Jaunais zinātnieks Kristaps Jaudzems pēta zirnekļa proteīnus, lai nākotnes kvantu datoriem izgudrotu nākotnes mikročipus
Latvijas zinātnes «tīrradnis» – spilgta metafora iezagusies sausi korektajā zinātnes institūciju starptautiskā izvērtējuma valodā, aprakstot Organiskās sintēzes institūtu. Tāds «tīrradnis» šķiet arī šā institūta vadošais pētnieks Kristaps Jaudzems – jauns, smaidīgs puisis pelēkā, adītā džemperī, melnos džinsos, kuru garumam viņš uzmanību, šķiet, nav pievērsis, un vienkāršās sandalēs. Pretēji nepretenciozajam izskatam viņa CV raksturo izcilība un neordināri ieraksti – 27 gadu vecumā spīdoši aizstāvējis ķīmijas doktora grādu, publicējies kopā ar Nobela prēmijas laureātu, ieguvis autoritāti kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopijā Latvijā un Eiropā, par saviem zinātniskajiem darbiem saņēmis vairākus apbalvojumus. Ja tas būtu piemēroti, vēl varētu ierakstīt: Latvijas čempions orientēšanās sportā.
Mūsu saruna notiek Kristapa Jaudzema darbavietā – svaigi aprīkotā laboratorijā, kur aiz stikla sienas vīd jaudīgs, vairāk nekā miljonu vērts kodolmagnētiskās rezonanses aparāts. Kad viņš saņēma doktora grādu, institūta direktors Ivars Kalviņš jaunajam talantam novēlēja izveidot Baltijas mēroga kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopijas ekselences centru. «Līdz ar šīs iekārtas iegūšanu mums tādas iespējas patiešām paveras,» pamājot uz jauno aparātu, saka zinātnieks.
Matemātiķis Andris Ambainis, gudrojot savus algoritmus, sēž un par vienu lietu domā tik ilgi, kamēr sāk «domāties». Medicīnas doktore Jekaterina Ērenpreisa stāstīja, ka jaunas domas uzplaiksnī pēkšņi, piemēram, skatoties mikroskopā. Kā jūs nonākat pie atklājumiem?
Drīzāk ar Ambaiņa piegājienu. Zinātne nekad no prāta neiziet, un īstenībā jebkurā brīvā brīdī zinātnieki domā par zinātni. Man sanāk diezgan daudz ceļot, un tad lidmašīnā vai starp lidojumiem, kad īsti nav ko darīt, var padomāt. Ja vēl ir būts konferencē, tad var tās idejas sasaistīt ar saviem pētījumiem.
Jūs sēžat lidmašīnā un domājat par proteīniem?
Jā, jā. (Smejas.)
Jauni cilvēki Latvijā mūsdienās ķīmiju negrib mācīties. Kas jūs tajā aizrauj?
Pirmkārt, ir aizraujoši saprast, kā darbojas molekulas vai kā notiek bioķīmiski procesi. Mēs zinām, ka tas notiek, bet neredzam, un ķīmija ļauj to apskatīt detaļās un būtībā tikt līdz procesa pašiem pamatiem. Tad to var izprast, un beigās process liekas vienkāršs. Taču tas ir arī ļoti perfekts process – ķīmiskās reakcijas, ko varam uztaisīt kolbā, nekad nav tik perfektas kā bioķīmiskas reakcijas, kas notiek dažādos organismos.
Otrkārt, saprotot, kā tas darbojas, rodas idejas, kā to var iespaidot. Tas arī ir ļoti interesanti, ka vari iespaidot procesus, ko neredzi. Tu vari uztaisīt zāles, kas darbojas uz kādu vienu molekulu organismā.
Kā notika klikšķis, ka jāpēta proteīni?
Līdz 22 gadu vecumam galvenā joma, kur gribēju augstus sasniegumus, bija orientēšanās sports. Biju daudzkārtējs Latvijas čempions, un arī Eiropas čempionātos man bija medaļas. Lai sasniegtu ko vairāk, bija skaidrs, ka viss pārējais jāaizmirst, bet man tas nešķita pareizi. Biju sācis studēt ķīmiju, un mani tā interesēja. Izvēlēties zinātni likās pareizāk arī no cilvēka dzīves jēgas viedokļa. Ja tu sporto, pamatā to dari sev. Ja vari ko sasniegt zinātnē, tas jau ir nozīmīgi arī citiem.
Jūs pētāt proteīnus ar kodolmagnētiskās rezonanses metodēm. Vai varat populārzinātniski aprakstīt, ko tas nozīmē?
Mani pētījumi pamatā saistīti ar diviem mērķiem. Viens ir saprast, kā notiek ķīmiskās reakcijas un citi dzīvībai svarīgi procesi dažādos organismos, otrs – jaunu zāļu vielu atklāšana.
Visas funkcijas, kas notiek mūsu ķermenī – elpošanu, gremošanu u.c. -, pamatā nodrošina proteīni, tie faktiski veic visas ķīmiskās reakcijas organismā. Ja kāds no proteīniem iziet no ierindas, mēs saslim-stam. Zāļu mērķis ir savest to proteīnu atkal kārtībā. Lai to izdarītu, mums vispirms ir jāsaprot, kā proteīns izskatās un darbojas. Kodolmagnētiskā rezonanse ir vienīgā metode, kas spēj paskatīsies uz proteīniem to dabiskajā vidē ūdens šķīdumā. Mēs varam ar šo metodi redzēt, kā atomi ir izkārtojušies telpā, kāda ir to trīsdimensionālā struktūra. Zinot struktūru, varam saprast, kā šis proteīns veicina funkciju. Ja mēs to zinām, tad varam datorā dizainēt zāļu vielas, kas ļoti specifiski mijiedarbojas ar šo proteīnu. Teiksim, liek tam strādāt mazāk, vai arī varam aktivizēt kādu proteīna funkciju, ja tas nestrādā pietiekami labi. Jaunu zāļu vielu atklāšanā to sauc par atslēgas slēdzenes principu, kur proteīns ir slēdzene, un mums ir jāatrod atslēga, kas tai derēs.
Viens piemērs par citiem pētījumiem. Sadarbībā ar zviedriem mēs tagad pētām, kā zirneklī veidojas zirnekļa tīkla zīds. Viņam ir dziedzeri, kas izdala vielu, [no kuras vērpj tīklu]. Ja zirneklī veidotos zīds, kas ir ciets materiāls, tad tas nobloķētu visu sistēmu. Mēģinām saprast, kas nosaka, ka tieši tajā brīdī, kad zirneklis grib vērpt tīklu, tas kļūst ciets.
Ja to sapratīsim, varētu izstrādāt metodi, kā rūpnieciski iegūt zirnekļa tīkla zīdu. Pašlaik industrija spēj saražot vielu, kas veido zirnekļa tīklu, bet nespēj no tās saražot materiālu, kuram ir tādas īpašības kā dabiskam zirnekļa tīklam. Tas ir ļoti, ļoti izturīgs, elastīgs materiāls, un tam ir vēl dažādas ļoti vērtīgas īpašības.
Ko ar šādu materiālu varētu iesākt?
Tas ir ļoti stiprs un vienlaikus ļoti viegls materiāls. Piemēram, viena populārzinātniska interese – ja mēs no šā zirnekļa tīkla uzadīsim džemperi, tas būs necauršaujams.
Zirnekļa tīklu taču var ar pirkstu saraut…
Nav nemaz tik viegli to saraut. Tas, ko saraujam, ir viens pavediens. Ja uztaisīsim daudz pavedienu un savērpsim vienā izstrādājumā, tas neizdosies. Jau ir uztaisīti drēbju gabali, kas ir necauršaujami, bet tas nav viss. Zirnekļa tīkls ir biosavietojams, to var izmantot, piemēram, kā ķirurģijas diegu. No tā varētu uztaisīt arī mākslīgus muskuļus, jo mūsu ķermenim pret to nav nekādas imūnreakcijas. Kā materiālam tam būtībā ir tās pašas funkcijas, kas muskuļiem, tas ir izturīgs pret stiepi un vienlaikus elastīgs. Vēl tas vada elektrību un optisko starojumu, tos varētu izmantot nervu šūnu salabošanai. Ir arī doma, ka to varētu izmantot mikročipos, signāla pārvadei izmantojot nevis elektrību, bet gan optisko starojumu, būtībā – gaismu. Tas būtu nākotnes mikročips nākotnes kvantu datoriem.
Tā ka tam būtu plašs pielietojums. Līdz šim ir mēģināts šādu materiālu iegūt, audzējot zirnekļus. Bija tāds pētījums, kur simtiem cilvēku četrus gadus audzēja miljoniem zirnekļu. Beigās viņi ieguva tik daudz zirnekļu tīklu, lai uztaisītu vienu tādu drēbi džempera lielumā. Šāda zirnekļu tīklu iegūšana nav reāla, bet, ja to varētu izdarīt rūpnieciski, būtu liels sasniegums.
Kāda ir prognoze – vai un cik ilgā laikā to izdarīsit?
Mēs tieši tikko pilnībā izpratām mehānismu, kā tas notiek zirneklī. Tagad skatīsimies, kā citi zinātnieki to tehnoloģiski pārņems. Pie tādiem lieliem cilvēces projektiem katrs zinātnieks parasti pieliek tikai pirkstiņu, nekad nav tā, ka viens cilvēks izstrādā ko pilnīgi jaunu no sākuma līdz beigām. Mēs esam izpratuši to jomu, kur varējām pielikt savu pirkstu.
Ko jūs doktorantūras laikā pētījāt ASV kopā ar Nobela prēmijas laureātu profesoru Kurtu Vītrihu?
Es strādāju ļoti lielā projektā. Amerikas zinātnieki nāca klajā ar ideju, ka pētījumus vajadzētu novest līdz tādai stadijai, ka vairs nav jāpielieto eksperimentālas metodes, lai uzzinātu proteīnu trīsdimensionālo struktūru. Patiesībā pietiktu zināt aminoskābju secību proteīnā, lai varētu ar datoru izrēķināt to struktūru. Lai to izdarītu, vispirms bija šī genoma ēra. Ja zini, kāda ir nukleīnskābju secība DNS, tad zini, kāda ir aminoskābju secība proteīnos, bet nezini, kā tas izskatās telpā.
Amerikāņi gribēja iegūt [trīsdimensionālās] struktūras no tā sauktajām proteīnu ģimenēm. Aminoskābju secības ir diezgan līdzīgas vienā ģimenē, un, ja varam iegūt struktūru vienam ģimenes pārstāvim, pārējiem varam uzmodelēt ar datoru. Mērķis bija ņemt visus proteīnus, kas vien zināmi, noteikt to struktūras un tālāk ar datora palīdzību modelēt struktūras līdzīgajiem. Visu proteīnu kopumu sauc par proteīnu visumu, un patiesībā mērķis bija iegūt struktūras proteīnu visumam. (Smejas.) Tas bija ļoti ambiciozs mērķis, projekta ilgums -10 gadu, un viņi saprata, ka to nevar izdarīt.
Tajā pašā laikā ļoti daudz tika izdarīts, daudzas proteīnu ģimenes tika raksturotas. Bet viņi saprata, ka mērķis ir pārāk plašs un vismaz 10 gadu termiņā vajadzētu koncentrēties uz proteīniem, par kuriem zināms, ka tie iesaistīti slimībās. Tieši tajā gadā, kad es braucu prom, viņi fokusējās uz proteīniem, kas iesaistīti slimībās.
Mans darbs bija ne tikai proteīnu struktūru noteikšana, bet arī pētījumu metožu izveide. Nekad iepriekš proteīni tik daudzi netika pētīti, un bija jāizstrādā metodes, lai procesu maksimāli automatizētu un struktūras varētu noteikt iespējami īsā laikā. Agrāk šis process prasīja kādu gadu zinātniskā darba, bet projekta beigās mēs izstrādājām metožu kopumu, lai struktūras iegūtu mēneša laikā.
Kā nokļuvāt pie Vītriha?
Organiskās sintēzes institūtam (OSI) ar viņu ir ilga sadarbība. Tā sākās jau 70.gados, kad viņš bija atbraucis uz OSI kā vienu no retajiem institūtiem Padomju Savienībā, kur, izmantojot kodolmagnētiskās rezonanses aparatūru, pētīja bioloģiskas izcelsmes molekulas. Vītrihs bija Latvijā arī 2008.gadā un tad vienojās, ka mani tur varētu paņemt.
Vai atgriešanās Latvijā bija kritiens atpakaļ?
Kad taisījos atgriezties, man vēl bija rozā brilles. Kad atbraucu un saskāros ar reālo situāciju, tad sapratu, ka, jā… varbūt nevajadzēja braukt atpakaļ. Es kā jaunais zinātnieks saskāros ar to, ka jau tā niecīgais [valsts] finansējums zinātnei tiek dalīts nevis par to, ko tu plāno izdarīt vai kā esi parādījis savas spējas iepriekš, bet pamatā pēc politiskām metodēm. Dažādu zinātnes institūtu politiskās figūras sanāk kopā un to naudu sadala sev. Arī Latvijas Zinātnes padomes granti, kur it kā ir starptautiska vērtēšana, vismaz ķīmijas nozarē nezin kāpēc nonāk pie cilvēkiem, kas patiesībā ir šīs padomes locekļi vai tiem tuvi.
Bet viss atkarīgs no paša. Ja mērķtiecīgi ej uz to, ka arī šeit būs augsts līmenis, tad kādreiz tāds būs. Pašlaik mēs neesam tālu no tā. Iespējas, kas ir studentiem tagad, nav salīdzināmas ar tām, kas man bija pirms aizbraukšanas uz ASV. Tikko viens mūsu students uzrakstīja e-pastu uz ietekmīgu laboratoriju Eiropā, ka vēlētos tur izstrādāt savu doktora darbu. Nākamajā dienā profesors atbildēja: o, prieks, ka tev ir interese, atbrauc, parunāsimies. Pēc pāris mēnešiem students turp aizbrauca un strādā. Katrā ziņā mēs esam atlikuši sevi atpakaļ uz Eiropas kartes, un cilvēki zina, ka mums ir kompetence. Attīstāmies, un viss būs.
No kā atkarīgs tas, ka vieni pašlaik zinātnē Latvijā var kaut ko izdarīt un citi – ne? Nupat rakstīju par Nacionālo botānisko dārzu, tur jaunu doktorantu ir ļoti maz, starptautisku publikāciju gandrīz nav, bet jūs veiksmīgi strādājat.
Pirmkārt, tās ir OSI tradīcijas, kas ir nodrošinājušas, ka organiskā ķīmija te ir bijusi augstā līmenī.
Protams, finansējums vajadzīgs, un par to ir jācīnās. Mēs rakstām projektu pieteikumus, n-tos papīrus, sadarbojamies ar industriju, mums nekas netiek dāvināts. Viena ļoti nozīmīga lieta mūsdienu zinātnē ir mobilitāte. Kopš esmu atgriezies, es vismaz kādu piektdaļu laika pavadu citos, līdzīgos centros Eiropā.
Starptautiskajā zinātnes novērtējumā OSI saņēma visaugstāko atzīmi Latvijā. Jums aizrādīja, ka tik lielai pētnieku komandai ir drusku par maz starptautisko publikāciju, bet infrastruktūra, sociālekonomiskā ietekme, attīstības potenciāls – ideāli. OSI direktors Ivars Kalviņš parasti sūdzas par zinātnes bēdīgo stāvokli valstī, bet institūtā, kā izrādās, viss ir. Vai tā nav pretruna?
Es piekrītu – publikāciju ir par maz. Tas īstenībā ir mazā finansējuma rezultāts. Gandrīz 40% zinātnieku šeit ir līgumdarbi ar rūpnieciskajām firmām, pamatā ārvalstu. Visi pētījumi, ko viņi veic, ir konfidenciāli, un tos nekad nepubliskos. Ja šiem pētniekiem būtu pieeja publiskiem līdzekļiem, tad būtu publikācijas.
Skatoties nākotnē, daļa cilvēku ir tā pieraduši pie līgumdarbiem, ka tagad, kad publiskā finansējuma ir vairāk, viņi uz to vairs nepretendē. Mums ir pētnieki, kas ne tik daudz domā par savu zinātnisko karjeru, kā par pētījumu komercializēšanu. Domā, ka pietiek ar patenta pieteikšanu. Normāli būtu pieteikt patentu, bet pēc tam pētījumus publicēt.
Kalviņš norāda, ka mēs esam palaiduši vējā ļoti daudz iespēju, kas varētu būt, ja būtu vairāk finansējuma. Daudzie pētnieki, kas strādā ar industriju, patiesībā savu potenciālu atdod citu valstu firmām, Latvijā no tā nekas nepaliek. Mēs vienkārši esam melnā darba darītāji kādai ārzemju firmai, pievienotā vērtība aiziet tur.
2009.gadā, kad nogrieza zinātnes finansējumu, mēs izdzīvojām, tikai pateicoties līgumdarbiem. Pretējā gadījumā mums būtu jāatlaiž šausmīgi daudz cilvēku, paliktu kādi 40%. Arī tagad zinātne pamatā tiek finansēta no ES struktūrfondiem, kas īstenībā ir īslaicīgi instrumenti. Brīdī, kad beidzas struktūrfondu programmas un tām neseko valsts finansējums, cilvēki ir jāatlaiž. Pagājušajā gadā mums beidzās ES Sociālā fonda projekti, un aizgāja prom daudzi, kas tika piesaistīti tieši projektā, kura mērķis bija cilvēkresursu piesaiste zinātnei. Esam viņus piesaistījuši zinātnei, bet par kādu naudu lai noturam?
Esat teicis, ka visas slimības nekad nebūs izārstējamas, jo visu laiku rodas jaunas. Kas tad ir jūsu lielais izaicinājums zinātnē – ko vēlaties atklāt?
Neesmu noformulējis. Lai to izdarītu, apakšā jābūt finansējumam. Trīs gadus pēc atgriešanās pamatā esmu pavadījis, lai pielāgotu savus pētījumus tam, par ko dod naudu. Tādā veidā es droši vien tuvākajā laikā darbošos.
Ko jūs gribētu izpētīt?
Viens virziens, kas mani interesē, ir membrānu proteīni, kas ir inkorporēti šūnas sienā un nodrošina saziņu starp šūnām. Tos pētīt ir daudz sarežģītāk, praktiski nav metodes, ar kuru varētu iegūt šo proteīnu trīsdimensiālas struktūras. Ja man būtu jādefinē kāds liels izaicinājums, tas būtu izstrādāt metodes un noteikt struktūras nozīmīgiem membrānproteīniem. Ja mēs to spētu, pavērtos lielas iespējas ķerties klāt jaunām zāļu vielām tādām slimībām, kurām nav zāļu (piemēram, kas saistītas ar signālu pārnesi, tajā skaitā nervu slimībām), vai varētu izstrādāt zāles, kas būtu ļoti mērķtiecīgi dizainētas un tām būtu mazāk blakusefektu.
Vai kāds ar to pasaulē nodarbojas?
Jā, daudzi.
Vai jums nav iespēju aizlaisties pie viņiem?
Ir.
Kas jūs te pietur?
Esmu sācis kādu ceļu, negribu izlēkt pusceļā. Domāju, arī mēs šeit tam pievērsīsimies. Ir dažas lietas, ko darām arī bez finansējuma. Piemēram, par zirnekļa proteīnu pētījumiem neviens mums nemaksā.
Pieci iedvesmas stāsti
Bērs Grills. Dubļi, sviedri un asaras. Viņa televīzijas raidījumus par to, kā izdzīvot sarežģītās situācijās, iemīlēju, studējot ASV. Viņa spējas saglabāt mieru un asu prātu, pārvarēt vājuma brīžus un cīnīties līdz galam ir tiešām apbrīnojamas. Arī zinātnē ir brīži, kad šīs īpašības noder.
Lance Armstrong. It’s Not About the Bike: My Journey Back to Life. Stāsts par cīņu ar vēzi jeb kā uzvarēt likteni. Ar milzu spītību un ticību sev. Arī Latvijas zinātnieki izjūt likteņa pirkstu – kritiski zemo finansējumu. Kāds to uztver kā izaicinājumu, cits ar aizvainojumu un nolaistām rokām.
Jim Denison. The Greatest: The Haile Gebrselassie Story. Ceļš no Āfrikas nabadzības un nošķirtības līdz pasaules virsotnei garo distanču skriešanā. Lai to sasniegtu, vajadzīga mērķtiecība, pašdisciplīna, neatlaidīgs darbs. Tas pats vajadzīgs, lai iegūtu Nobela prēmiju. Laba lasāmviela, gatavojoties manam pirmajam maratonam.
Barry Werth. The Billion-Dollar Molecule.Aizraujošs stāsts par Vertex Pharmaceuticals izveidošanu un racionālā zāļu vielu dizaina pirmsākumiem. Stāsta par zinātnieku grūto darbu un upurēšanos, kā arī nežēlīgo sacensību farmācijas nozarē. Mans darbs OSI balstīts uz racionālo pieeju izmantošanu jaunu zāļu vielu dizainam.
Sally Smith Hughes. Genentech: The Beginnings of Biotech. Vēsturisks stāsts par pirmās biotehnoloģiju kompānijas Genentech izveidošanu un attīstību līdz pārdošanai Šveices farmācijas gigantam Hoffmann-La Roche par 47 miljardiem ASV dolāru. Labi ilustrē sadarbības nozīmi starpdisciplinārajā zinātnē, kā arī inovāciju pārneses procesu. Vēl šodien saviem pētījumiem lietoju tās pašas Genentech biotehnoloģiskās metodes.
CV
Dzimis 1984.gadā Rīgā
Kopš 2006.gada strādā Latvijas Organiskās sintēzes institūtā
Bijis doktorants Skripsas institūtā Kalifornijā (The Scripps Research Institute), kur piedalījies Nobela prēmijas laureāta Kurta Vītriha vadītos pētījumos
2011.gadā ieguvis ķīmijas doktora grādu RTU
Bijis viespētnieks Augsta lauka kodolu magnētiskās rezonanses centrā Lionā, Francijā
Lasa lekcijas RTU un LU kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopijā
Saņēmis prof. Emīlijas Gudrinieces balvu kā labākais jaunais zinātnieks ķīmijā
