Во најновиот број на реномираното списание „Нејчр“ излезе текст што, според моето мислење, заслужува особено внимание. Иако во нашето секојдневие сме далеку од какви било научни откритија поради ситуацијата во која се наоѓа нашата мала држава, сметам дека барем за научните сознанија оние што читаат треба да бидат информирани. За фундаментална наука во нашава земја не станува збор, но сепак, во овие финансиски тешки времиња, финансиерите мора да препознаат дека големите откритија честопати произлегуваат од работа што барала нешто сосема друго.
Од топли извори до ДНК-форензика
Во летото 1966 година, додека бил студент на Универзитетот „Индијана“, Хадсон Фриз се преселил да живее во колиба на работ на Националниот парк Јелоустоун. Работел за микробиологот Томас Брок, кој бил убеден дека одредени микроорганизми живеат на изненадувачки високи температури. Избегнувајќи ги мечките и сообраќајните метежи што тие ги предизвикувале, Фриз ги посетувал топлите извори секој ден за да ги истражува бактериите што се размножувале во тие води.
На 19 септември, Фриз успеал да одгледа примерок од жолтеникави микроби од изворот. Под микроскоп, тој пронашол низа клетки собрани од течностите што биле блиску до вриење.
– Гледав нешто што никој досега не го видел – вели Фриз, сега во Институтот за медицински откритија во Ла Хоја, Калифорнија, и додава: „Сè уште ми се наежува кожата кога ќе се сетам дека гледав во микроскоп“.
Три години подоцна, Фриз и Брок опишаа една од бактериите, која ја нарекоа Thermus aquaticus. Таа најдобро растела на 70 Целзиусови степени. Потоа, во 1970 година, тие изолираа ензим од T. aquaticus, кој влијаел на метаболизмот на шеќерот на оптимална температура од 95 Целзиусови степени. Потоа, Фриз заминал на постдипломски студии и ги префрлил своите приоритети на други теми. Сепак, други истражувачи продолжија да го проучуваат T. aquaticus, а во 1976 година, тим на Универзитетот во Синсинати во Охајо изолирал друг ензим: ДНК-полимераза, која можеше да синтетизира нова ДНК на 80 Целзиусови степени.
Седум години подоцна, оваа Taq-полимераза ќе се покаже како токму она што му беше потребно на биохемичарот Кери Мулис за да ја создаде полимеразната верижна реакција (ПЦР), метод за брзо правење илјадници и илјадници копии од еден фрагмент од ДНК. На Мулис му биле потребни високи температури за да ги раздели молекулите на ДНК, па затоа му била потребна и полимераза што работи на високи температури за да избегне повторувачко загревање и ладење.
Денес, ПЦР е неопходна алатка во сè, од медицината – каде што се користи за поврзување донатори на органи со приматели и во дијагнозата на рак – до земање отпечатоци од ДНК што може да ѝ помогне на полицијата да ги идентификува убијците.
Потеклото на магнетната резонанца (МРИ)
Магнетната резонанца (МРИ) е главен столб на модерната медицина. Може да генерира детални слики од внатрешната анатомија на една личност – откривајќи, на пример, абнормални структури во срцето или дали туморот пораснал или се намалил. Варијантата наречена функционална МРИ (фМРИ) го следи променливиот проток на крв во мозокот, што им овозможи на истражувачите да откријат фундаментални сознанија за тоа како функционира мозокот. Покрај тоа, МРИ е неинвазивна и не бара употреба на радиоактивни супстанции или јонизирачко зрачење, за разлика од многу други методи на снимање.
МРИ се појави од истражувањето уште во 1930-тите насочено за физичките својства на атомските јадра и на фундаменталните честички во нив.
Едно клучно откритие на патот кон машините за магнетна резонанца вклучуваше студии за протони и неутрони, кои ги сочинуваат атомските јадра. Таквите честички имаат својство наречено спин што го опишува нивниот аголен момент.
Во 1930-тите, физичарот Исидор Раби и неговите колеги го истражуваа спинот со испуштање зраци од атомски јадра низ магнетни полиња. Протоните и неутроните, во зависност од ориентацијата на нивните спинови, имаат малку различни нивоа на енергија кога се изложени на магнетни полиња. Методот на резонанца што тој го развил беше начин за откривање кога овие спинови ја менуваат својата ориентација во присуство на магнетно поле. За оваа работа, Раби ја доби Нобеловата награда за физика во 1944 година.
Нуклеарната магнетна резонанца ја најде својата прва употреба во хемиските лаборатории. Бидејќи атомските јадра се чувствителни на нивната околина, внимателни мерења на магнетната резонанца може да се користат за да се утврди како атомите се поврзани во големи молекули. Од 1970-тите, па наваму, овој инструмент беше обликуван во алатка за снимање биолошки ткива. Пол Лотербур и Питер Менсфилд ја поделија Нобеловата награда за физиологија или медицина во 2003 година за нивната работа во развојот на МРИ.
Коренест зеленчук и телевизори со рамен екран
Сѐ започнало во Прага на почетокот на 1888 година, кога ботаничарот Фридрих Рајницер извлекол хемикалии наречени холестеролски естри од корените на морковот. Една од супстанциите – кристали на холестерол бензоат – направила нешто неочекувано. Нормалните кристали, кога се загреваат, ја губат и својата цврстина и боја на иста температура, но овие не. Тие ја изгубиле својата цврстина на 145 Целзиусови степени, но ја задржале својата синкава боја, која ја изгубиле само на 178 Целзиусови степени.
Други истражувачи претходно виделе слични однесувања, но Рајницер препознал дека можеби станува збор за важен нов феномен. Несигурен како да го објасни, на 14 март напишал долго писмо до физичарот Ото Леман во Ахен, во денешна Германија. Леман бил совршен колега за продолжување и репродукција на набљудувањето, бидејќи изградил микроскоп со загреана сцена, што значело дека можел да го набљудува однесувањето на кристалите во реално време. Двајцата разменувале писма и примероци со недели, а Рајницер ги презентирал своите првични резултати на состанок во Виена.
Клучната забелешка на Леман била дека, кога кристалите ја губат својата цврстина, тие сè уште задржуваат некои својства на кристалот. Сепак, во други ситуации тие биле течни. На молекуларно ниво, тие биле составени од долги молекули што останувале во подредена ориентација (како во кристал), но можеле и слободно да се движат (како во течност). Леман ги нарекувал течни кристали.
Со децении, многу истражувачи одбивале да го прифатат ова, бидејќи било спротивно на системот што физичарите и хемичарите го користеле за категоризација на материјата. Супстанциите биле или цврсти, течни или гасовити. Течните кристали ги замаглувале границите, а прифаќањето на ова дошло со „многу висока интелектуална цена“.
Во првата половина на дваесеттиот век доказите станале неоспорни, но истражувањата за течните кристали престанаа, поради верувањето дека тие никогаш нема да бидат од никаква корист. Полето беше обновено од американските хемичари кон крајот на 1950-тите, а во 1968 година, инженерите ги развија првите рамни екрани базирани на течни кристали, што на крајот доведе до појава на телевизори со рамен екран. Сепак, нивните примени одат многу подалеку од екраните, вклучувајќи употреба во камери, микроскопи, паметни материјали, роботика, па дури и технологија против фалсификување.
Малиот почеток на уредувањето гени
ЦРИСПР, кратенка за Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, е алатка што може да ги уредува геномите на многу прецизен начин. Отвори огромни можности за основни истражувања и го отвори патот за лекување генетски нарушувања, вклучувајќи српеста анемија, имунолошка дисфункција и метаболички состојби опасни по живот. Емануел Шарпентие и Џенифер Дудна ја поделија Нобеловата награда за хемија за 2020 година за развој на алатката.
Откритијата што доведоа до оваа револуција се случија децении порано. Во 1989 година, Мохика бил докторанд што го истражувал Haloferax mediterranei: едноклеточен организам наречен археј, пронајден во езерца што произведуваат сол во близината на Аликанте. Тој се обидел да открие како микробот може да преживее во такви солени услови. Откако идентификувал некои ветувачки региони од геномот на микробот, Мохика ги секвенционирал и бил изненаден кога пронашол кратки сегменти што се повторувале во редовни интервали. Тој и другите истражувачи им дале на овие повторувачки сегменти различни имиња, но на крајот се одлучиле за акронимот ЦРИСПР. Додека ги истражувал, Мохика предложил некои потенцијални функции за повторувачките сегменти: идеи што биле, како што вели тој, иронично, „апсолутно погрешни“.
Подоцна, Мохика дознал дека слични секвенци може да се најдат кај многу други микроби, кои не живееле во солени услови.
Клучната индикација била откривањето, помеѓу повторените сегменти, на секвенци од геномите на бактериофагите: вируси што инфицираат бактерии. На крајот, Мохика сфатил дека бактерија што носи секвенца од специфичен фаг не може да биде инфицирана од тој фаг.
– Заклучивме дека ова е адаптивен имунолошки систем – вели тој и додава: „Еден предок стекнал дистанци од фагот, а потоа, потомците биле отпорни на инфекција“.
Мохика знаел дека ова е големо откритие – адаптивен имунолошки систем никогаш не бил забележан кај бактерии или археи. Тој исто така сметал дека може да биде корисен за справување со бактериски инфекции. Потоа други откриле дека ЦРИСПР работи со сечење на ДНК на одредени точки. Оттаму, Дудна и Шарпентие откриле како можат да го искористат тој систем и да го репрограмираат за да ги уредуваат гените. И така револуцијата на ЦРИСПР тргна.
Губење тежина, инспирирано од гуштер
Лековите за слабеење и дијабетес, како што е „оземпик“, станаа чудотворни лекови на ерата. Речиси 5 отсто од луѓето во Соединетите Американски Држави ги користат за слабеење, а се очекува глобалниот пазар за овие лекови да достигне 100 милијарди долари до 2030 година. Иако голем дел од работата што доведе до нив беше извршена за медицинска употреба, едно клучно откритие дојде од истражувањето на единствените отровни гуштери во Соединетите Американски Држави: гила чудовишта (Heloderma suspectum).
Во срцето на приказната е молекула наречена глукагон-сличен пептид-1 (ГЛП-1), кој се произведува во човечкото црево. Во 1980-тите, хемичарката Светлана Мојсов покажа дека ГЛП-1 може да го стимулира производството на инсулин, намалувајќи го нивото на шеќер во крвта.
Даниел Дракер, сега на Универзитетот во Торонто во Канада, работел со Мојсов на ова рано истражување.
– Бевме фокусирани на неговиот потенцијал за третман на дијабетес – вели тој и додава: „Десет години подоцна, во 1996 година, ние и другите откривме дека ГЛП-1 го намалува внесувањето храна и се појави потенцијалот за губење на тежината“. Сепак, имаше проблем. GLP-1 има краток полуживот: само неколку минути. Тоа значеше дека не е употреблив како лек, бидејќи ќе се разгради во телото пред да може да има поголем ефект. Потоа следуваа фармацевтски подобрувања на оваа супстанција, која денес се продава низ богатиот свет и донесува милиони долари заработка.
Само да нагласам дека Светлана Мојсов е Македонка на која сите сме горди и која оваа година ќе биде избрана за член на МАНУ надвор од работниот состав.
Низ целиот свет, буџетите за фундаментални истражувања – студии што првенствено имаат цел да го унапредат знаењето само по себе, без очекување за поврат на инвестицијата – се под притисок до степен што не е виден порано.
Во Соединетите Американски Држави, главниот финансиер на фундаменталните истражувања, Националната научна фондација, оваа година прекина околу 1.600 гранта во вкупна вредност од една милијарда американски долари, огромен дел од нејзиниот буџет од 10 милијарди долари. А американскиот претседател Доналд Трамп предложи намалување на нејзиниот буџет за 55 отсто. Во меѓувреме, во Европската Унија, конкуренцијата за финансирање само ќе се влоши ако блокот спроведе погрешен план за вклучување на истражувањата во одбраната и безбедноста во својата програма „Хоризонт Европа“, која претходно финансираше само проекти за цивилно истражување.
Кина се спротивстави на трендот. Минатата недела, раководството на нацијата објави дека финансирањето за фундаментални истражувања ќе се зголеми во следниот петгодишен план на земјата, за 2026 до 2030 година. Но на други места, како што растат глобалниот конфликт и притисокот врз јавните трошоци, слушаме финансиери од Австралија до Обединетото Кралство како тврдат дека истражувањето со директно влијание врз реалниот свет – идеално економско – е подобро од фундаменталното истражување. Со други зборови, основното истражување е убаво да се има, но е непотребно во тешки околности.
Веста во „Нејчр“ објавена оваа недела нуди потсетник зошто овој пристап е погрешен.
Полимеразната верижна реакција – фундаменталната наука зад ПЦР-тестовите што се користат за идентификување бактерии и вируси што станаа дел од секојдневниот живот за време на пандемијата ковид-19 – потекнува од работата на бактерии пронајдени во топли извори од страна на микробиолозите Хадсон Фриз и Томас Брок на Универзитетот „Индијана“ во Блумингтон. Магнетната резонанца (МРИ) произлезе од проучувањето на фундаменталните физички својства на атомското јадро, а студиите за отровни гуштери одиграа клучна улога во развојот на лекови како што е „оземпик“ што го имитираат хормонот ГЛП-1. Телевизорите со рамен екран ги имаат своите корени во студиите за хемикалии што беа изолирани од моркови.
Дали академските истражувања стануваат премногу конкурентни?
Сите влади треба да донесат одлуки за тоа како најдобро да ги трошат јавните пари. Во случај на истражување, тоа бара соработка со истражувачката заедница за да се приспособи рамнотежата на финансирањето во различни области, намалувајќи ги финансиите за некои и зголемувајќи го фондот за други. Но пред да се донесат тие одлуки, треба да се разбијат два мита: дека фундаменталната наука е помалку важна од другите видови истражувања и дека нема долгорочно влијание. Откритијата опишани во овој напис се навремен и неопходен потсетник дека одлуките за финансирање не треба да ги занемаруваат макотрпните долгорочни студии, кои, одново и одново, се покажаа како темел за знаење, напредок и, на крајот, за подобрување на општеството.
Ако парите што се дадоа на кампањи и други пиар-намени се насочеа на некакви научни истражувања, тогаш тоа би било многу пополезно за нацијата и државата воопшто.
