Vilniaus universiteto Biotechnologijos instituto mokslininkai dažnai atpažįstami iš pranešimų tarptautinėse konferencijose, straipsnių pasaulyje pripažintuose mokslo žurnaluose. O ilgainiui šis institutas tapo dar ir emigravusių mokslininkų susigrąžinimo bei traukos centru.

Lietuvos biotechnologijos mokslo ir pramonės lopšys yra Biotechnologijos institutas. Iš jo išaugo visa šiuolaikinė Lietuvos biotechnologijos pramonė: UAB „Fermentas“, UAB „Sicor-Biotech“, UAB „Biocentras“, UAB „Biok“, UAB „Profarma“, UAB „Nomads“, UAB „Baltymas“, o mūsų šalies mokslininkų pavardės plačiai žinomos pasaulyje. Didžioji dalis šios srities sukuriamos produkcijos išvežama būtent į užsienį.
Beje, Biotechnologijos institutas – tai ir išvykusių Lietuvos mokslininkų traukos centras: 2000–2011 m. į jį po ilgalaikių stažuočių Vakarų šalyse grįžo apie 30 mokslininkų.
Atkreiptinas dėmesys, kad šio instituto mokslininkai pasižymi tarptautiniuose ES, JAV ir kitų šalių mokslo projektų konkursuose. Neseniai laimėtas Europos Bendrijos FR7 programos konkurso projektas, skirtas integracijai į Europos mokslo tyrimų erdvę (1,6 mln. eurų), leido susigražinti septynis anksčiau į JAV ir Vakarų Europos šalis išvykusius mokslininkus. „Įgyvendindami šį projektą, paskelbę apie tai tarptautinėje spaudoje, gavome per 50 mokslininkų pageidavimų grįžti dirbti į Lietuvą“, – teigia instituto direktorius prof. Kęstutis Sasnauskas.

Bioinformatika – palyginti pigi mokslo sritis

Šiuo metu Biotechnologijos institute veikia šeši skyriai. Jų veikla nukreipta molekulinės biotechnologijos, baltymų struktūros, vaistų paieškos, imunologinių ir epigenetinių tyrimų linkme.
Vienas jauniausių institute Bioinformatikos skyrius kompiuteriniais metodais tiria baltymų struktūrą, funkcijas ir evoliuciją. Pasak skyriaus vadovo dr. Česlovo Venclovo, šiuo metu viena pagrindinių mokslininkų tyrimų krypčių yra tolimų evoliucinių ryšių tarp baltymų paieška. Evoliucijos eigoje giminingų baltymų struktūra arba netgi jų funkcija dažnai išlieka panaši. Todėl nustačius evoliucinį ryšį tarp baltymo, apie kurį nieko nežinoma ar žinoma mažai, ir jau charakterizuotų baltymų, dažnai galima suprasti, kokias funkcijas šis baltymas gali atlikti. Pavyzdžiui, jei baltymas susijęs su kokia nors liga, žinant jo struktūrą ir veikimo mechanizmą, galima lengviau rasti būdų, kaip jo veiklą nuslopinti. Pasak Č.Venclovo, evoliuciniai ryšiai tarp genų ar baltymų sekų dažnai sunkiai įžvelgiami, todėl reikia sukurti jautrius metodus, kurie galėtų tai padaryti.
Vienas ryškiausių ankstesnių tyrimų, už kurį šios laboratorijos vadovas pelnė Lietuvos mokslo premiją, – 28 darbų ciklas. Viena jo dalių – efektyvaus baltymų erdvinės struktūros homologinio (lyginamojo) modeliavimo metodo sukūrimas.
Ne mažiau reikšmingi ir taikomieji tyrimai, atlikti arba išskirtinai bioinformatikos metodais, arba siejant juos kartu su eksperimentais. Visus šiuos baltymų ir jų kompleksų tyrimus vienija erdvinių baltymų struktūrų (arba jų modelių) panaudojimas.
Pasak Č.Venclovo, bioinformatikos mokslą Lietuvoje nesunkiai būtų galima plėsti. Mat tai pigi mokslo sritis, kuriai nereikia milžiniškų laboratorių su brangias prietaisias, o užtenka kompiuterio ir programinės įrangos. Biologinius duomenis, kuriais galima pasinaudoti, generuoja viso pasaulio mokslininkai. Kaimynai estai ir lenkai jau anksčiau suprato šios srities potencialą ir gerokai labiau ją išplėtojo.
Šiai sričiai reikia intelekto, kompetencijos ir patirties. Būtent to ir pasigendama. Vilniaus universitetas rengia tik bioinformatikos bakalaurus. Pats Č.Venclovas nusprendė 2004 m. grįžti Lietuvą po aštuonerių metų darbo garsiose JAV mokslo įstaigose.

Amžina virusų ir bakterijų kova

Ryškus savo srities lyderis yra instituto Baltymų-nukleorūgščių sąveikos tyrimų skyrius, vadovaujamas prof. Virginijaus Šikšnio. Šio skyriaus mokslininkai tiria fermentus ir jų kompleksus, kurie yra atsakingi už bakterijų apsaugą nuo svetimų nukleorūgščių: restrikcijos endonukleazes ir CRISPR sistemas. Jie nustatė trečdalio pasaulyje paskelbtų DNR molekules karpančių fermentų – restrikcijos endonukleazių erdvines struktūras ir veikimo mechanizmus.
Visos gyvybės formos nuo bakterijų iki žinduolių yra potencialūs virusų taikiniai. Bakterijų virusai (bakteriofagai) gali sunaikinti ištisas bakterijų populiacijas. Evoliucijos eigoje bakterijos sugebėjo išlikti sukurdamos gynybos sistemas, kurios saugo ląsteles nuo bakteriofagų ir svetimų nukleorūgščių patekimo. Kadangi bakteriofagai gali daugintis tik ląstelėje, jie kinta, ieškodami būdų, kaip įveikti ląstelių gynybos barjerus, o bakterijos priverstos kurti naujas apsaugos sistemas.
Daug žmogui naudingų produktų, pavyzdžiui, pieno produktai, bioaktyvūs junginiai ir vaistai, yra gaminami panaudojant bakterijas. Tokioje gamyboje bakteriofagų infekcijos labai pavojingos, nes gali sunaikinti visą bakterijų populiaciją, todėl pramonėje yra reikalingi bakterijų kamienai, turintys efektyvias antivirusinės apsaugos sistemas. Norint sukurti tokius bakterijų kamienus laboratorijoje, reikia suprasti, kaip veikia antivirusinės apsaugos sistemos.
Kaip paiškino V.Šikšnys, pastaruoju metu jų veikla sukoncentruota į CRISPR bakterijų apsaugos sistemą: bandoma suprasti, kaip ji veikia bei kaip ją panaudoti. Gautos žinios pravers maisto pramonėje ir biotechnologijų srityje, kuriant bakterijų padermes, kurios būtų atsparios virusams arba plazmidėms, platinančioms nepageidaujamus genetinius elementus.
Manoma, kad CRISPR sistemos galėtų būti pasitelktos ir kovojant su bakterijų atsparumu antibiotikams. Bakterijų atsparumas antibiotikams plačiai plinta ir vis sunkiau atrasti naujų veiksnių antibiotikų. Atsparumo antibiotikams genai pernešami ir plinta tarp bakterijų su plazmidžių pagalba, o CRISPR sistemas galima išmokyti atpažinti ir sunaikinti tokias plazmides.

Kaip nustatyti, ar C nėra Č

Išskirtinis yra DNR modifikacijų tyrimų skyrius, vadovaujamas prof. Sauliaus Klimašausko. Pastaraisiais metais šis skyrius laimėjo JAV nacionalinio sveikatos instituto (NIH) projektus epigenetikos srityje, pademonstruodamas gebėjimą sėkmingai konkuruoti su JAV mokslininkais. Šio skyriaus darbuotojai skelbia savo rezultatus prestižiškiausioje mokslinėje spaudoje ir per keletą pastarųjų metų paskelbė net šešis tarptautinius patentus (EP, US, JP), kurių didesnė dalis jau licencijuota.
S.Klimašauskas kartu su kolegomis tyrinėja DNR metiltransferazių mechanizmą ir inžineriją. Ši sritis dar plačiau vadinama epigenomika. Genomas – visų genų visuma. Žmogaus genomą sudaro apie 3 mlrd. ženklų kodas, kuriame įvairiomis kombinacijomis kartojasi keturios raidės A, G, C ir T. Šiuo būdu yra užkoduota visa žmogaus genetinė informacija. Bet tai dar ne viskas: nors genetinė raidės išraiška yra C, bet kai kuriuose kontekstuose ląstelė skaitoma kaip Č, panašiai kaip kad lietuviška raidė elektroniniame pašte užrašoma C, bet išties gali būti ir Č. Tai yra epigenetinė (graik. επί – virš, aukščiau) infomacija, užkoduota ne raidėmis, bet papildomais diakritiniais ženklais.
Populiariai S.Klimašauskas aiškina, kad kiekvienoje ląstelėje yra vienodi genai, bet jie skirtingai veikia, kitaip tariant, įjungtos skirtingos jų kombinacijos. „Genai, turintys tuos „paukščiukus“, paprastai yra užtildyti, ir tuomet veikia neužtildyti genai. Fermentai, kurie deda tuos „paukščiukus“, yra metiltransferazės. Mes tiriame tų fermentų veikimą ir siekiame juos priversti dėti ne „paukščiukus“, o didesnius ženklus, kuriuos mums būtų patogu stebėti“, – tyrimo eigą glaustai paaiškina mokslininkas.
Pasaulyje pastaruoju metu vykdomas grandiozinis žmogaus epigenomo projektas, kai būtent ir bandoma nuskaityti tuos „paukščiukus“. Lietuvių mokslininkų tikslas – sukurti gerus epigenetinių ženklų nuskaitymo būdus. Tai leistų suprasti įvairių ligų priežastis ir anksti jas diagnozuoti, nes neteisingai suprogramuotos Č raidės gali būti ankstyvos ligos požymis.