Zinātnes Vēstnesis
- 2018.g. 7.maijs
Biomedicīnas pētījumi Latvijā: sasniegumi un skats
nākotnē*
Īsa vēsture
Pašreizējo biomedicīnas pētījumu sasniegumu pamati Latvijā
izveidojās 1965. gadā, kad Elmārs Grēns Organiskās sintēzes institūtā
nodibināja Nukleīnskābju ķīmijas grupu, kas lika pamatus Latvijas molekulārās
bioloģijas skolai. Tā bija pirmā zinātnieku grupa, kas strādāja molekulārās
bioloģijas jomā Baltijas valstīs. Bakteriofāga MS2 replikāzes gēna translācijas
iniciācijas reģiona funkcionālās organizācijas pētījumi, kā arī replikācijas
modeļa izstrāde bija pirmie, starptautiski atzītie grupas sasniegumi
molekulārajā bioloģijā. Jau 1978. gadā profesors Pauls Pumpēns uzsāka aktīvu
gēnu inženierijas metožu ieviešanu. Nu jau no grupas izaugusī laboratorija bija
viena no pirmajām, kas klonēja hepatīta B vīrusa genomu un ekspresēja tā gēnus
baktēriju šūnās. Vēlāk pētniecība kļuva plašāka, ietverot dažādus RNS saturošus
vīrusus - to struktūru, vīrusu proteīnu savākšanos, dažādu himērisku
vīrusveidīgo daļiņu konstrukciju izmantošanu jaunu vakcīnu kandidātu radīšanā,
kā arī gēnu un imunoterapijas objektu izveide. 1988. gadā laboratorija pārauga
Molekulārās bioloģijas departamentā ar 15 pētniekiem, bet 1990. gadā uz tā
bāzes tika izveidots Molekulārās bioloģijas institūts ar 20 zinātņu doktoriem.
Veiksmīgā dalība padomju alfa-interferona un interleikīna programmās bija
pirmie nopietnie soļi rekombinanto zāļu biotehnoloģijā un industriālajā
ražošanā. 1993. gadā uz institūta bāzes tika radīts Biomedicīnas pētījumu un
studiju centrs (BMC) pievienojot vairākas pētnieku grupas no Mikrobioloģijas un
virusoloģijas institūta. BMC bija pirmais akadēmiskās pētniecības institūts
Latvijā, kas integrējās Latvijas Universitātē, bet kopš 2006. gada tika
reorganizēts par Valsts institūtu. Pētniecība BMC pakāpeniski pārauga vienkāršu
molekulāro bioloģiju un biotehnoloģiju, paplašinoties medicīnas pētījumu
virzienā, tai skaitā praktisko pētījumu un veselības aprūpes risinājumu
izstrādē. BMC ir kļuvis par personalizētas medicīnas virzītāju Latvijā.
Biomedicīnas pētījumi tiek veikti arī Latvijas Universitātē un Rīgas Stradiņa
universitātē, tomēr šajā rakstā tiks apskatīti BMC attīstītie pētniecības
virzieni.
Biotehnoloģija un struktūrbioloģija
Vēsturiski spēcīgākais un augsti attīstītais izpētes virziens
Latvijā ir rekombinantu biotehnoloģija un struktūrbioloģija. Vairākas BMC
pētniecības grupas ir iesaistītas proteīnu zinātnē, ieskaitot vīrusu un
vīrusveidīgo daļiņu funkcionālos, strukturālos un pielietojamos pētījumus, kā
arī uz struktūras balstīto zāļu dizainu. Unikāla specializēšanās joma zinātnē
ir vīrusveidīgo daļiņu (VVD) izveide kā rīks profilaktisku un terapeitisku
vakcīnu izstrādei. VVD pētnieku komandas, kas tika radītas
prof. Paula Pumpēna vadībā, tagad vada prof. Kaspars Tārs,
Dr.
Andris Zeltiņš un Dr. Andris Kazāks. Vēsturiski VVD grupa bija pirmā, kas
ieteica izmantot HBV serdes antigēnu (HBcAg), RNS fāgu, augu vīrusu un citas
VVD kā daudzsološus epitopu nesējus vakcīnu, diagnostiskumu un gēnu terapijas
rīku izveidē. Rekombinantās HBcAg, RNS fāgu, poliomas un augu VVD tiek
lietotas, lai eksponētu dažādus imunodominantus un citus funkcionālus epitopus
uz to virsmas. Hepatīta B, hepatīta C, Rietumnīlas, Denges drudža, HIV,
papilomas, hanta, rubellas, gripas un citu vīrusu proteīni ir tikuši lietoti kā
epitopu avoti ievietošanai VVD struktūrās. Dažādi citi proteīni, peptīdi un to
funkcionāli fragmenti, kā, piemēram, virsmas proteīni no Borrelia
burgdorferi un autoantigēni - cilvēku interferoni, interleikīni,
citi citokīni un hormoni arī tiek lietoti kā kandidāti eksponēšanai uz VVD. VVD
tiek lietoti arī kā nanokonteineri dažādu aģentu pakošanai. Piemēram, CpG
oligonukleotīdi un dsRNA var tikt iepakoti imunogenitātes pastiprināšanai,
proteīni un mazās molekulas var tikt pakotas dažādiem terapeitiskiem un
diagnostiskiem mērķiem. VVD nanokonteineru virsmu var modificēt, pievienojot
specifiskas adreses, kuras spēj atpazīt noteiktus audu tipus. Pētnieku grupas
ir uzlabojušas un pilnveidojušas savas biotehnoloģiskās iemaņas VVD producēšanā
E.coli un raugu sistēmās, kā arī VVD attīrīšanā, standartizēšanā, raksturošanā un
uzglabāšanā. Šajā sakarā BMC zinātnieki ir piedalījušies ļoti produktīvu
baktēriju un raugu ekspresijas sistēmu izstrādē. Īpašs progress ir panākts,
attīstot VDD bāzētu vakcīnas kandidātu pret Laima slimību, kāarī universālu
pretgripas vakcīnu. BMC ir ne tikai attīstījis infrastruktūru VDD izstrādei un
producēšanai, bet arī laboratorijas, kurās jaunie vakcīnu kandidāti tiek
testēti no efektivitātes viedokļa. Tālākie attīstības plāni BMC paredz jauna
biotehnoloģiju pārneses kompleksa izveidi.
Struktūrbioloģijas grupas galvenā darbības sfēra ir RNS
bakteriofāgu struktūru pētījumi, kuri nodrošina platformu VVD racionālām
modifikācijām praktiskiem pielietojumiem, piemēram, vakcīnu izstrādei. Pēdējo
gadu laikā struktūrbioloģijas grupa prof. K. Tāra un Dr. A. Kazāka vadībā
ir piedalījusies vairāku fāgu, augu vīrusu un to komponenšu strukturālajā
raksturošanā. Grupa ir pētījusi arī VVD pašsavākšanās mehānismus un molekulāros
pamatus fāgu genomu atpazīšanā. Struktūrbioloģijas grupa nodarbojas arī ar
dažādu farmakoloģiski nozīmīgu enzīmu strukturālo izpēti - to skaitā ogļskābes
anhidrāžu, kā arī karnitīna un trimetilamīna metabolismā iesaistītu enzīmu
pētījumiem. Minētie pētījumi attīstās ciešā sadarbībā ar OSI, kurā notiek jaunu
inhibitoru sintēze un to uzlabošana, izmantojot BMC noteiktās enzīmu un to
ligandu kompleksu kristālstruktūras. Struktūrbioloģijas grupai ir arī
nepieciešamās zināšanas un iespējas proteīnu producēšanai dažādās sistēmās.
Piemēram, nesen BMC struktūrbiologi ir izveidojuši efektīvu sistēmu inhibitoru
testēšanai pret tumora asociēto ogļskābes anhidrāzi IX, kuras producēšana un
kristalizēšana iepriekš bija ļoti problemātiska.
Cilvēka ģenētika un slimību patoģenēzes
mehānismi
Cilvēka ģenētika, ar slimību patoģenēzi asociēto mehānismu
izpēte, biomarķieru identifikācija un molekulāri diagnostisko testu izstrāde
Latvijā ir relatīvi jauns izpētes virziens. Būtiski panākumi pēdējo gadu laikā
ir sasniegti, izveidojot unikālu biobanku, Valsts iedzīvotāju genoma datubāzi
(VIGDB), kas apkopo vairāk nekā 32 000 dalībnieku no Latvijas populācijas un
pacientus no dažādām slimību kohortām,kļūstot par vienu no lielākajām biobankām
Austrumeiropā. Šī biobanka ir bijusi galvenais resurss ģenētisko pētījumu
ekspansijai Latvijā, kā arī bāze inovatīviem un integrētiem pētījumiem. Nesen
ir uzsākta jauna iniciatīva, lai savienotu esošos biobanku resursus ar valstī
pastāvošajiem veselības reģistriem, kas ļautu Latvijas zinātniekiem veikt
pētījumus slimību epidemioloģijā un sabiedrības veselībā jaunā kvalitātē. 2016.
gadā Latvija pievienojās BBMRI-ERIC konsorcijam kļūstot par vienotu un
integrētu Eiropas infrastruktūras sastāvdaļu un dodot iespēju izveidot efektīvu
biobanku tīklu Latvijā.
Viens no biomedicīnas pētījumu uzdevumiem šajā jomā ir
sasaistīt augstas kvalitātes fundamentālo izpēti ar klīniskajiem pētījumiem,
lai izprastu slimību etioloģijas mehānismus, atklātu jaunus zāļu mērķus un
biomarķierus. Pēdējos gados prof. Jāņa Kloviņa un Dr. Baibas Lāces
vadītās BMC zinātniskās grupas ir veikušas daudzus kandidātgēnu un replikācijas
pētījumus ar mērķi noskaidrot ģenētisko noslieci uz multifaktoriālajām
slimībām, tādām kā vēzis, sirds un asinsvadu slimības, endokrīnās un
neiroloģiskās saslimšanas, kā arī dažādi metabolie parametri un kraniofaciālo
pazīmju attīstība. (..)
Papildus ģenētiskajai izpētei notiek arī asociētā mikrobioma,
RNS ekspresijas un metilēšanas profila, kā arī somatiskā genoma izpēte; tiek
veidotas cilmes šūnu modeļsistēmas un analizēts to izmantojums ar mērķi izzināt
slimību patoģenēzes molekulāros un šūnu mehānismus, kā arī identificēt
biomarķierus un potenciālos zāļu mērķus. Jauns pētījums šajā virzienā ir
attiecināms uz metabolo un iekaisuma mehānismu regulāciju adipozajos audos, kas
tiek realizēts, pielietojot cilmes šūnu tehnoloģijas šūnu modeļu izveidei no
rekrutēto pacientu audu paraugiem. Mikrobioma izpētes jomā atklāta diabēta
medikamentu ietekme uz zarnu mikrobiomu, kas saistīta ar blakusefektu
parādīšanos. Prof. Mārcis Leja un Dr. Dāvids Frīdmanis uzsākuši
pētījumu, lai saprastu helikobaktēriju eradikācijas ietekmi uz zarnu
mikrobiomu.
Nozīmīga pētījumu daļa
Latvijā ir veltīta monogēno slimību izpētei. Dr. Daces Pjanovas vadītā melanomas izpētes grupa ir
uzkrājusi bagātīgu pieredzi melanomas riska gēnu pētniecībā un ar terapijas
efektivitāti asociēto iedzimto variantu identificēšanā. Dr. B. Lāces un Dr. Innas Iņaškinas vadītā
klīniskās ģenētikas grupa ir iesaistīta mitohondriālo un
neiromuskulāro/deģeneratīvo slimību izpētē. Nākamās paaudzes sekvencēšanas
(NPS) pieejamība ir ļāvusi grupai veikt eksoma sekvencēšanu un identificēt ar
patoģenēzi korelējošus ģenētiskos faktorus. Latvijas Reto slimību plāna
ietvaros sadarbībā ar Medicīniskās ģenētikas klīniku, kas lokalizēta Bērnu
klīniskās universitātes slimnīcā, kā arī citām klīnikām, tiek rekrutēti
pacienti un to ģimenes locekļi ar retām un nezināmām monogēnām slimībām (vismaz
30 ģimenes), kas tiek pakāpeniski iekļauti eksoma sekvencēšanas projektā, lai
identificētu slimību ģenētisko bāzi.
Vēža izpēte
Vēža izpēte ir viens no veiksmīgākajiem biomedicīnas pētījumu
virzieniem, kurā pašlaik darbojas vairākas zinātniskās grupas. Šajā jomā tiek
veikti gan fundamentālie pētījumi vēža bioloģijā un imunoloģijā, gan arī
praktiskas ievirzes pētījumi, kuru mērķis ir validēt identificētos potenciālos
biomarķierus un zāļu mērķus klīniskajos paraugos, izstrādāt biomarķieru testus
un jaunas terapeitiskās stratēģijas. (..)
Dr. Aijas Linē vadītā Vēža biomarķieru un imunoterapijas grupa ir veikusi
apjomīgus pētījumus cilvēka autoantivielu repertuāra izpētē. Šo pētījumu
rezultātā ir identificēti autoantivielu profili, kas varētu tikt izmantoti kā
biomarķieri dažādu ļaundabīgo audzēju diagnostikā un prognostikā, kā arī
atklāti vairāki jauni audzēju antigēni, kas potenciāli varētu tikt izmantoti kā
mērķi pretvēža vakcīnu izstrādē. Turklāt šie pētījumi ļāva izvirzīt jaunas
hipotēzes par B šūnu saistību ar terciāro limfoīdo struktūru veidošanos un
nobriešanu, un to lomu pretvēža imūnajā aizsardzībā. Pirms pāris gadiem šī
grupa uzsāka darbu pie jaunas tēmas - vēža šūnu producēto ekstracelulāro
vezikulu molekulārā satura izpētes un to funkcionālās lomas starpšūnu
komunikācijā noskaidrošanas. Šie pētījumi paver iespējas atklāt jaunus
mehānismus, kas iesaistīti audzēja progresijā un imunosupresijas izraisīšanā un
var kalpot par pamatu jaunu biomarķieru un terapijas stratēģiju atklāšanai.
Ambiciozs šī biomedicīnas virziena mērķis ir atrast asinīs vai citos organisma
šķidrumos sastopamus biomarķierus, ko var izmantot agrīnai vēža diagnostikai,
slimības gaitas prognozēšanai, monitoringam un terapijas izvēlei, kā arī
izstrādāt jaunas imunoterapijas stratēģijas.
Dr. Annas Zajakinas vadītā Vēža gēnu terapijas grupa specializējas jaunu
gēnu terapijas vektoru izstrādē un to kombinācijā ar citiem terapijas veidiem,
ieskaitot ķīmijterapiju un imunoterapiju. Šī grupa ir izstrādājusi efektīvu
alfa-vīrusu vektoru sistēmu terapeitisko gēnu piegādei audzēja mikrovidē.
Biomedicīnas tehnoloģiju kompleksa atklāšana 2016. gadā, kas satur modernas
šūnu kultūru un laboratorijas dzīvnieku laboratorijas, ir ļāvusi uzsākt pirmos in vivo pētījumus, un
tas ir būtisks solis tālākajai pretvēža terapiju attīstīšanai. Šī pētniecības
virziena ilgtermiņa mērķis ir izveidot vēža personalizētās diagnostikas un
terapijas centru. Šis centrs nodrošinās rīkus audzēju ģenētiskai un
imunoloģiskai profilēšanai un ārstēšanas monitorēšanai.
Molekulāra mikrobioloģija un virusoloģija
Būtisks pētniecības virziens Latvijā
ir molekulārā mikrobioloģija, un tā mērķis ir medicīniski svarīgu
mikroorganismu dažādu bioloģisko funkciju molekulāro mehānismu izpēte. Pētnieku
grupa Dr. Renātes Rankas vadībā nodrošina stabilu bāzi jaunu terapeitisku, profilaktisku
un diagnostisku stratēģiju izveidei, kas ir svarīgi dažādu infekcijas slimību
apkarošanai. (..)
Būtiski ir pētījumi par dažādiem B un C hepatīta vīrusu
molekulārajiem aspektiem, veicot molekulāro monitoringu ar mērķi dokumentēt HBV
un HCV variantu genomu sastopamību Latvijā un strukturāli, funkcionāli un
imunoloģiski raksturot šo vīrusu variantus. Nākotnē ir plānots to HBV un HCV vīrusu
pacientu molekulārais monitorings, kas saņem pretvīrusu terapiju, izmantojot
NGS tehniku.
Molekulārā farmakoloģija
Molekulārā farmakoloģija ir vēl viens
interesants izpētes virziens Latvijā, kas būtiski veicinājis biomedicīnas
attīstību dažādu G-proteīnu saistīto receptoru molekulāros un funkcionālos
pētījumos. Nozīmīgs progress ir panākts, identificējot melanokortīnu receptoru
funkcionālos domēnus, kas nodrošina dažādu ligandu saistīšanas specifiku. Šī
pētniecības virziena būtiska daļa ir izstrādāt uz G-proteīnu saistītajiem
receptoru mērķētus medikamentus. Šajos pētījumos BMC pētnieki sadarbībā ar OSI
veic dažāda tipa farmakoloģiskas analīzes, izmantojot zīdītāju šūnu kultūras,
kas rezultējušās vairāku selektīvu receptoru ligandu atklāšanā un raksturošanā.
Augstāk minētie sasniegumi
nebūtu iespējami bez nopietniem ieguldījumiem infrastruktūrā, izglītībā un
praktiskā apmācībā. Būtiskākais sasniegums pēdējos gados ir Biomedicīnas
tehnoloģiju kompleksa atklāšana 2016. gadā, kas ietver sevī vairākus BMC
servisa centrus un nodrošina vismodernākās iekārtas biomedicīnas pētījumiem.
Biomedicīnas joma ir piesaistījusi daudzus jaunos pētniekus: vairāk nekā 60
studenti katru gadu izstrādā bakalaura, maģistra un doktora darbus. Šie
studenti veido izcilu potenciālu strauji augošās nozares tālākajai attīstībai.
Dr.biol. Jānis
Kloviņš,
Latvijas Biomedicīnas un studiju centra direktors,
LU asoc. profesors
* Pilnu tekstu lasiet Pasaules latviešu zinātnieku IV
kongresam veltītajā žurnāla "Enerģija un Pasaule" speciālizlaidumā. Galvenais
redaktors Ojārs Spārītis, atbildīgais redaktors Namejs Zeltiņš. Rakstu
publicēšana saskaņota ar apgāda "Zinātne" vadītāju Ingrīdu Segliņu.