Sekite 15min Google
Dr. Dariaus Balčiūno vadovaujamos mokslininkų komandos – Editos Bakūnaitės, Emilijos Gečaitės, Samantos Žemalytės, Jaroslavo Denkovskij ir Justo Lazutkos – atlikto tyrimo rezultatai publikuoti viename seniausių ir įtakingiausių genetikos mokslo žurnalų „Genetics“, o pati publikacija sulaukė išskirtinio redakcijos dėmesio – ji išskirta kaip vienas svarbiausių rugsėjo mėnesio numerio straipsnių.
Naujasis genetinis įrankis gali būti pritaikomas tiriant įvairius biologinius procesus – nuo organų regeneracijos iki nervų sistemos veiklos ir elgsenos. Be to, tyrimo metu išvestos zebrinės danijos tapo pirmaisiais Lietuvoje sukurtais genetiškai modifikuotais stuburiniais gyvūnais.
Kodėl tyrimuose svarbu kontroliuoti genų aktyvumą?
Pasak dokt. Editos Bakūnaitės, vienas klasikinių būdų išsiaiškinti, ką organizme veikia konkretus genas, – „išjungti“ jo veiklą ir stebėti, kas pasikeičia. Tačiau tai ne visada leidžia atsakyti į mokslininkams rūpimus klausimus.
„Kai kurie genai yra gyvybiškai svarbūs ankstyvam organizmo vystymuisi. Jei tokį geną išjungiame pačioje pradžioje, organizmas gali neišgyventi, todėl nebegalime ištirti, kokią funkciją tas pats genas atlieka vėliau, jau susiformavusiame organizme. Pavyzdžiui, širdies vystymosi metu svarbūs genai vėliau gali turėti įtakos širdies regeneracijos mechanizmui“, – aiškina mokslininkė.
Mokslininkės teigimu, šią problemą galima spręsti geną išjungiant ne ankstyvuoju organizmo vystymosi laikotarpiu, o vėliau, kai pagrindinės organų sistemos jau yra susiformavusios.
Būtent tam VU GMC tyrėjai išvedė zebrinių danijų liniją, kurioje geno veiklą reguliuojanti sistema išlieka efektyvi ir suaugusiose žuvyse. Tyrėjai taip pat sukūrė naują reguliacinę DNR seką – ubbR promotorių, padedantį užtikrinti efektyvią sistemos veiklą skirtingais organizmo vystymosi etapais.
Anot E.Bakūnaitės, anksčiau naudoti promotoriai turėjo rimtų trūkumų: vieni buvo veiksmingi embrionuose, tačiau jų aktyvumas vėliau silpnėdavo, kiti nebuvo pakankamai efektyvūs visuose audiniuose. Naujosios sistemos rezu;tatai pranoko ir pačių tyrėjų lūkesčius.
„Tikėjomės sukurti veiksmingesnę sistemą nei iki šiol naudotos, tačiau beveik 100 proc. genų inaktyvavimas suaugusios žuvies audiniuose buvo maloniai netikėtas rezultatas“, – pasakoja mokslininkė.
Zebrinės danijos – itin vertingas tyrimų modelis
Kelių centimetrų ilgio zebrinė danija iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti labai tolima žmogui, tačiau, dr. Justo Lazutkos teigimu, maždaug 70 proc. zebrinių danijų genų turi analogus žmogaus genome.
„Toks genetinis panašumas leidžia įvairius biologinius procesus ir ligų mechanizmus tirti paprastesniame ir lengviau eksperimentiškai valdomame organizme“, – pasakoja mokslininkas.
J.Lazutkos teigimu, šios žuvys tyrėjams patrauklios ir dėl praktinių savybių. Jos yra nedidelės, nereikalauja sudėtingos priežiūros, o vieno neršto metu galima gauti daug embrionų. Dėl to zebrinės danijos yra patogus modelis įvairiems biologiniams procesams tirti.
„Ypač svarbu tai, kad galime tiesiogiai stebėti, kas vyksta besivystančiame organizme. Embrionai yra skaidrūs, todėl mikroskopu matome organų formavimąsi ir kitus vystymosi procesus“, – pasakoja tyrėjas.
Tačiau viena įspūdingiausių šių žuvų savybių, anot J.Lazutkos, yra jų gebėjimas regeneruoti pažeistus ar prarastus audinius ir organų dalis.
„Zebrinės danijos gali atkurti pelekus, stuburo smegenis, optinius nervus ir net širdies skilvelį. Todėl jos ypač vertingos tiriant regeneracijos procesus, kurių žmogaus organizme galimybės yra gerokai ribotesnės“, – teigia GMC mokslininkas.
Kuo šie tyrimai svarbūs žmogui?
Editos Bakūnaitės teigimu, viena sričių, kurioje naujasis genetinis įrankis gali būti ypač naudingas, – audinių ir organų regeneracijos tyrimai.
„Išjungdami pavienius genus ir stebėdami, kaip po to keičiasi regeneracijos procesas, galime geriau suprasti, kaip audiniai atsinaujina zebrinių danijų organizme. Tai padeda ieškoti atsakymų į klausimą, kodėl, pavyzdžiui, žmogaus širdis po miokardo infarkto lieka su randu ir suprastėjusia biologine funkcija, o zebrinės danijos žuvis po infarkto imitacijos praėjus vos porai mėnesių vėl veikia kaip nepažeista“, – sako E.Bakūnaitė.
Anot jos, tokie tyrimai gali padėti nuosekliai atsirinkti genus ir biologinius procesus, svarbius audinių atsikūrimui, o gautas žinias vėliau patikrinti kituose biologiniuose modeliuose.
Kita galima naujojo įrankio taikymo kryptis – nervų sistemos ir elgsenos tyrimai. E.Bakūnaitės teigimu, sukurta sistema leidžia geną išjungti jau suaugusioje žuvyje ir stebėti, kaip dėl to keičiasi jos elgsena, reakcija į dirgiklius ar kitos organizmo funkcijos.
„Tokio įrankio pritaikymo galimybes riboja tik fantazija“, – apibendrina E.Bakūnaitė.
Įrankiu jau naudojasi ir kitos laboratorijos
Vienas svarbių sukurto metodo patikimumo įrodymų – tai, kad jis veikia ne tik VU GMC laboratorijoje.
Tyrėjų išvesta zebrinių danijų linija jau panaudota partnerių laboratorijoje Taivane. Kitų mokslininkų dėmesio sulaukė ir VU GMC sukurtas ubbR promotorius – jis pritaikomas ne tik dirbant su zebrinėmis danijomis, bet ir su joms giminingos Danionella genties žuvimis.
Pasak E.Bakūnaitės, tai itin svarbu, nes moksliniuose tyrimuose pasitaiko metodų, kurie sėkmingai veikia vienoje laboratorijoje, tačiau tokių pačių rezultatų kitur pakartoti nepavyksta.
„Tai, kad mūsų rezultatus pavyko nepriklausomai pakartoti kitose laboratorijose, dar kartą patvirtina, kokį svarbų ir efektyvų įrankį mums pavyko sukurti“, – teigia mokslininkė.
Rezultato siekė daugiau nei penkerius metus
Darbas prie naujos sistemos prasidėjo 2021 m. pradžioje. Nuo pirmųjų DNR konstruktų iki galutinio rezultato ir publikacijos praėjo daugiau nei penkeri metai.
Todėl žurnalo „Genetics“ sprendimas ne tik publikuoti darbą, bet ir skirti jam papildomą dėmesį mokslininkams tapo svarbiu viso nueito kelio įvertinimu.
„Darbas laboratorijoje, vėliau – prie kompiuterio, aprašant atliktus eksperimentus ir jų rezultatus, kartais gali atrodyti gan vienišas užsiėmimas, kurio metu neretai kyla klausimų: kodėl aš tai darau ir kam to reikia?. Žinia, kad mūsų publikacijai skirtas papildomas redakcijos dėmesys, įprasmina visą įdėtą darbą“, – sako E.Bakūnaitė. Kad VU GMC mokslininkų sukurtas įrankis gali būti aktualus platesnei mokslo bendruomenei, parodė ir itin greitas jo pritaikymas kituose tyrimuose. Dr. Darius Balčiūnas atkreipia dėmesį, kad jau tą pačią savaitę, kai pasirodė oficiali publikacija, GMC mokslininkų sukurtas ubbR promotorius buvo panaudotas ir pacituotas žurnale „Nature“ paskelbtame tyrime.
„Tai, kad mūsų darbą „Nature“ publikacijoje pacitavo tą pačią savaitę, kai pasirodė oficiali publikacija, gali būti šioks toks greičio rekordas“, – šypsosi tyrimo grupės vadovas dr. D.Balčiūnas.
