Turpina izskaitļot vissmalkākās sakarības (3)

"Pirms gadiem diviem saņēmu godazīmi "Zelta pūce" par mūža ieguldījumu. Bet faktiski padarītais nav pat pusmūža ieguldījums, jo tas vislabākais pašreiz top. Pilnīgi jaunā virzienā esmu aizgājis un strādāju pie ģenētiskā koda un iedzimtības nesēju - gēnu strukturālās organizācijas un modelēšanas," rādīdams daudzas garumgarās lentes ar burtu kombinācijām, kuras atveido vienu no dezoksiribonukleīnskābes jeb DNS dubultspirāles pavedieniem, saka akadēmiķis Gunārs Čipēns. Šobrīd viņš vairs nestrādā kādreiz paša vadītajā Organiskās sintēzes institūtā, bet par laboratoriju padarījis savu dzīvokli.

Dots izjust simfonijas

Sērijā "Laikmets un progress" izdotajā grāmatā "Mikropasaules konstruktori" citēts Gunāra Čipēna Zinātņu akadēmijas kopsapulcē teiktais: "Katrā mūsu organisma šūnā (mūsu ķermenī to ir ap tūkstoš miljardu) katrā sekundes daļā noris tūkstošiem dažādu bioķīmisku reakciju, kas veido ikviena organisma dzīvības procesu pamatu. Tā ir apbrīnas vērta augsti jo augsti organizētu, ļoti precīzu reakciju simfonija. Ikviens bioķīmiskais process tajā noris stingrā saskaņotībā ar citiem katras šūnas un visa organisma procesiem."

Tolaik zinātnieks Organiskās sintēzes institūtā pētīja šūnu, molekulu, olbaltumvielu - peptīdu un hormonu uzbūvi, kā arī darbības principus, veidojot to analogus un atsedzot te vienu, te otru šūnas darbības fragmentu. Bija izdevies radīt vielas, kas paaugstina asinsspiedienu. Dzīvībai sevišķi svarīgi tas ir šoka vai komas gadījumos.

"Mani piesaistīja astoņas aminoskābes, no kurām vienu var modificēt dažādos veidos un dažos gadījumos tās aktivitāte ceļas uz augšu, kaut gan parasti notiek pretēji. Radās jautājums - kas to aktivitāti nosaka. Kolēģi uzskatīja, ka struktūra, es teicu - nē! Tā ir vielas īpašību kopa! Un šīs īpašību kopas jeb signatūras var būt identiskas dažādu struktūru savienojumiem," vienu no pirmajiem saviem atklājumiem skaidro Gunārs Čipēns. Turpinot pētīt signatūras, viņš sintezēja imūnglobulīna gabaliņu, ko, godinot Rīgu, nosauca par rigīnu. "Bet ne jau katrs analogs kļūst par medicīnisko preparātu. Bieži vien tas kalpo par instrumentu, lai izpētītu, kas notiek šūnā," atzīst zinātnieks.

Gunāra Čipēna leksika, runājot par vissarežģītākajiem ķīmiskajiem procesiem, skan visai muzikāli - reakciju simfonija šūnā, jaunas vielas sintēze kā instruments... Acīmredzot tas tālab, ka pats viņš nāk no mūzikas pasaules. Tēvs bija Rīgas Operas un baleta teātra pirmais mežradznieks un arī savu dēlu sūtīja Vīgnera bērnudārzā, sapērkot viņam dažādus mūzikas instrumentus. Spēlēt tos zēns gan iemācījās, taču viņu vairāk interesēja vecākās māsas dabaszinību grāmata. "Tas bija ļoti interesanti, ka gaiss kolbiņā, to sildot, izplešas. Vēlāk sāku pārbaudīt dažādas ķīmiskās reakcijas," smaidot atceras zinātnieks.

Tagad viņš var būt gandarīts par vairākiem izstrādātiem un ražošanā ieviestiem peptīdu preparātiem, zinātniskā darba rezultāti atspoguļoti 7 monogrāfijās, vairāk nekā 500 zinātniskās publikācijās, pāri par 300 konferenču tēzēs, 63 autorapliecībās un 2 patentos. Akadēmiķis lasījis lekciju kursus Latvijas Universitātē un Rīgas Tehniskajā universitātē, kā arī vadījis 25 disertāciju izstrādi. Bet pats sāka darbu Organiskās sintēzes institūtā, kuru tolaik vadīja Solomons Hillers.

Saistošā mikropasaule

Ķīmiķis, zinātnes vēsturnieks, kādreizējais Latvijas Zinātņu akadēmijas prezidents Jānis Stradiņš atceras: "Hillers bija labs ķīmiķis, ārstniecības preparātu radītājs un pavisam ģeniāls zinātnes organizators. Bet līdzekļi, kurus viņš lietoja attiecībā pret kolēģiem, vienu otru reizi nebija sevišķi ētiski. Tāpēc Hilleru daudzi atceras vairāk no sliktās puses. Bet bez viņa mums tagad nebūtu, piemēram, tik izcilu zinātnieku, kādi ir Elmārs Grēns, Edmunds Lukevics, Gunārs Čipēns, Gunārs Duburs. Hillers viņus, var teikt, izaudzināja un, turēdams pagarā ķēdē, laida uz priekšu; lai gan no jaunajiem viņš arī baidījās - ka tikai kāds viņu neapsteigtu."

Gunārs Čipēns pasmaida un saka: "Taisnība jau ir. Atceros, kā Hillers sēdēja uzņemšanas komisijā un noskatīja pretendentus darbam institūtā. Bet mūsu ķīmiķu kurss universitātē vispār bija ļoti labs - studenti talantīgi. Viens no pieminētajiem - Duburs - gan universitāti beidza agrāk, taču pārējie bija kursa biedri. Turklāt nedrīkstam piemirst arī mūsu Evu Stankēviču, Ilonu Mažeiku un nelaiķi Jāni Freimani, kurš astoņdesmito gadu beigās pievērsās politikai."

Pirms publiskot savu jauno atklājumu, šoreiz molekulārajā bioloģijā, akadēmiķis Gunārs Čipēns vispirms ar to iepazīstināšot savu kursa biedru, LU Biomedicīnas pētījumu un studiju centra vadītāju zinātņu doktoru Elmāru Grēnu un viņa vadīto kolektīvu.

Izskaitļotais jaunums

Kad tika atšifrēts cilvēka kods - 3,3 miljardi nosacītu burtiņu secība, kas ir mūsu genomā, izrādījās, ka DNS ir iekodēta informācija, lai sintezētu proteīnus, kas izpilda visas šūnā noritošo procesu regulāciju, vielu daudzveidīgās sintēzes un šķelšanās reakcijas. Taču šī informācija iekodēta ik pa gabaliņiem: ir nelieli iecirkņi, kas kodē proteīnstruktūras, un ir milzīgi gari iecirkņi, kas neko nekodē.

"Ja paņem cilvēka genomu, tad tur tikai 3-4% kodē proteīnus, bet pārējie ne. Nekodējošos sauc par introniem, kodējošos par eksoniem. Tā bija vislielākā problēma - saprast, kāpēc vajadzīgi neko nedarošie introni. Tā kā molekulārās bioloģijas speciālisti apjēgt to nevarēja, nosauca par atkritumnukleīnskābēm. Bet tā bija vislielākā kļūda," skaidro akadēmiķis un uzsver, ka gēns var darboties, nedodot proteīnu kā savu produktu, un aktīvi ir tikai mazi, mazi gabaliņi, kas sastāv no 4-5 nukleīdiem, kas izdod ļoti būtiskas regulatora funkcijas.

"Piemēram, cilvēka un šimpanzes ģenētiskā genoma struktūra praktiski daudz neatšķiras. Savukārt rīsa graudam ir vairāk gēnu nekā cilvēkam, bet tas nav saprātīga būtne. Tāpēc sāku domāt, ka ne jau gēnu skaits ir galvenais, bet ir vēl kaut kas, ko mēs pagaidām neapjēdzam. Un tas, ko neapjēdzam, slēpjas intronos. Taču ne visos, jo introni ir veidojušies pirms miljardiem gadu, varbūt pat kopā ar gēniem. Un izrādās, ka ir ļoti komplicētās eikariotšūnas un ļoti vienkāršās jeb prokariotšūnas. Intronu nav zemāk attīstītajām šūnām - baktērijām. Patlaban pasaulē pastāv divas milzīgas zinātnieku skolas. Vieni saka - prokariotšūnām introni bija, bet evolūcijas gaitā tie tika zaudēti tāpēc, ka baktērijas ir ļoti maziņas, tām vajag ātri vairoties un nav laika ar introniem ņemties. Otri iebilst, kas par muļķībām - introni parādījās, kad veidojās eikariotšūnas, un tika "iesprausti" jau gatavos gēnos no ārpuses. Es domāju, ka taisnība nav ne vieniem, ne otriem. Un es to pierādīšu," ir pārliecināts Gunārs Čipēns.

Praktiski viņš to jau ir izdarījis, atliek sagatavot tikai publikāciju. "Bet nevar uzreiz tajā izlikt arī visus trumpjus, jo farmācijas firmas ir ļoti spēcīgas - pēc pāris mēnešiem tur būs melna aramzeme apkārt, viss būs nopatentēts, un es neko vairs nevarēšu izdarīt," piebilst akadēmiķis.

Kāds praktisks labums?

Cilvēkam, kurš nav studējis ne ķīmiju, ne bioloģiju, grūti izprast atklājuma jēgu. Arī pats zinātnieks atzīst, ka nav neviena tāda vizuāla piemēra, ko cilvēks ar savām rokām būtu darinājis, lai to pēc savas sarežģītības pakāpes varētu salīdzināt ar šūnu, kas ir neiedomājami sarežģīts veidojums. Un lai noteiktu, vai šūna ir vesela, jāzina, kas notiek tajos simtos tūkstošos reakciju ik sekundi. Un tomēr - nedaudz populārākā valodā, ko atklājums dos praktiski?

"Praktiski tas dos iespēju tālāk attīstīties ārstnieciskajiem medikamentiem, tas ir viens. Otrkārt - tā ir tīri fundamentāla zinātne par to, kas notiek dzīvajā šūnā. Un varēs pētīt vēl gadsimtu, kamēr izpratīs. Varam noteikt radniecību starp dažādiem proteīniem, paskatīties, kā vispār dzīvība izveidojusies. Un izveidojusies dzīvība ir salīdzinoši ļoti ātri," skaidro akadēmiķis Gunārs Čipēns.

Uzreiz gribas jautāt - vai tas notika septiņās dienās, kad pirmajā radās gaisma, otrajā - plašums debesīs, trešajā, ceturtajā un piektajā vēl kaut kas, sestajā radās lopi un cilvēki, bet septītā bija tā dusēšanas diena? Zinātnieks atsmaida, ka apmēram tā esot bijis, un pāriet uz nopietnību: "Ir tāds ļoti svarīgs un ietekmīgs žurnāls "Nature" ("Daba"), kur katrs mirstīgais vis netiek publicēties. Nu lūk, un tur bija rakstīts, ka dzīvība uz Zemes eksistējusi pirms 3,8 miljardiem gadu. Ja Zeme veidojusies pirms 4,5 miljardiem gadu, tas nozīmē, ka dzīvība radusies pa kādiem 700 miljoniem. Tas ir ārkārtīgi ātri, jo Zeme bija kvēlojoša lode, kamēr nokritās temperatūra, izveidojās garoza, ūdens vairs nevārījās, tas miljonu gadu laika sprīdis faktiski ir ļoti īss. Tas nozīmē, ka visi tie dzīvības principi jau ir iekodēti nedzīvajā matērijā - dod tikai iespēju, un viss kaut kā izvēršas," teic Gunārs Čipēns, piebilstot, ka viņa pētījumus par nedzīvās matērijas pirmajiem soļiem ceļā uz dzīvo matēriju var lasīt Zinātņu akadēmijas angliski izdotajā ķīmijas žurnālā, kas iznāk četras reizes gadā.

Gunārs Čipēns ir ne tikai viens no visbiežāk citētajiem 700 Latvijas autoriem dabaszinātnēs, bet arī katrā no minētā ķīmijas žurnāla numuriem publicēti divi trīs viņa zinātniskie raksti. Piemēram, par to, kādā "valodā" sazinās proteīnu un nukleīnskābju divas pasaules.

Vajadzīgs "medijs"

"Starp mums, kā saka, meitenēm runājot, man viss ir skaidrs kā 2x2=4, taču, lai pilnīgi tā lieta tiktu izdarīta, nepieciešams labs datorspeciālists, kas prot sastādīt sarežģītas programmas. Ar papīra lentēm ņemos ne jau sava prieka pēc. Ja būtu programma, visu varētu izdarīt daudz ātrāk. Kad sāku stāstīt, daudzi aizdegas, bet pēc tam kaut kā izčākst - te vajag tādu zēnu, kas zinātnei gatavs veltīt vismaz daļu no savas dzīves," teic akadēmiķis, atgriežoties pie jaunā atklājuma.

Varbūt speciālistiem nav pietiekamas motivācijas veidot attiecīgas datorprogrammas tik sarežģītā un salīdzinoši šaurā jomā kā modernā zinātne? Varbūt peļņas iespējas nav pietiekami cerīgas? "Principā, ja šo lietu izstrādātu, tur varētu miljonus pelnīt Latvija. Varētu jau uzreiz lūgt palīdzību ārzemniekiem, taču, lai pie viņiem tiktu, kaut kādām minimālām programmām tomēr izstrādātām jābūt, vismaz elementārai parādīšanai, kā tas viss darbojas. Praktiskā ziņā to jau esmu atrisinājis," skaidro Gunārs Čipēns.

Tomēr šķiet, ka ģenētikas un informātikas integrācija varētu notikt jau pavisam drīz, jo profesora vecākais mazdēls Raivis jau otro gadu studē datorzinības.

***

FAKTI

Profesora Gunāra Čipēna daži galvenie pētījumu virzieni.

Peptīdu un olbaltumvielu dabas bioregulatoru (hormonu, kinīnu, neiropeptīdu, šūnu augšanas un diferenciācijas faktoru u.c.) struktūrfunkcionālās organizācijas un darbības mehānismu pētīšana.

Ģenētiskā koda simetrijas cēloņu meklējumi, ģenētiskā koda otrās daļas struktūras modeļu izveidošana, pētījumi par īpaša koda eksistenci, kas nosaka aminoskābju mijiedarbību peptīdu un olbaltumvielu molekulās.

Intronu veidošanās gēnos un gēnu skaitlisko parametru kvantēšana.

***

zināšanai

Latvijas Zinātņu akadēmijas akadēmiķis, Organiskās sintēzes institūta vadošais pētnieks Gunārs Čipēns 2001. gadā saņēma Grindeļa medaļu par ieguldījumu peptīdu ķīmijā un peptīdu ārstniecisko preparātu radīšanā, kas ir dabiskie bioregulatori un ietekmē organismu jau ļoti niecīgās devās.

Grindeļa medaļa tiek pasniegta Latvijas un ārvalstu ārstiem, farmaceitiem, zinātniekiem, mācībspēkiem un ražotājiem par sasniegumiem tajās zinātņu nozarēs, kurās savulaik darbojās pirmais latviešu izcelsmes dabas zinātnieks, ārsts un farmaceits profesors Dāvids Hieronīms Grindelis (1776-1836).

2004. gadā akadēmiķis Gunārs Čipēns kopā ar vēl sešiem Latvijas zinātniekiem saņēma Latvijas Zinātņu akadēmijas un akciju sabiedrības "Grindeks" prēmiju, kā arī Jāņa Strupuļa veidoto zelta godazīmi "Zelta pūce" par ieguldījumu ķīmijā un peptīdu hormonu sintēzes tehnoloģiju izstrādē. Gada balva zinātnē tika iedibināta 1998. gadā.

Zinātnieks novērtēts arī agrāk - saņēmis PSRS Valsts prēmiju, LPSR Valsts prēmiju, LZA G. Vanaga balvu, kā arī vairākas izcilu zinātnieku piemiņai veltītas medaļas.