

Laikydamas rankose pincetą ir plastikines kapsules, Itanas Džeksonas gaudo uodus „Microsoft“ laboratorijoje Teksase. Jis vykdo projektą, kurio tikslas – ištirti paplitusias virusines epidemijas, pernešamas kenkėjų, taip pat ir uodų. Tokios gaudyklės atpažįsta taikinį pagal algoritmą, kuriame nurodyti vabzdžių sparnų parametrai ir kiti parametrai. Be to, prietaisas automatiškai nustato uodo tipą ir oro sąlygas, kurioms esant uodas buvo pagautas. Tai padės nustatyti, kokioms sąlygoms esant pavojingiausias virusų plitimas.

Gravitacinių bangų paslaptis išaiškėjo (29)

Praėjusį rugsėjį buvo užfiksuoti raibuliai, kurie prieš milijardą metų kilo susidūrus juodosioms skylėms.

Japonai siekia supaprastinti Raudonosios planetos tyrimus (3)

Japonijos aeronautikos tyrimų agentūra siekia robotizuoti konstrukcijas, kurias žmonės galėtų naudoti Marse ir Mėnulyje.

JAV tai laikoma velnio pramanu: sistema, dėl kurios kilo riaušės ir žlugo svarbios misijos (43)

Kai Sirakūzuose, Niujorko valstijoje, vienoje vidurinėje mokykloje dirbanti Sally Mitchell neseniai JAV energetikos departamento surengto renginio metu kreipėsi į grupę mokinių, ji pabrėžė, kad jos tikslas yra „galiausiai visiems laikams įvesti metrinę matų sistemą Jungtinėse Valstijose“.