Dr. J. Svirelio ir jo kolegos, vadovo prof. Andreas'o Dahlin'o (Chalmers University of Technology, Švedija) mokslinis darbas sudarytas iš daugelio skirtingų tyrimų, tačiau visus juos apibrėžia biomolekulių tyrinėjimas natyviomis sąlygomis optiniais metodais.
„Didžiąją savo mokslinio darbo laiko dalį praleidau kurdamas platformą, kuri leistų pagauti tam tikrus baltymus į spąstus (angl. trap), nepažeidžiant jų struktūros bei funkcijos. Kituose tyrimuose, kartu su komanda tyrinėjome įvairias baltymų sąveikas su polimeriniais šepetukais dengtais metaliniais paviršiais ir ieškojome metodų ar naudojome jau ganėtinai žinomus fizikinius reiškinius, pavyzdžiui, paviršiaus plazmonų rezonanso efektą, kurie leistų įvertinti šias sąveikas.
Viename tyrime sprendėme ypatingai svarbų iššūkį, susijusį su paviršių plazmono rezonanso instrumento matavimais, kuris gali paversti matavimus netiksliais. Pavyzdžiui, norint ištirti labai mažų baltymų (pavyzdžiui, lisozimo) sąveiką su baltymams galimai atspariomis medžiagomis dengtais paviršiais, to padaryti standartiškai negalėtume. Tačiau šiuo atveju parodėme, kad galima pritaikyti tam tikrą analitinį sprendimą ir pašalinti problemą.
Taip pat mums buvo įdomu patyrinėti, ar tauriųjų metalų, pavyzdžiui, paladžio ir platinos paviršiai gali būti naudojami paviršių plazmonų rezonanso instrumentuose, kur realiu laiku stebėjome šių metalų padengimą polimerais bei įvertinome šių paviršių atsparumą baltymams“, – laiške portalui Delfi rašė dr. J. Svirelis.
Svarbūs procesai – nanometrų skalėje
Kaip aiškino lietuvis mokslininkas, norint suprasti sąveikų ir reakcijų mechanizmus, galimybė pamatyti ir ištirti pavienes arba tik kelias biologines molekules yra be galo svarbus procesas.
Idealiu atveju, anot dr. J. Svirelio, šių molekulių judėjimas turėtų būti apribotas be galo mažame tūryje, t.y. nanometrų skalėje, tam, kad galima būtų prailginti jų stebėjimo laiką analizuojant jas optiniais metodais. Deja, yra ypatingai sunku išrasti technikas, kurios nepažeistų biomolekulių (pavyzdžiui, baltymų) struktūros fiziologinėmis sąlygomis.
„Šiame tyrime mes pristatome platformą, kuri gali būti naudojama ilgam ištirpusių baltymų uždarymui nanoskalės tūriuose (nanoertmėse), nepažeidžiant jų ir „nepririšant“ (angl. tether) prie paviršiaus kovalentiniu ryšiu. Mūsų sukurta sistema yra paremta nanoertmėmis, dengtomis funkciniais polimeriniais šepetukais, kurių struktūra pakinta keičiantis aplinkos sąlygoms.
Ši sąvybė leidžia atidaryti ir uždaryti nanoertmes, jog būtų galima valdyti baltymų judėjimą į ir iš jų. Kai polimeriniai šepetukai yra „prailgintoje“ (angl. extended) formoje, nanoertmės yra uždarytos baltymų judėjimui, tačiau skysčiai bei jonai ir mažos molekulės gali judėti pro jas laisvai. Dėl to, šiose nanoertmėse (tūris gali siekti 1-ą atolitrą) galima „uždaryti į spąstus“ nuo 500 iki 1000 baltymų (koncentracija nanoertmėse gali siekti 60 g/l).
Mūsų sistema leidžia naudoti daugelį šių ertmių tuo pačiu metu analizuojant biomolekules įvairiais mikroskopiniais metodais. Be to, šiame tyrime parodome, kad galima vykdyti natyvines enzimatines kaskadines reakcijas šiose polimeriniais šepetukais dengtose nanoertmėse, pastoviai tiekiant reagentus. Ši platforma žymiai išplės dabartines galimybes optiškai analizuoti baltymų sąveikas (pavyzdžiui, oligomerizacijų dinamikas)“, – dėstė mokslininkas dr. J. Svirelis.
Kuo svarbus šis tyrimas ir jo išvados?
Pasak J. Svirelio, visų pirma svarbus yra pats baltymų tyrinėjimas. Be baltymų joks gyvas organizmas negalėtų funkcionuoti ar tiesiog būti „gyvas“. Baltymai yra atsakingi už begalę funkcijų – mūsų, augalų ir kitų organizmų struktūrose. Juos galima rasti raumenyse, smegenyse ir kituose audiniuose, tad šių biomolekulių svarba yra neginčijama. Analizuojant baltymus galima išsiaiškinti, kaip veikia mūsų ir kiti organizmai. Be to, žinant, kaip baltymai sąveikauja natyvioje konformacijoje su kitomis molekulėmis, galima sukurti tikslingus vaistus gydyti įvairias ligas.
„Pagrindinė problema neatsiejama nuo dabartinių taikomų metodų norint analizuoti baltymus yra tai, kad visuomet žiūrime į rezultato vidurkį. Tarkime, paimsime baltymų mėginį, kuriame yra milijonai baltymų, ir tirsime kažkokią jų savybę, gausime vidurkį visų tirpale esančių baltymų savybių. Tačiau mėginiuose visuomet yra subpopuliacijos, kurios neatitinka vidurkio rezultato. Tai galime palyginti apklausus visus Lietuvos žmones ir, vidutiniškai paėmus, lietuviai valgo šaltibarščius, bet juk iš tikrųjų yra žmonių, kurie to nedaro.
Taigi, turime tyrinėti mažas baltymų populiacijas, o geriausiu atveju – pavienes baltymo molekulės. Norint tai padaryti, reikia juos įtraukti į be galo mažas erdves (tūrius) – nanoertmes, kur jie galėtų plaukioti laisvai, bet limituotoje erdvėje, kad galėtume juos pamatyti pavieniui ar sąveikaujant su kitomis pavienėmis molekulėmis optiniais metodais.
Be to, žinant visas šias subpopuliacijas, bus galima ne tik geriau suprasti kaip funkcionuoja baltymai organizmuose, tačiau ir sukurti daug efektyvesnius vaistus“, – aiškino chemijos mokslų daktaras J. Svirelis.
Įspūdinga lietuvio karjera
Dr. J. Svirelis savo doktorantūrinį darbą apsigynė praėjusių metų lapkričio pabaigoje, Chalmerso technologijų universitete, Geteborge, projekto „Single Molecule Analysis in Nanoscale Reactions“ eigoje.
Dr. J. Svirelis gimė Vilniuje, augo Panevėžyje, 2012 metais baigė Juozo Balčikonio gimnaziją. Studijavo Vilniaus universitete, vėliau – nanobiotechnologijų magistro studijas Aalborg University, Danijoje. Magistrinį darbą apsigynė „University of Natural Resources and Life Sciences“, Vienoje, Austrijoje. Praėjęs visus kandidatūros etapus, J. Svirelis įstojo į doktorantūrą Švedijoje. Šiuo metu dirba chemiku DNR sekoskaita (sekvenavimu) užsiemančioje įmonėje „Gnothis AB“ Stokholme chemiku.
„Nors mokslas ir darbas atima labai daug laiko, laisvalaikiu užsiiminėju sportu, muzikos kūrimu, meditacija bei kompiuteriniais žaidimais, taip pat mėgstu keliauti. Jei laiko būtų daugiau nei 24 valandos paroje, dar dažniau susitikčiau su draugais“, – vylėsi dr. J. Svirelis.
Mokslinis tyrimas žurnale „Nature“ publikuotas rugpjūčio 23 dieną.