- Гл. ас. Александров, представители на водещи европейски научни институти, сред които и Институтът по молекулярна биология към БАН, направиха важно откритие за поправката на ДНК и участието на ключовия белтък PARP1 в нея. Може ли да обясните как това в бъдеще би могло да помогне за подобряването на терапията на онкоболните?
- Всъщност ДНК, както добре се знае, е материалният носител на наследствената информация в нашите клетки. В последователността на ДНК молекулите са закодирани на практика всички инструкции, по които работят нашите клетки. Интересното е, че всъщност ДНК натрупва голям брой увреждания. Това става буквално в момента, в който си говорим с вас. Натупването им е основата на механизмите на стареенето, на раковите и невродегенеративните заболявания. Клетките обаче имат доста прецизни и ефективни механизми да се справят с тези увреждания, т.е. максимално ефективно да ги откриват и да ги поправят, така че клетката да не страда от тежките последствия от възникналите мутации. Тези механизми за поправка на ДНК са изключително сложни и включват повече от 500 различни вида клетъчни молекули, като всяка прави нещо специфично в поредица от събития. Искам да подчертая, че ние с доц. Стойно Стойнов бяхме част от голям международен екип. Всъщност тази статия разкрива нов молекулен механизъм, който е неподозиран, изключително интересен и важен на един много ключов белтък в нашите клетки, който се нарича PARP1. Този белтък е известен от много време, но това изследване на практика разкри негова нова и неочаквана функция.
- Каква е тя?
- В ДНК молекулите на нашите клетки се случват скъсвания, които са най-токсичните и най-опасните увреждания, които могат да се получат. Оказва се, че в хода на това изследване се разкри много интересна нова функция на белтъка PARP1. В момента, в който в нашите клетки се случи скъсване в ДНК, този белтък веднага отива и се свързва за краищата на скъсаната молекула. Представете си все едно имате един скъсан конец и веднага белтъкът PARP1 отива и се свързва за краищата скъсаната ДНК молекула. И той не само отива и се свързва с тях, но и придържа и двата края в близост в пространството, така че други клетъчни белтъци максимално бързо и ефективно да дойдат и обратно да съединят ДНК молекулата, така че да възстановят нейната цялост. До голяма степен се знаеше, че това се случва, но не се знаеше как се случва и кой го прави. Това беше един от големите нерешени проблеми в областта на поправката на ДНК.
- Как това откритие може потенциално да помогне на хората с рак?
- Искам да кажа, че тези изследвания отнемат доста години. Механизмът, който беше разкрит, предстои да бъде изследван, за да могат проучванията да бъдат разширени в тази посока. Най-вероятно изследванията ще отнемат поне 4-5 години. Този белтък PARP1 отдавна се проучва като прицелна молекула, като таргет за различни видове противоракови терапии. Включително от 2014 година насам за употреба при човек за някои видове рак, най-вече на гърдата, на яйчниците, на простатата и панкреаса. Има одобрени лекарствени молекули, които са много ефективни и потискат функцията на този белтък PARP1, за да се убит туморните клетки в организма на един раково болен пациент. Интересното е, че тези PARP инхибитори са много ефективни, но при редица пациенти възникват тежки странични ефекти. Въпреки че знаем, че тези инхибитори потискат активността на белтъка PARP1, всъщност техният по-далечен хоризонт на действие в нашите клетки е доста неизвестен. PARP1 е молекула, която участва в десетки различни процеси в нашите клетки. Как тези лекарства всъщност повлияват всичките тези механизми, е все още недобре проучено. А това е в основата да обясни както тяхната ефективност, така и защо при някои пациенти действително се наблюдават тежки странични ефекти. Всъщност тази статия и механизмът, които тя разкрива, на практика предоставя един нов молекулен таргет - една нова молекулна мишена, която да изследваме като потенциален механизъм, които ние можем да повлияем с такива PARP инхибитори, за да проучим как ще допринесем за по-добра и най-вече по-щадяща терапия за раково болните пациенти.
- Това е и едно от големите предизвикателство пред лечението на рака - как лекарствата да станат по-малко токсични и същевременно ефективни.
- Да. Това е главната движеща сила пред така наречените техники за персонализирана медицина. При тях първо се взема биопсия от туморните образувания, за да се изследват генетично. Раковите клетки по принцип са произлезли от нормални, но те са натрупали поредица от злокачествени мутации, които са ги трансформирали в ракови клетки. Всяко едно туморно образувание има различен набор от такива мутации. Затова като се каже рак, става въпрос за неколкостотин, да не кажа повече от 1000 отделни вида заболявания. Въз основа на генетичните изследвания на туморите на отделните пациенти могат да се открият ключови мутации, които могат да се таргетират със специфични лекарствени продукти, които да убиват само раковите клетки и да пощадяват здравите.
- Разкажете за идеята за изграждането на нов Център за биомедицински изследвания.
- В момента нашият институт кандидатства заедно с два много престижни европейски института за изграждането на Център за биомедицински изследвания. Единият е Институтът за молекулярна клетъчна биология и генетика на Макс Планк, а другият - институтът Кюри в Париж, който е водеща европейска и световна организация именно в лечението на раковите заболявания. Искаме да създадем цял нов институт, който да е формиран по западен образец, да има най-модерна техника, най-модерни подходи за изследване на редки и раковите заболявания. В момента се кандидатства по европейската програма „Хоризонт“. Това може да даде невероятен тласък на българската наука. Институтът ще е създаден по най-добър световен образец и ще може да допринесе много за развитието на българската биологична наука. И най-вече целта е да се подпомогне диагностиката и лечението на редки и ракови заболявания в България, т.е. да има директен пренос на открития от лабораторията в медицинската практика, както е на Запад и в Щатите. На практика става въпрос за изграждането на изцяло нова физическа сграда и институт по западен образен, а не надграждане и ремонтиране на нещо старо.
- Това в обозримо бъдеще ли би могло да се случи?
- В момента тече процедурата по кандидатстване, което в рамките на няколко години би трябвало да бъде изградена сграда и да бъдат сформирани лаборатории, наети хора и да започне работа по научни проекти. Това би могло да се случи в обозримо бъдеще, ако проектът бъде одобрен, за което се надяваме силно.
- Извън проекта, за който си говорим, с какво се занимавате в Института по молекулярна биология?
- Аз съм един от членовете в лабораторията по геномна стабилност. Ние сме много специализирани в изследването на динамиката на процесите на поправка на ДНК в живи клетки. Като за целта използваме уникални и съвременни микроскопски методи. В механизма на поправката на ДНК участват повече от 400-500 различни молекули и всяка от тях има точно определено време, в което да дойде да си свърши работата. С помощта на тези микроскопски техники, с които разполагаме, можем да изследваме това нещо и сме една от малкото лаборатории, да не кажа лабораторията в световен мащаб, която най-добре прави това нещо, колкото и нескромно да звучи.
- Колко бързо става тази поправка?
- Това е много добър въпрос. Представете си колко различни повреди могат да се случат в една кола. Истината е, че с нашето ДНК могат да се случат огромен брой най-разнообразни повреди - ултравиолетови увреждания, едноверижни и двуверижни скъсвания, модифицирания на азотните бази в ДНК. Всъщност всяка една поправка в зависимост от вида увреждане може да отнеме различно време. Най-бързите могат да се случат за секунди, но някои по-бавни поправки могат да отнемат повече от 12-16 часа. Това е като операциите при човек - някои могат да отнемат половин час, а други половин денонощие.
- Казахте, че разполагате с уникална апаратура. Откъде институтът по молекулярна биология на БАН се сдоби с нея?
- Интересно е да се отбележи, че в института разполагаме с уникална апаратура. Вече имаме пет много сложни микроскопски системи. Като казвам това, си представете микроскоп, който изпълва цялата стая, защото има всякакви модули, лазери и камери. Тези микроскопи са част от българския център за съвременна светлинна микроскопия, на който нашият институт е регионален център. Има една голяма европейска инфраструктура и нейната цел е на ключови места в Европа - в институти и научни организации, да бъдат създадени микроскопски центрове, в които да има уникална апаратура, която не може да си позволи всяка единична лаборатория. Този център всъщност предоставя свободен достъп до тази техника и не се изискват пари. Тази научна структура даже може да предостави финансиране да речем на учен от Германия или Англия да дойде за година в България, за да направи експериментите си с апаратурата, с която ние разполагаме. Има огромен брой български учени, които използват този ресурс. С такива публикации в медиите повече учени могат да узнаят за тази възможност и да се възползват.
- Вие сте един от ръководителите на националния отбор по биология. Кога намирате време да обучавате децата?
- Да, това ми е работата през уикенда (смее се). Първо трябва да отбележа, че да се работи с подобни свръхинтелигентни и амбициозни деца си е изключително удоволствие. Занятията, които провеждам с тях, обикновено са през почивните дни, през ваканциите и през лятото. Това са едни изключително мотивирани млади хора, които се подготвят през единствените си почивни дни в седмицата. Подготовката е дългогодишна. Тя започва от момента, в който децата стартират обучението си по биология в училище, и завършва с приключване на гимназия. Обикновено всека година се надгражда с по-сложни тематики. В момента, в който един ученик стигне до ниво международна олимпиада, има невероятно широк набор от знания по биология. Повечето от тези ученици са по-добри от студените в университета. Това е необходимо, за да се представят на добро ниво. Международните състезания са удивително конкурентни и много сложни.
Това е той:
Завършва НПМГ с биология
Бакалавър по „Молекулярна биология“ и бакалавър по „Биохимия“ в Биологическия факултет на Софийския университет
Прави докторантура в лабораторията по геномна стабилност към Института по молекулярна биология към БАН, като изследва динамиката на механизмите за поправката на ДНК
Главен асистент в лабораторията по геномна стабилност
Милена Димитрова
