LZA SENĀTĀ PREZENTĒTO ZIŅOJUMU KOPSAVIKLUMI

KODOLU MAGNĒTISKĀS REZONANSES PĒTĪJUMI BIOMATERIĀLU IZVEIDEI, ZĀĻVIELU ATKLĀŠANAI UN BIOLOĢISKO MEHĀNISMU IZPRATNEI

Dr.chem. Kristaps JAUDZEMS, Latvijas Organiskās sintēzes institūta (OSI) vadošais pētnieks, Fizikāli organiskās ķīmijas laboratorijas vadītājs, Latvijas Universitātes (LU) Ķīmijas fakultātes asociētais profesors, LZA korespondētājloceklis (2017).

Vielas veidojošās molekulas un atomi ir pārāk mazi, lai tos saskatītu tieši (t. sk. ar mikroskopu). Kodolu magnētiskā rezonanse (KMR) ir metode, kas ļauj iegūt netiešu informāciju par atomu kodoliem un to apkārtni. Iegūtās informācijas interpretācija dod iespēju veidot precīzus molekulu div-dimensiju un trīs-dimensiju modeļus, ko tālāk izmantot vielu ķīmisko, fizikālo un bioloģisko īpašību skaidrošanā. Metodes princips un pielietojums ir analogs medicīnā plaši izmantotajai magnētiskās rezonanses tomogrāfijai (MRT), jo tā ļauj skaidrot molekulu struktūras (MRT gadījumā slimības diagnozes) un īpašību (simptomu) likumsakarības.

Kristapa Jaudzema vadītajā OSI Fizikāli organiskās ķīmijas laboratorijā KMR spektroskopiju izmanto institūtā sintezēto ķīmisko savienojumu struktūras pierādīšanai, topošo zāļvielu mijiedarbības ar mērķproteīniem pētīšanai, neirodeģeneratīvo slimību attīstības molekulāro mehānismu izzināšanai, kā arī zirnekļu zīda proteīnu struktūras-funkcijas-īpašību likumsakarību izpētei.

Jaunu zāļvielu kandidātu izstrādes pirmie divi posmi ir aktīvo savienojumu identifikācija un to ķīmiskās struktūras optimizācija. Sadarbībā ar OSI Organiskās sintēzes metodoloģijas grupu (prof. A. Jirgensons) K. Jaudzems pirmoreiz Latvijā ieviesa uz KMR balstītu fragmentu metodi zāļvielu līdersavienojumu konstruēšanai. Šī pieeja izmantota jaunu pret-malārijas zāļvielu izveidei, kā bioloģisko mērķi izvēloties plazmepsīnus - aspartilproteināzes, kas parazītam nodrošina barības vielas malārijas dzīves cikla asins posmā. Pētnieciskā darba rezultātā izveidotas divas līdersavienojumu klases, kas uzrāda augstu parazīta šūnu inhibitoro aktivitāti un selektivitāti attiecībā pret līdzīgām cilvēka aspartilproteināzēm (8 publikācijas starptautiskos zinātniskos žurnālos, 2 patenti, atzīts par 2016. gada Latvijas zinātnes sasniegumu). Aprobētā metode izmantota arī ES 7. Ietvarprogramas projektā "NABARSI".

Vairākas šobrīd neārstējamas neirodeģeneratīvās slimības (Alcheimera, Parkinsona u. c.) saistītas ar noteiktu proteīnu agregātu un izgulsnējumu - amiloīdu - veidošanos cilvēka smadzenēs. Sadarbībā ar Latvijas Biomedicīnas studiju un pētījumu centru (prof. K. Tārs) K. Jaudzems, daļēji strādājot Latvijā un daļēji Francijā, attīstījis cietvielu KMR metodes, kas ir ļoti piemērotas liela molekulsvara, ne-kristālisku un heterogēnu paraugu kā amiloīdu struktūrpētījumiem (10 publikācijas starptautiskos zinātniskos žurnālos). Šobrīd notiek darbs pie jaunām pieejām, kas balstītas uz fluorētu aminoskābju inkorporēšanu proteīnos to patoloģiskās agregācijas pētīšanai reālā laikā. Drīzumā plānots uzsākt ES Horizon 2020 projektu "InterTAU", kura mērķis ir iegūt atomu līmeņa strukturālu un dinamisku tau proteīna patoloģisko formu raksturojumu, lai labāk izprastu Alcheimera slimības attīstības molekulāros mehānismus, kas nākotnē ļautu izveidot jaunu terapeitisko pieeju slimības ārstēšanai.

Zirnekļu tīkla zīds ir ļoti izturīgs, elastīgs, bioloģiski saderīgs un degradējams, kas to padara piemērotu biomateriālu izveidei priekš pielietojumiem biomedicīnā (audu inženierija, zāļu piegādes formas). Taču zīda iegūšana no zirnekļiem rūpnieciskā apjomā nav iespējama. Sadarbībā ar Karolinska institūtu (prof. J. Johansons) K. Jaudzema vadībā, izmantojot KMR spektroskopiju, izpētīts strukturālo pārvērtību mehānisms, kas nodrošina kontrolētu zirnekļu zīda proteīnu pāreju no šķīstoša stāvokļa uz zīda šķiedras pavedieniem (6 publikācijas starptautiskos zinātniskos žurnālos, atzīts par 2017. gada Latvijas zinātnes sasniegumu). Uz šo pētījumu pamata izveidota pirmā biomimētiskā metode mākslīgā zirnekļu zīda iegūšanai, kas daļēji reproducē dabisko šķiedru vērpšanas mehānismu. Darbs turpinās nesen uzsāktā Praktiskas ievirzes pētījumu (ERAF) projektā, ar mērķi ievērojami uzlabot mākslīgā zirnekļu zīda pavedienu mehāniskās īpašības.

Paralēli KMR un rentgenstruktūranalīzei kā tradicionālām struktūrbioloģijas metodēm šobrīd Pasaulē strauji attīstās krio-elektronu mikroskopijas izmantošana bioloģisko makromolekulu un to kompleksu struktūru noteikšanai. Paredzams, ka tuvā nākotnē krio-elektronu mikroskopija varētu kļūt par galveno strukturālās bioloģijas metodi. Šīs metodes ieviešana Latvijā ir obligāts priekšnosacījums starptautiskas izcilības noturēšanai šajā nozarē.

Publicētie darbi: 43 zinātniski raksti starptautiskos zinātniskos žurnālos (visi Scopus un Web of Science; H indekss-16), 5 patenti.

Pedagoģiskā darbība: 3 promocijas darbu vadītājs (izstrādē). 2 docēti studiju kursi LU un 2 RTU, vadīti 4 maģistra un 5 bakalaura darbi. Promocijas padomes loceklis LU Ķīmijas fakultātē.

Zinātniskie projekti: pašlaik vada ERAF projektu "Ķīmiski modificēts mākslīgais zirnekļu zīds", piedalās 1 ES H2020 projektā, konsultants 2 pēcdoktorantūras pētniecības projektiem, iepriekš bijis ES H2020 Marie Skłodowska-Curie individuālā granta ieguvējs, piedalījies 3 ES FP7 un vairāku ERAF un ESF projektu īstenošanā.

Organizatoriskais darbs: OSI Zinātniskās padomes priekšsēdētāja vietnieks, LU senators, Latvijas Jauno zinātnieku apvienības valdes loceklis, Groupement AMPERE komitejas loceklis, organizators pieciem starptautiskiem zinātniskajiem semināriem un divām starptautiskām konferencēm.

AUGU VĪRUSI REKOMBINANTU BIOTEHNOLOĢIJĀ

Dr.biol. Andris ZELTIŅŠ, Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centra Zinātniskās padomes priekšsēdētājs, vadošais pētnieks, Augu virusoloģijas grupas vadītājs, LZA korespondētājloceklis (2016).

Augu vīrusi ir nozīmīga augu patogēnu grupa, kas visā pasaulē rada ievērojamus ekonomiskus zaudējumus dažādām kultūrām, ieskaitot augļkokus, dārzeņus, graudaugus un dekoratīvos augus. Agrīna un precīza augu vīrusu noteikšana ir būtiska sastāvdaļa to kontrolei. Tā kā tirdzniecības globalizācija un straujās klimata izmaiņas veicina vīrusu pārnesi no vienas valsts uz otru, vīrusu slimību diagnostika kļūst arvien svarīgāka. Ar A. Zeltiņa grupas atbalstu Dobeles Valsts augļkopības institūtā tika izstrādāts ābeļu vīrusu identifikācijas paņēmiens, kuras jūtība 20 reižu pārsniedz tradicionālās metodes. Pašlaik A. Zeltiņa interešu lokā ir jaunu augu vīrusu meklējumi, tajā skaitā smiltsērkšķos, kuriem vīrusi vēl nav atklāti.

Otrs pētījumu virziens ir saistīts ar augu vīrusu molekulāri bioloģiskajiem pētījumiem, vīrusu genomu organizāciju un to kodēto proteīnu struktūru un funkciju izzināšanu.

Pēdējos gados A. Zeltiņa pētījumi pārsvarā ir saistīti ar vakcīnu izstrādi, balstoties uz mākslīgi iegūtām augu vīrusu struktūrām (vīrusiem līdzīgām daļiņām). Mākslīgos augu vīrusus var izmantot profilaktisko un terapeitisko vakcīnu izveidei, to struktūrā ar ķīmiskām vai gēnu inženierijas metodēm ievadot dažādus antigēnus. Rezultātā daudzas attiecīgā antigēna kopijas ir izvietotas uz mākslīgo vīrusu virsmas, kas savukārt izraisa spēcīgu imūnatbildi un nodrošina aizsardzību pret infekcijām un alerģiskām reakcijām. A. Zeltiņa grupa ir izveidojusi jaunu vakcīnu platformu uz Gurķu mozaīkas vīrusa bāzes un sadarbībā ar Šveices un Lielbritānijas kompānijām ir radījusi eksperimentālās veterinārās vakcīnas pret kaķu alerģiju, suņu atopiskajiem dermatītiem, pret kukaiņu kodumu hipersensitivitāti zirgiem, kā arī vakcīnas cilvēkiem pret zemesriekstu alerģiju un psoriāzi. Vairākām izstrādātajām vakcīnām tehnoloģijas pārneses procesi ir pabeigti, un vakcīnas ir ražošanas stadijā. Labas ražošanas prakses apstākļos saražotās vakcīnas tuvākajā nākotnē tiks izmantotas tālākajiem klīniskajiem un veterināri klīniskajiem pētījumiem. 

Publicētie darbi: 35 zinātniski raksti starptautiskos zinātniskos žurnālos (Scopus datubāzē - 30; kopējā citējamība - 630, H indekss - 12), 2 nodaļas ārzemju izdevniecību rakstu krājumos, 2 starptautiskie patenti

Zinātniskie un tehnoloģiju pārneses projekti:  20 projektu vadītājs (t.sk. 10 starptautiskie).

Starptautiskā sadarbība: stažējies Osnabrikas Universitātē (Vācija, 1993-1997), Helsinki Universitātē (Somija, 2000). Sadarbības partneri no Oksfordas Universitātes (Anglija), Dandī Universitātes (Skotija), Cīrihes Universitātes un Bernes Universitātes (Šveice).

Pedagoģiskā darbība: 4 promocijas darbu vadītājs, vadīti 8 maģistra un 6 bakalaura darbi. Vieslektors LU Bioloģijas fakultātē.

Organizatoriskais darbs: LZP eksperts, Latvijas Bioķīmijas biedrības biedrs, Ģenētiski modificēto organismu ekspertu komisijas loceklis.

Atzinības: Augu virusoloģijas grupas pētījumi ir nosaukti starp LZA nominētajiem nozīmīgākajiem zinātnes sasniegumiem 2006., 2010. un 2018. gadā.