Doktorandi z Oxfordu strávili leto v laboratóriách BMC SAV

Marián a Miroslav (zľava) s kolegami z Biomedicínskeho centra SAV

Laboratória Virologického ústavu Biomedicínskeho centra SAV sa počas tohto leta stali pracovným domovom aj dvom študentom doktorandského štúdia priamo z Oxfordu. Marián Kupčulák a Miroslav Gašpárek hľadali aj kvôli koronakríze a viacerým obmedzeniam vo vedeckých laboratóriách po celom svete priestor, kde by mohli aj leto využiť pre svoju veľkú vášeň, ktorou je veda. Opýtali sme sa ich, ako sa im u nás pracovalo, aká bola ich cesta zo Slovenska do zahraničia, ale nezabudli sme ani na otázku, čomu sa vlastne vo vede venujú a ako vidia svoje ďalšie pracovné a vedecké kroky.

Marián, Miroslav, kedy ste sa začali zaujímať o vedu a čo vás k nej priviedlo?

MARIÁN: Záujem o prírodné vedy u mňa vznikal postupne. Svoje stredoškolské obdobie som strávil na osemročnom gymnáziu Grösslingová, ktoré bolo zamerané na matematiku. A hoci som sa na začiatku videl ako budúci matematik, vo vyšších stupňoch som sa začal zaujímať aj o prírodné vedy – hlavne biológiu ľudského tela a organickú chémiu/biochémiu. V poslednom ročníku som sa rozhodoval medzi štúdiom farmácie a biochémie, z čoho nakoniec vyhrala biochémia.

MIROSLAV: O to, ako a prečo náš svet funguje práve tak, ako funguje, som sa prirodzene začal zaujímať už v rannom detstve. Prirodzene ma teda priťahovala matematika, fyzika a astronómia. Atraktívna tiež však pre mňa bola medicína a biológia, a fascinovala ma možnosť kvantitatívne, matematicky popisovať biologické procesy a riešiť praktické medicínske problémy na škále vyššej, ako je úroveň jednotlivého pacienta. Nuž a to ma viedlo k štúdiu biomedicínskeho inžinierstva.

Aká bola vaša cesta zo Slovenska na zahraničné univerzity? Vedeli ste už počas strednej školy, že chcete študovať v zahraničí, alebo to prišlo postupne? Čo považujete za ten moment, ktorý o tom rozhodol?

MARIÁN: Štúdium v zahraničí som začal prvýkrát zvažovať v predposlednom ročníku, nakoľko sa väčšina našej triedy hlásila na zahraničné univerzity, predovšetkým do Česka a Veľkej Británie. Sám som rozmýšľal, že skúsim Nemecko, no nakoniec padlo rozhodnutie začať v Bratislave na Univerzite Komenského. Vedel som však, že na magistra alebo doktorát to zahraničie už naozaj skúsim.

MIROSLAV: Priznám sa, že počas strednej školy som nad štúdiom v zahraničí nad rámec Českej republiky neuvažoval. Mal som však šťastie, že som mohol Slovensko reprezentovať na niekoľkých medzinárodných astronomických a fyzikálnych olympiádach, kde mnohí najšikovnejší kolegovia rozprávali o tom, že idú študovať na univerzity ako Harvard, Oxford, či Imperial College. Tak som si povedal, že to vyskúšam tiež. A podarilo sa mi dostať na Imperial College London, kde som študoval biomedicínske inžinierstvo. Počas štúdia som sa zameriaval na systémovú a syntetickú biológiu a kontrolnú teóriu – čoraz viac som si uvedomoval ako nám kombinácia matematiky, biológie a experimentálnych metód molekulárnej biológie môžu pomôcť riešiť praktické problémy, ktorým ľudstvo čelí, od tých environmentálnych až po tie v zdravotníctve. A tak som si povedal, že chcem v štúdiu zameranom na riešenie praktických problémov pokračovať. A to ma priviedlo k doktorátu na Department of Engineering Science v Oxforde.

Akej vedeckej téme/problematike sa v Oxforde venujete?

MARIÁN: Vo svojej práci sa venujem tomu, ako ľudská bunka opravuje DNA, ktoré sa nám v tele neustále poškodzuje. Ak takéto poškodenia nie sú opravené a začnú sa hromadiť, môže to viesť ku vzniku rakoviny alebo iných vážnych ochorení. Konkrétnejšie sa venujem výskumu podstaty tzv. „DNA opravnej dráhy Fanconiho Anémie“, čo je proces, ktorým bunka opravuje zriedkavé, ale na opravu veľmi náročné poškodenia DNA.

MIROSLAV: Veľmi zjednodušene, vo svojom výskume sa pod vedením Profesora Antonisa Papachristodoulou a Profesora Harrisona Steela snažím hľadať lepšie spôsoby ako programovať živé bunky. Inak povedané, prepájam syntetickú biológiu, ktorá sa zaoberá dizajnom a konštrukciou nových biologických systémov a živých organizmov s kontrolnou a systémovou teóriou, ktorá sa vo všeobecnosti zaoberá hľadaním optimálnych vstupov do systémov tak, aby sme dosiahli želané výstupy. Podobne sa vo svojom výskume snažím dizajnovať stabilné, robustné a efektívne genetické systémy, ktoré nám umožňujú lepšie kontrolovať správanie buniek. Je to absolútne kľúčové pre mnohé aplikácie v medicíne (napríklad pri liečbe rakoviny CAR-T bunkami), stavbe biosenzorov, či pri optimalizácii zelenej produkcie biopalív v baktériách.

Čo vás priviedlo do laboratórií Virologického ústavu Biomedicínskeho centra SAV?

MARIÁN: Po vypuknutí pandémie sme sa v marci obaja vrátili späť na Slovensko. Nakoľko bolo jasné, že niekoľko mesiacov bude problém vrátiť sa a bez väčších obmedzení pracovať opäť na univerzite, rozhodli sme sa poobzerať, či by nás nejaké laboratórium neprichýlilo aj na Slovensku. Nakoniec nám túto možnosť ponúkol práve Virologický ústav Biomedicínskeho centra SAV.

MIROSLAV: Môžem len potvrdiť to, čo hovorí Marián. Vo Veľkej Británii bol už niekoľko mesiacov problém dostať sa do laboratórií. Aj v laboratóriách často platia pravidlá tzv. social distancing-u a počet ľudí, ktorí sa dostanú do laboratória je obmedzený. Okrem toho, veľa laboratórnej kapacity sa venuje výskumu týkajúceho sa COVID-19. Od vývoja vakcíny, nových testov, či samotnej diagnostiky.

Sme veľmi radi, že nám Dr. Kopáček, prof. Pastoreková a celý kolektív Oddelenia nádorovej biológie Virologického ústavu BMC SAV vyšiel v ústrety. Ešte by som dodal, že aspoň ja osobne som sa naučil od vedcov z Virologického ústavu BMC SAV nové veci o výskume rakoviny na molekulárnej úrovni a o technikách používaných v tejto oblasti. Okrem toho, Dr. Kopáček mi dal výborné podnety a tipy na premýšľanie pokiaľ ide o moje výskumné plány týkajúce sa syntetických bakteriálnych komunít.

Ako sa vám u nás pracovalo? Dá sa povedať, že sú naše laboratória porovnateľné s tými zahraničnými?

MARIÁN: Je ťažké urobiť takéto porovnanie, pretože vybavenie sa zvykne líšiť od výskumnej skupiny k výskumnej skupine a od inštitútu k inštitútu. Určite je viac peňazí a lepšie celkové vybavenie v Oxforde, no z toho, čo som videl si myslím, že niektoré výskumné skupiny na SAV-ke by vedeli mnohým v Oxforde konkurovať.

Za seba osobne však môžem povedať, že sa mi tu pracovalo veľmi dobre. Všetky prístroje a väčšina roztokov, ktoré som potreboval boli hneď po ruke a ak mi niečo raz za čas chýbalo, do pár dní to bolo na stole. Rovnako tu boli všetci ústretoví a vždy ochotní vo všetkom poradiť, či už s najmenšími drobnosťami alebo s celkovým plánovaním experimentov.

MIROSLAV: Chcem v prvom rade povedať, že nie som skúsený experimentátor ako Marián, ale mal som možnosť pracovať v bioinžinierskych laboratóriách na Caltechu alebo na Stanforde, prípadne u nás v Oxforde a môžem to snáď aspoň trošku porovnať. Musím povedať, že počas celého nášho výskumu sme ani raz nepociťovali, že by problémom bolo vybavenie, dostupnosť chemikálií, alebo čokoľvek iné. Určite by sa našli nejaké špecifické prístroje, ktoré jedno pracovisko má a iné nie, ale nedá sa to žiadnym spôsobom paušalizovať. Bola skutočná radosť môcť tu pracovať.

Na čom ste v BMC SAV pracovali a aké máte s daným výskumom plány do budúcna?

MARIÁN a MIROSLAV: Spolu s naším oxfordským kolegom-doktorandom, lekárom Alexeyom Youssefom, pracujeme na koncepte geneticky modifikovaných baktérií, ktoré by dokázali produkovať terapeutické látky v prítomnosti istých biomarkerov ochorenia. Myslíme si, že podobné terapeutiká sú budúcnosťou medicíny a preto sme sa chceli naučiť viac o metódach experimentálnej a syntetickej biológie prostredníctvom stavby týchto baktérií a tiež matematickom popise ich správania. V budúcnosti chceme naše baktérie zdokonaľovať aj naďalej.

Aké sú vaše profesijné sny vo vede?

MARIÁN: Po dokončení doktorátu by som chcel určite ďalej pokračovať v biochémii. A hoci som rád, že som strávil tieto roky v akadémii, rád by som teraz skúsil nejaký aplikovanejší výskum, kde sú výsledky viac „hmatateľné“. Ale uvidíme ako to bude vyzerať dlhodobo, zatiaľ nechávam všetky možnosti otvorené 🙂

MIROSLAV: Ako inžinier sa snažím, aby bol môj výskum čo najviac aplikovaný a snažím sa zaoberať konkrétnymi problémami spojenými s dizajnom syntetických biologických systémov, ktorých odstránenie nám umožní prakticky kontrolovať správanie buniek a využívať ich na prospešné účely.

V najbližších rokoch svojho výskumu sa teda plánujem venovať modelovaniu vplyvu interakcií medzi syntetickými genetickými systémami a ich bunkovými hostiteľmi, ktoré zásadným spôsobom ovplyvňujú správanie týchto syntetických systémov a tiež experimentálnej verifikácii týchto zistení.

Potom by som sa chcel venovať dizajnu genetických systémov, ktoré nám umožnia kontrolovať medzidruhové interakcie medzi syntetickými bunkovými komunitami, aplikujúc princípy takzvanej distribuovanej kontrolnej teórie.

Vo všeobecnosti je pre mňa najfascinujúcejším ten typ výskumu, ktorý namiesto malých, inkrementálnych zmien otvára celé nové odvetvia alebo nastoľuje množstvo nových výskumných otázok. V mojej oblasti je to práca ľudí ako James J Collins (genetický vypínač), Domitilla Del Vecchio (retroaktivita a vplyv limitovaných bunkových zdrojov na bunkové procesy), Drew Endy (štandardizácia syntetickej biológie), Tom Ellis (syntetická biológia kvasiniek), alebo práca mojich supervízorov (kontrolné systémy založené na sRNA či integrázové feedbackové systémy). Našťastie, na prieniku matematickej analýzy a syntetickej biológie leží množstvo nezodpovedaných otázok, veľa tzv. “low-hanging fruit”.

Vo všeobecnosti chcem kombinovať svoj výskum s podnikaním a transferom bioinžinierskych riešení do praktického života.

Ďakujeme za rozhovor 🙂 

 

Foto: z archívu Mariána Kupčuláka