Idrijčan dr.
Igor Križaj, vodja odseka za molekularne in biomedicinske znanosti na Institutu Jožef Stefan in redni profesor za biokemijo na ljubljanski univerzi, je zastrupljen s strupi. V njih išče zdravila za nekatere največje zdravstvene probleme sodobnega časa.
V modrasovem strupu je s sodelavci pred kratkim odkril molekulo, ki bi bila lahko osnova za varno zdravljenje venske tromboze, a do zdravila je še daleč, sploh ker se zapleta pri financiranju nadaljnjih raziskav. Za vrhunske dosežke v biokemijskih znanostih bo čez teden dni na kongresu v Dobrni prejel Lapanjetovo nagrado Slovenskega biokemijskega društva.
V pogovoru je jasno čutiti njegovo predanost raziskovalnemu delu, ki je, kot poudari, več kot služba.
Od kod ljubezen do strupov?
Že od malega sem povezan z naravoslovjem. Oče je bil predmetni učitelj kemije in biologije, bil je tudi strasten lovec in tako smo veliko časa preživeli zunaj. Zasvojil nas je z naravo. V gimnaziji me je za kemijo še dodatno motivirala profesorica Darinka Sikošek.
ℹKdo je Igor Križaj
Že med študijem kemije na ljubljanski univerzi se je po nagovarjanju kolega Andreja Šalija, zdaj vrhunskega biokemika, živečega in delujočega v ZDA, oglasil na odseku za biokemijo na Institutu Jožef Stefan. Za področje ga je kasneje navdušil še tedanji vodja odseka profesor Vito Turk, ključno vlogo za prehod v toksinologijo, vedo, ki se ukvarja s preučevanjem mikrobnih, rastlinskih in živalskih strupov, pa je imel pokojni profesor Franc Gubenšek, ki je postal njegov mentor. Gubenšek se je osredotočal na raziskave kačjega strupa in toksinologija je povsem prevzela tudi Križaja. Od leta 2004 vodi programsko skupino, v kateri delujejo še kolegi z biotehniške fakultete in fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani. Leta 2007 je na IJS prevzel vodenje odseka za molekularne in biomedicinske znanosti.
Kateri je bil najmočnejši strup, s katerim ste imeli opravka v laboratoriju?
To je bil strup globokomorskega pacifiškega polža stožca
(Conus consors), ki je močno nevrotoksičen. Polž, ki se praktično ne premika, z njim lovi ribe, s katerimi se prehranjuje. V ribo izstreli harpuno na izvodilu, skozi katero iztisne strup, ki ribo v trenutku paralizira. Delovanje strupa mora biti res hipno, sicer bi ta lahko odplavala proč. V velikem evropskem projektu smo v tem strupu iskali peptide, ki delujejo na ionske kanalčke v sinapsi, živčno-mišičnem stiku. Cilj raziskave je bil razvoj novih protibolečinskih substanc, analgetikov.
»V naravi je okoli 170 tisoč različnih strupenih živali, različnih proteinov in peptidov v posameznem strupu je od sto do tristo.«
Raziskujete mehanizme rakavih obolenj, postopke izdelave biodizla. Ali vaše raziskave večinoma izhajajo iz potreb zdravstva in industrije?
V glavnem je tako. En tak primer je naše lansko odkritje, ki je odmevalo tako doma kot v tujini: pri iskanju antikoagulantnega proteina v kačjem strupu smo upoštevali, da so kardiovaskularne bolezni ena največjih zdravstvenih težav sodobnega sveta. Med njimi je tudi venska tromboza, za katero še ni učinkovite in varne terapije, zato smo se lotili iskanja naravnih učinkovin, na osnovi katerih bi lahko izdelali novo, bolj primerno zdravilo. Odkrili smo molekulo, ki deluje na najbolj problematično pot strjevanja krvi pri venski trombozi, to je notranjo oziroma intrinzično pot. Vse današnje terapije venske tromboze so namreč usmerjene v preprečevanje strjevanja krvi po zunanji, ekstrinzični ali pa skupni poti, kar pogosto vodi do resnega stranskega učinka – težko obvladljivih krvavitev. Vzroki za vensko trombozo pa tičijo v pomanjkljivostih strjevanja krvi po notranji poti. In mi smo našli molekulo, ki učinkuje prav na to pot. Molekula je strukturno zelo posebna in sploh prva take vrste, ki je bila opisana. Prav zato budi upanje, da bi lahko po vzoru njene strukture razvili manjše molekule, primerne za uporabo v medicini.
Kako zdaj poteka razvoj zdravila?
Žal projekt za nadaljnji razvoj nove vrste antitrombotikov znova ni bil izbran na razpisu javne agencije za raziskovalno dejavnost, ARRS. Tako zdaj pri tem projektu delamo samo, kolikor nam dopuščajo obstoječa sredstva. Da ne bo nesporazuma, naj poudarim, da sicer dobivamo javna programska sredstva, toda ta se porazdelijo med štiri raziskovalna področja na treh sodelujočih institucijah, tako da na koncu za ta projekt ostane bore malo denarja. Bili smo prepričani, da bo tokrat, sploh po odmevni objavi v ugledni znanstveni reviji, recenzentski sistem vendarle prepoznal obetavnost raziskave, a eden od treh recenzentov očitno tega ni tako razumel. Ključni problem ocenjevalnega sistema ARRS je, da vsebinsko ne moremo ugovarjati oceni, ki je evidentno pomanjkljiva bodisi zaradi nerazumevanja bodisi zaradi površnosti in v nekaterih elementih celo eksplicitno neusklajena s preostalima recenzentoma. Poskušali bomo znova, vendar v tem sistemu počasi obupujemo. Dokler nam ne bo omogočeno, da s protiargumenti odgovorimo na negativna mnenja recenzentov, kar je možno pri objavi raziskovalnega članka celo v raziskovalnih revijah najnižjega ranga, tako dolgo bodo razpisi ARRS bolj ali manj loterija. V takšnem sistemu gre za vprašanje sreče; torej da se projekt dodeli trem recenzentom, ki področje dobro poznajo, se potrudijo in podajo res strokovno in dobro utemeljeno mnenje.
ℹOdsek za molekularne in biomedicinske znanosti
Osnovno področje raziskav je toksinologija s študijem farmakološko aktivnih substanc iz živalskih strupov, predvsem kačjih, nam je povedal Igor Križaj. »Drugo področje so raziskave lipidnega metabolizma in signalizacije z lipidnimi molekulami. Tretje področje delovanja je kvasna genetika in razvoj celičnih tovarn, četrto pa analiza genomov, njihove funkcije in evolucije. Iz toksinologije je namreč izšlo veliko drugih raziskav, saj so se toksične molekule v evoluciji razvile iz telesu lastnih molekul. Na primer: iz raziskav sekretornih fosfolipaz A2, ki v strupih delujejo toksično na različne načine, smo se usmerili v proučevanje sorodnih molekul pri sesalcih, od tu naprej pa v biokemijo lipidov. Z lipidnim metabolizmom so povezane številne bolezni, med drugim različne vrste raka. Mi se še posebej posvečamo raziskavam raka na dojki. Z najsodobnejšimi genetskimi postopki spreminjamo lipidni metabolizem kvasne celice in razvijamo seve, ki producirajo veliko količino lipidov. Take »celične tovarne« lipidov bodo uporabili v procesu pridobivanja biogoriv, biodizla. V širši programski skupini pa s kolegi z ljubljanske univerze opravljamo še raziskave strukture in funkcije bioloških membran, v zadnjem času se osredotočamo še na zelo aktualne raziskave nanodelcev, predvsem njihove interakcije z biološkimi sistemi, kar je zelo pomembno tako v medicini kot biotehnologiji,« je razložil Križaj.
Boste s projektom »odšli« v tujino?
Povezave iščemo, vendar bi radi ostali glavni raziskovalci. Sodelujoči pri raziskavi s singapurske univerze bi z veseljem prevzeli vajeti, toda samo v delu projekta, ki bi bil lahko finančno uspešen. Ne želim, da bi smetano pobral kdo drug, zato še upamo, da nas bo agencija podprla.
Kako pa ste vedeli, kaj iskati v modrasovem strupu, in zakaj denimo niste proučevali gadovega?
Res bi lahko izbrali kakšno drugo žival, a modras nam je najbližji in najlažje smo prišli do njegovega strupa. Ko smo v njem odkrili ustrezno aktivnost, smo vzorec čistili toliko časa, da smo prišli do iskanega proteina v čisti obliki. Ta ima strukturo serinske proteaze, nima pa encimske aktivnosti, kar je ugodno za razvoj zdravila, saj deluje tako, da se veže na enega od faktorjev strjevanja krvi. Deluje torej na osnovi interakcije z drugo molekulo in ne na osnovi encimske reakcije. Na temelju strukture interakcijskega mesta v antikoagulantnem proteinu lahko z računalniškim modeliranjem oblikujemo manjše molekule z enakim delovanjem. Cilj je, da bi v končni fazi pripravili učinkovino oziroma zdravilo za peroralno uporabo.
Kačjega strupa zdaj ne potrebujete več?
Ne. Rekombinantno molekulo nam je že uspelo pripraviti s proteinskim inženirstvom v sesalskih celicah. Razvili smo postopek za proizvodnjo proteina, moramo ga le še nekoliko optimizirati, da bi bil donos višji. To je bil tudi eden od etapnih ciljev v prej omenjenem zavrnjenem projektu.
Foto Tadej Regent
Katere strupe še raziskujete? Če se ne motim, ste se ukvarjali tudi s strupom kranjske čebele (Apis mellifera carnica).
V preteklosti smo sodelovali pri iskanju molekularnih označevalcev za kranjsko čebelo, kar je pomembno pri ohranjanju te vrste. Sodelujemo tudi v novem projektu, v katerem se bomo posvetili določenim čebeljim komponentam v medu z antibakterijsko aktivnostjo. Spet se sicer zatika pri denarju, tokrat pri industrijskem partnerju, kar je škoda, saj bi lahko s produkti predvidoma hitro prodrli na trg. Skupaj s kolegi z biotehniške fakultete, ki jih vodi prof. dr. Kristina Sepčić, pa se ukvarjamo s proteinskimi toksini, ki tvorijo pore v membranah celic. Taki proteini iz morskih vetrnic, bakterij in gliv imajo zelo zanimive lastnosti in obetajo aplikacije v biotehnologiji, na primer kot bioinsekticidi. Raziskovali smo tudi strup črne vdove, ki je močno nevrotoksičen, a smo te raziskave nato opustili.
»Dokler nam ne bo omogočeno, da s protiargumenti odgovorimo na negativna mnenja recenzentov, tako dolgo bodo razpisi ARRS bolj ali manj loterija.«
Kako raziskano je to področje?
Smo šele na začetku. Če podam grobo oceno: v naravi je okoli 170 tisoč različnih strupenih živali, različnih proteinov in peptidov v posameznem strupu je od sto do tristo. Vseh polipeptidnih komponent v naravnih živalskih strupih je torej nekaj desetin milijonov, doslej okarakteriziranih molekul pa je zgolj par tisoč. Zaloga je še ogromna. Naravne substance nam lahko ponudijo še veliko navdiha in idej. Narava je te molekule razvijala milijone let in je naša najboljša učiteljica.
Kako zahtevne in drage so te raziskave?
Precej. Skupine, kakršna je naša, lahko finančno pokrijejo le prvi del raziskav: odkrivanje substanc, njihov opis in karakterizacijo, nadaljnji koraki pa presegajo naše finančne zmožnosti. Razvoj zdravila od odkritja do prodajnih polic traja od 15 do 20 let in stane nekaj sto milijonov dolarjev, zato si to lahko privoščijo samo največje farmacevtske družbe. Pri naši raziskavi antikoagulantnega proteina sodeluje tudi raziskovalka z Novartisovega oddelka za globalni razvoj zdravil v Baslu, a podjetje čaka na čim bolj zanesljiv obet o verjetnosti prenosa odkritja v praktično uporabo. Projekt pa trenutno zaradi finančnih omejitev žal bolj počasi napreduje, medtem ko konkurenca ne počiva …
Pri vas ste kačji strup predelali v zdravilo. A vendar je modrasov ugriz lahko tudi usoden in v toplejših mesecih, ko se potikamo po obali in gorah, je možnosti, da nas ugrizne kača, več.
Res je v Evropi modras najbolj strupena kača, vendar k sreči ni veliko smrtnih primerov. Zgoditi se mora kombinacija res nesrečnih okoliščin: neugodno mesto ugriza, kot so vrat in drugi deli telesa v bližini večjih žil, zastrupitev na odročnem kraju brez možnosti dostopa do hitre medicinske pomoči in protistrupa, preobčutljivost na strup …
Se ukvarjate tudi s protistrupi?
Zelo dobro sodelujemo z imunologi z zagrebške univerze, ki so specialisti za pripravo protistrupov, in doc. dr. Miranom Brvarjem, vodjo centra za klinično toksikologijo in farmakologijo na UKC Ljubljana. Sodelujemo pri analizi serumov pacientov, pridobljenih po zastrupitvi. Tako dobimo natančen vpogled v molekularno dogajanje po zastrupitvi in med zdravljenjem pacienta s protistrupom, na tej podlagi potem lahko načrtujemo in optimiziramo izvajanje seroterapije, kdaj in kako jo uporabiti in ali je sploh potrebna.
Se vi bojite kač?
Čeprav so mi fascinantne in lepe živali, jih doma kot hišne ljubljenčke zanesljivo ne bi imel
(smeh).
Foto Shutterstock
Katere lastnosti ima dober znanstvenik?
Radovednost. V sebi ohranja otroka, nenehno se čudi in si postavlja nova vprašanja. Vztrajnost. V našem delu je veliko razočaranj, neuspehov in marsikdo obupa, zato le močna volja vodi do uspeha. Študioznost. Velika želja po nenehnem pridobivanju novega znanja. Predanost. Raziskovanje ni služba, je poslanstvo. Moraš biti entuziast, služba mora biti hkrati hobi. Tudi doma in na dopustu je treba prebirati najnovejše objave, saj se predvsem naravoslovne znanosti bliskovito razvijajo in napredujejo. Svobodomiselnost. V industriji strokovnjaki mojega ranga zaslužijo neprimerno bolje, a njihov duh ni svoboden, omejuje in usmerja ga trenutni poslovni interes podjetja.
In za vas je služba tudi hobi.
Da. Uživam v raziskovalnem delu, tisti drugi, upravni del, ki pride zraven s funkcijama vodje programske skupine in vodje odseka, pa je nujno zlo. Je manj lep in zanimiv del mojega dela, ki mi pogosto zaradi odgovornosti do ljudi, ki jih vodim, tudi ne da spati.
Kateri pa so še drugi vaši hobiji?
Veliko se ukvarjam s športom. Včasih je bila to košarka, potem smučanje in zadnje čase predvsem tek. Vsak drugi dan kakih deset kilometrov. Tečem sam, saj ne maram množičnih tekaških prireditev. Tako se sprostim, ko so možgani dobro prekrvljeni, pa se mi utrne tudi marsikatera dobra ideja. Fizična pripravljenost je nujna za uspešno obvladovanje stresa ob zahtevnih nalogah, ki jih opravljam.
