V mozaiku znanstvenih dosežkov tudi slovenski deli

Znanost doma v letu 2017: Vrsta objav v uglednih mednarodnih revijah. Prvi projekt ERC za utrjevanje znanstvene kariere.
Objavljeno
28. december 2017 13.33
Silvestra Rogelj Petrič
Silvestra Rogelj Petrič

Za znanost, vsaj kar zadeva tehniko in naravoslovje, gotovo velja, da je ni mogoče strpati pretežno v nacionalne okvire, ampak je ta dejavnost po svoji naravi lastna vsem in – vsaj tako naj bi bilo – tudi pripada vsem. Pa vendarle naj si ob koncu leta z izpostavitvijo nekaj dosežkov naših znanstvenikov dovolimo malo nacionalnega ponosa tudi na tem področju.

Razlogov za tak ponos je kar precej: letos smo spremljali vrsto objav v nekaterih najbolj uglednih znanstvenih revijah, naši raziskovalci so sodelovali v mednarodnih znanstvenih ekipah, ki so dosegle nekaj pomembnih prebojev (spomnimo se, na primer, odkritja gena za staranje), slovenski študentje in dijaki so se z odličji vračali z mednarodnih znanstvenih olimpijad, na razpisu ERC je bila s projektom prvič uspešna tudi družboslovka, od jeseni pa imamo prvega dobitnika sredstev sklada ERC za utrjevanje samostojne raziskovalne poti. O vsem tem smo v Znanosti sproti poročali, na tem mestu jih le nekaj povzemamo – brez ambicije razporejanja po pomenu, ampak le kot prikaz mozaika, kjer ima vsak košček svojo vlogo.

Gen, ki mlade uklene v telo starostnika

Skupina slovenskih raziskovalcev na inštitutu za medicinsko genetiko UKC Ljubljana, doc. dr. Karin Writzl, dr. Aleš Maver in sodelavci, so pod vodstvom predstojnika inštituta prof. Boruta Peterlina letos odkrili nov gen, ki privede do prezgodnjega staranja. Pomemben dosežek, ki je plod večletnega raziskovanja, so objavili v ameriški znanstveni reviji American Journal of Human Genetics.

Povod za pravo detektivsko iskanje mutiranega gena med približno tremi milijardami črk (A, C, T, G) zapisov v genomu je bilo rojstvo otroka v ljubljanski porodnišnici, pri katerem so takoj prepoznali znake prezgodnjega staranja, vendar nihče do zdaj ni znal pojasniti, kaj je razlog za nastanek te izredno redke motnje, ki se pojavi pri enem od 18 milijonov ljudi.

Borut Peterlin Foto: Dragica Bošnjak/Delo

Zaradi tako imenovanih progeroidnih sindromov, ali progerije, se otroci že rodijo premajhni in prelahki s premalo podkožnega maščevja, imajo specifične obrazne poteze in nepravilnosti v razvoju kosti lobanje in prstov na rokah in nogah. Že otroci so videti postarani, v najstniških letih in pozneje, če preživijo, pa so videti, kot bi bili desetletja starejši, izrazito postarani.

Na inštitutu za medicinsko genetiko so odkrili pravo sled, beljakovino SLC25A24, ki ima pomembno vlogo pri uravnavanju glavne energijske molekule v mitohondrijih, in pojasnili, zakaj mutacija tega gena vodi v strukturno spremembo beljakovine in nastanek razvojne motnje.

Dr. Karin Writzl Foto: UKC

Obeti za zdravljenje kolena

Ali bomo okvaro kolena v prihodnosti morda zdravili z nedavno odkritimi celicami? Ekipa znanstvenikov z univerze v Aberdeenu, v kateri je bila tudi Slovenka dr. Janja Zupan, je odkrila novo populacijo matičnih celic, ki so sposobne obnavljati hrustanec. In ne le to, po ugotovitvah raziskovalcev so celo sposobne tvoriti kolenski sklep na novo. O dognanju so julija poročali v znanstveni reviji Nature Communications.

»Rezultati so obetavni. Matične celice se že uporabljajo pri zdravljenju bolezni in poškodb kolenskih sklepov, tudi v Sloveniji. Identifikacija nove populacije matičnih celic z dokazano boljšo sposobnostjo regeneracije hrustanca v primerjavi z že znanimi populacijami bo vsekakor prispevala k napredku zdravljenja okvar kolenskih sklepov v prihodnosti,« je takrat za Znanost izjavila soavtorica članka dr. Janja Zupan.

Po vrnitvi iz Škotske, kjer se je izpopolnjevala na aberdeenski univerzi, Zupanova spet dela na ljubljanski fakulteti za farmacijo, kot asistentka na katedri za klinično biokemijo.

»Nadaljnji izziv bo ugotoviti, kako lahko spodbudimo matične celice, ki so v kolenskem sklepu vsakega od nas, k regenerativnemu delovanju in ga čim dlje in čim bolje ohranimo,« je še dodala Zupanova.

Če bo znanstvenikom to uspelo, se bodo ljudje, ki trpijo zaradi obrabe kolenskega sklepa, čemur strokovno rečemo osteoartroza, morda celo pozdravili. Obraba sklepov je namreč napredujoča bolezen, ki jo s trenutnimi oblikami zdravljenja lahko le upočasnimo.

Odkritje mehanskih povezav med bakterijami

Slovenski raziskovalci so letos ugotovili, da bakterije le niso tako osamljene, kot se je zdelo. Njihovi rezultati so spremenili pogled na dojemanje bakterij kot samotnih celic, ki se družijo zgolj občasno, ko so razmere slabe.

Vse od definicije planktona leta 1887 so bili raziskovalci prepričani, da je gibanje bakterij določeno predvsem s tokom okoliške vode, kjer celice nimajo medsebojnih povezav in se prosto gibljejo, neodvisno druga od druge. Da ni tako, pa je letos dokazala raziskovalna skupina pod vodstvom prof. dr. Davida Stoparja z ljubljanske biotehniške fakultete. Odkrili so mehanske povezave med bakterijami, za katere je doslej veljalo, da ne obstajajo. Svoje v temelju nove ugotovitve so objavili v ugledni reviji Nature Communications.

»Fizične povezave med bakterijskimi celicami v planktonski obliki obstajajo, vendar jih s standardnimi mikroskopskimi tehnikami ni mogoče zaznati. Medtem ko lahko posamezne celice v razredčenih bakterijskih suspenzijah vidimo in preštejemo, je njihove povezave mogoče dokazati šele z aktivno motnjo ene ali več celic, ki so med seboj v stiku,« je ob pomembnem odkritju povedal Stopar.

Da bi to potrdili, so raziskovalci uporabili optično pinceto in prvi opazili, da se celice v suspenziji povežejo v nevidno mrežo, prek katere sledijo gibanju optično ujete bakterije. Za vidno bakterijsko strukturo se tako skriva mreža medceličnih povezav, do zdaj še nevidna tkanina ekosistema.

Njihova raziskava je pokazala, da mehanske povezave obstajajo pri nizkih gostotah bakterij, kar je v ostrem nasprotju s trenutno sprejetim modelom, da se mreženje bakterij pojavi šele pri visokih gostotah, pri prehodu v tako imenovani biofilm.

»Molekularne povezave, ki omogočajo začetno povezovanje bakterij, so drugačne od tistih, ki jih najdemo v biofilmih. Zelo pomembne so nukleinske kisline, ki zaradi visoke elastičnosti in sposobnosti tvorbe kompleksnih origamijev omogočajo samosestavljanje tkanine ekosistema. Ko je mreža enkrat sestavljena, jo je mogoče enostavno vcepiti v nova okolja. Tako poleg celice z vcepkom prenesemo tudi njeno lokalno okolje kot neločljivo enoto,« je za Znanost letos jeseni pojasnil David Stopar.

Bakterije so glede na rezultate raziskave sposobne izdelati dobro povezano mikrobno tkivo na dolge razdalje, tudi več kot 100 mikrometrov. »To je presenetljivo,« je poudaril Stopar, »saj je doslej veljalo, da enocelični organizmi v suspenziji med seboj niso povezani. Medcelična povezanost je bila vedno znak višje stopnje razvoja, rezervirana za večcelične organizme.«

A delo raziskovalcev iz Ljubljane in tudi od drugod se s tem še ni končalo. Odkritje šibke visokoelastične zunajcelične bakterijske mreže je prineslo nova vprašanja o delovanju bakterij v suspenzijah, hkrati pa omogoča reševanje nekaterih temeljnih mikrobioloških problemov, vezanih na medcelično komunikacijo bakterijskih celic in njihovo odpornost na protimikrobne snovi.

Proteinski origami: samodejne nanokletke v celicah

Proteini so naravni nanostroji, ki v našem telesu, pa tudi v vseh drugih živih bitjih, omogočajo večino življenjsko pomembnih procesov: omogočajo potek kemijskih reakcij, prenašajo kisik po telesu, krčijo mišice, prepoznavajo viruse in podobno. Ker se proteini pojavljajo povsod v telesu in opravljajo številne zapletene naloge, bi lahko načrtovani proteinski nanostroji izboljšali medicinske terapije in omogočili tvorbo novih senzorjev, katalizatorjev in pametnih materialov, so v Znanosti poročali raziskovalci z odseka za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu.

Pod vodstvom prof. dr. Romana Jerale so uspešno rešili delček uganke zvijanja proteinov. Njihov dosežek po oceni raziskovalcev premika meje načrtovanih bionanomaterialov in odpira izjemne možnosti za nadaljnji razvoj in uporabo.

»Iznašli smo metodo, ki omogoča načrtovanje poljubnih proteinskih kletk, ki se samodejno sestavijo v načrtovano obliko, tako v epruveti kot v bakterijah in celo v živalih,« so zapisali v Znanosti 20. oktobra. Njihov letošnji dosežek – priprava do zdaj največjega sintetičnega proteina, ki se je zmožen sestaviti znotraj celic in tvoriti proteinske kletke – je nadgradnja prejšnjega, ko so leta 2013 v objavi v reviji Nature Chemical Biology poročali o prvem proteinskem tetraedru, sestavljenem iz obvitih vijačnic. Tehniko so po navdihu japonske umetnosti zvijanja papirja poimenovali »proteinski origami z uporabo obvitih vijačnic«. Stranice kletk meri pet nanometrov oziroma pet milijonink milimetra. Kletke so torej osemkrat manjše od virusa zika ali 1400-krat manjše od rdeče krvničke.

DIPPS ali bližnjica do novih zdravil

Na začetku oktobra je bil v ugledni znanstveni reviji EMBO Journal objavljen članek o rezultatih nove raziskave biokemikov v Sloveniji, ki naj bi po besedah vodje raziskave dr. Marka Fonoviča z Instituta Jožef Stefan pospešila in poenostavila razvoj zdravil.

Takoj po objavi se je na raziskovalno skupino – sestavljajo jo sodelavci odseka za biokemijo, molekularno in strukturno biologijo IJS in centra odličnosti CIPKeBiP Robert Vidmar, Matej Vizovišek, Dušan Turk, Boris Turk in Marko Fonovič – obrnila ena od vodilnih svetovnih farmacevtskih družb in se zanimala za uporabo nove metode.

Slovenski raziskovalci so v reviji Embo opisali novo proteomsko metodo DIPPS, ki omogoča hitro, učinkovito in zanesljivo določevanje specifičnosti proteaz v širokem območju eksperimentalnih pogojev. Metoda je zelo pomembna, saj so proteaze encimi z veliko uporabnostjo v kliničnih raziskavah in biotehnologiji, zato je poznavanje specifičnosti temelj za razumevanje njihovega delovanja in razvoj novih aplikacij.

Zaradi vsestranskosti je metoda DIPPS (Direct In-gel Profiling of Protease Specificity) zelo uporabna v farmaciji pri razvoju testov za spremljanje aktivnosti proteaz, v biotehnoloških raziskavah pri testiranju biotehnološko uporabnih proteaz v ekstremnih razmerah in biomedicini pri razvoju molekularnih orodij za študij proteaz.

Vznemirljive mreže vrtincev

Ko je oktobra lani švedska kraljeva akademija objavila odločitev o Nobelovi nagradi za fiziko za leto 2016, je razen matematikom in fizikom le malokomu bilo znano, kaj topologija, abstraktna matematična metoda, lahko konkretnega pomeni v življenju posameznika. Študija, objavljena jeseni v znameniti reviji Nature Physics, pod katero sta kot glavna avtorja podpisana slovenska raziskovalca, to deloma razkriva.

V laboratoriju prof. Igorja Muševiča na Institutu Jožef Stefan je namreč zadnjih pet let mednarodna raziskovalna skupina z optičnim mikroskopom raziskovala zelo tanke plasti vijačnega tekočega kristala. Raziskovalci – v raziskovalni skupini so sodelovali Andriy Nych, Juniči Fukuda, Ulyana Ognysta ter Slobodan Žumer in Igor Muševič z IJS in ljubljanske fakultete za matematiko in fiziko – so v teh tankih plasteh vijačnega tekočega kristala opazili nekaj, kar so znanstveniki že prej domnevali, vendar v tekočih kristalih nikoli do zdaj videli: opazili so vrtinčaste strukture, imenovane skirmioni.

Z numeričnim modeliranjem so potrdili, da je v tekočem kristalu spontano nastala skirmionska mreža, ki so jo že pred leti napovedali s simulacijami, doslej pa opazili le v tankih plasteh vijačnih magnetov. Zato ni presenetljivo, da je te rezultate objavila ugledna revija Nature Physics.

Raziskava, kot so sporočili z IJS, obeta globlje razumevanje praktične uporabe vrtinčastih magnetnih nanostruktur za shranjevanje informacij.

Z Nobelovo nagrado za fiziko ima skupnega to, da je vrtinčasta struktura snovi v fiziki snovi dokaj eksotičen pojav, ki pa je za fizike nadvse zanimiv, ker povezuje fiziko realnega sveta s posebno vejo matematike, topologijo. Torej s tem, zaradi česar so David Thouless, Duncan Haldane in Michael Kosterlitz dobili Nobelovo nagrado za razumevanje narave vrtinčastih struktur v superprevodnikih, superfluidnih in eksotičnih magnetih.

Medtem ko je v teh superprevodnikih, ki so bili deležni Nobelove nagrade, vrtince izredno težko opaziti, saj je treba snov ohladiti tako rekoč do absolutne ničle, pa jih fiziki – kar je uspelo skupini v laboratoriju Igorja Muševiča na IJS – lahko v tekočem kristalu opazijo z optičnim mikroskopom pri sobni temperaturi.

Projekt ERC zgodovinarki

Aprila smo v pogovoru v Znanosti predstavili prvo znanstvenico, ki je dobila projekt ERC v kategoriji uveljavljenih raziskovalcev. To je dr. Marta Verginella, profesorica na ljubljanski filozofski fakulteti, ki je za petletni projekt Povojna tranzicija v severnovzhodni jadranski regiji z ženske perspektive prejela 2,26 milijona evrov.

Dr. Marta Verginella Foto: Mavric Pivk/Delo

Za proučevanje vloge žensk v zgodovini se je odločila v času, ko je bilo to področje zanemarjeno, a čeprav je bilo v zadnjem desetletju veliko tovrstnih raziskav, »slovenski gimnazijski učbeniki še vedno skromno predstavljajo zgodovino žensk in pomanjkljivo omenjajo posameznice«.

Preboj slovenskega raziskovalca

Matevž Dular je prvi slovenski raziskovalec, ki bo dobil sredstva Evropskega raziskovalnega sveta za utrjevanje samostojne raziskovalne poti. O njem smo poročali 4. decembra, potem ko je ERC objavil rezultate razpisa za projekte Consolidator. Ti projekti za utrjevanje samostojne raziskovalne poti so namenjeni raziskovalcem v obdobju od sedem do 12 let po prejemu doktorskega naziva.

Foto: osebni arhiv

Letos se je prvikrat med odobrenimi vlogami za ta prestižni razpis znašel tudi projekt Matevža Dularja z ljubljanske strojne fakultete, ki je, mimogrede, z 38 leti najmlajši redni profesor ljubljanske univerze. Med projekte za utrjevanje samostojne raziskovalne poti je ERC uvrstil njegov projekt CABUM, ki obravnava kavitacijo, to je nastajanje mehurčkov plina v tekočinah. To so temeljne raziskave, tematika, ki jo raziskujejo, pa zadeva marsikaj v našem vsakdanjem okolju, od posledic delovanja raketnega motorja do ropota domačega sokovnika.

Te raziskave, kot je povedal dr. Dular, so še zlasti obetavne za razvoj tehnologije čiščenja voda, v katerih s kavitacijo lahko uničijo viruse in bakterije, in to brez uporabe kemije.

Nagrajevanje odličnosti, drznosti in okolja

V zapisu, sicer pretežno posvečenem desetletnici Evropskega raziskovalnega sveta, smo opozorili na velik uspeh slovenskega znanstvenika, zaposlenega na univerzi Stanford. Računalničar dr. Jure Leskovec se je uvrstil med 47 znanstvenikov z najbolj tveganimi idejami, ki bodo od fundacije ustanovitelja Facebooka prejeli po 1,4 milijona evrov.

Jure Leskovec Foto: Jure Eržen/Delo

Leskovec s svojo raziskovalno skupino, katere letni proračun je okrog dva milijona dolarjev, že vrsto let proučuje omrežja – leta 2011 so vzbudili pozornost z algoritmom za napoved izbire prijateljev na facebooku, zadnja leta so odmevale njihove raziskave objav na blogih v ZDA. Pravkar nagrajena nova ideja pa napoveduje raziskave zapletenih interakcij v človeških bioloških omrežjih med zdravljenjem.