A biológusok sokszor a lehetetlent várják a modellezőtől

Novák Béla, a sejtciklus szabályozásának nemzetközi hírű kutatója hosszú éveken át oktatott a BME-n, majd 2007-től Oxfordban lett az egyetem Biokémiai Tanszékének professzora. Májusban az ELTE-n adott elő a Szent-Györgyi Albert Előadássorozat meghívottjaként és a szervezők lehetővé tették, hogy az előadás előtt leüljünk vele beszélgetni. (A beszélgetés tematikájában egyébként szorosan kapcsolódik tavalyi Tim Hunt interjúnkhoz, ami nem véletlen, hiszen Hunt és Novák számos közös kutatásban vesz részt.)

A Tanár Úr éveken volt egyetemi tanár a BME-n, ahol a sejtciklus működését kutatta és kb. 10 évvel ezelőtt nevezték ki az oxfordi Integrált Rendszerbiológiai Tanszék professzorává.

Az Oxfordi Egyetem elnyert egy ötéves kutatási támogatást egy rendszerbiológiai központ létrehozására, azzal a feltétellel, hogy önerőből (nem a támogatás terhére) létrehoznak egy rendszerbiológia professzori állást. Ezt az állást kaptam meg és lettem az ’Integrated Systems Biology’ professzora. A rendszerbiológiai központ több tanszék (matematika, fizika, stb.) együttműködésével létrejött virtuális központ, ami a Biokémia Tanszék irányításával működik, ahol én is dolgozom.

Viszont akkor az lenne a kérdés, hogy tudjuk-e valahogy egyszerűen definiálni, hogy mi is az a rendszerbiológia, és miképp passzol ebbe a sejtciklus?

Az köztudott, hogy minden rendszer komponensekből áll össze, és nagyon fontos, hogy ezek a komponensek egymással milyen kölcsönhatásban vannak. A komponensek kölcsönhatásának eredményeként a rendszernek olyan tulajdonságai lesznek, amik nem jellemzők a komponensek egyikére sem. A legegyszerűbb példa egy rendszerre egy kémiai molekula is lehet. Vegyük például az etilalkoholt, ami két szén, hat hidrogén és egy oxigén atomból áll. A dimetil-éter nevű molekulának ugyanezek a komponensei, de az atomok másképpen kapcsolódnak, mint az etanolban. Ezt konstitúciós izomériának nevezik a kémikusok. A két molekula fiziko-kémiai tulajdonságai és az emberre gyakorolt hatásuk teljesen eltérő, mert ezek a tulajdonságok a komponensek kapcsolódásának következményei. Ezeket hívják ’emergens’ (létrejövő) tulajdonságoknak. Ezekkel a tulajdonságokkal már azok a kisgyerekek is tisztában vannak akik Lego-val játszanak, hiszen különböző tárgyakat tudnak összerakni bizonyos építőelemekből.

A sejtciklus a sejtek egyik legalapvetőbb tulajdonságával, a szaporodási képességgel kapcsolatos. A sejtek nagyon sokféle molekulából épülnek fel, melyek igen bonyolult kölcsönhatási hálóban vannak egymással. Egy ilyen hálózat felelős a sejtek szaporodásának, vagyis a sejtciklusnak a szabályozásáért. Az első lépés mindig a folyamatban résztvevő molekulák (komponensek) megismerése. Ezt a molekuláris biológusok meg is tették, sőt a sejtciklus a molekuláris biológia egyik legnagyobb siker-története: a 100. Nobel-díjat 2001-ben három sejtciklus kutató (Lee Hartwell, Sir Paul Nurse és Sir Tim Hunt) kapta. A molekulák puszta ismerete azonban még nem jelenti azt, hogy értjük a rendszer időbeli és térbeli működését. Ehhez ugyanis ismerni kell a molekulák közötti kölcsönhatások jellegét és erősségét. Amikor mar ezt is tudjuk, akkor kell szerintünk a matematikát segítségül hívni, mivel ezek a hálózatok annyira bonyolultak; és ekkor válik a dolog rendszer-biológiává. A sejtciklus első használható modelljét John Tyson professzorral együtt dolgoztuk ki 1993-ban. Ennek a modellnek a jellegzetességei a mai napig helytállóak és a modellel tett jóslatainkat sokan kísérletesen is igazolták.

A sejtciklus-szabályozás részleteinek kutatása leginkább egy óriási kirakóhoz hasonlítható, amelynek központi gondolata a ciklus fő szabályozójaként fellépő CycB-Cdk1 komplex aktivitásának szabályozása.

Nagyon sok mindent, amit kísérletesen megtudtunk a sejtciklus szabályozásáról az végső soron élesztősejtekből származik. Ezek viszont viszonylag gyorsan, folyamatosan osztódó sejtek. Ha a sokadik szintjét nézzük a szabályozásnak, akkor ezek a szintek vajon mennyire lesznek általánosíthatók egy többsejtes élőlényre, ahol különböző sejtek különböző ütemben osztódnak?

Tudni kell, hogy a sejtciklus komponensek - többé-kevésbé - konzerváltak az eukarióták világában. Valószínűleg genetikusi mivoltod miatt említetted az élesztőt. Az igazság az, hogy a sejtciklus kutatásnak két alappillére volt. Az egyik az élesztő genetika, aminek segítségével ún. cdc (cell division cycle, azaz sejtciklus) mutánsokat izoláltak, melyekkel különféle géneket lehetett klónozni és szekvenálni. Volt azonban egy másik nagyon fontos pillér, nevezetesen sejtciklus szabályozásért felelős fehérjék tisztítása, gyorsan osztódó korai békaembriókból. Ez a két kutatási irány találkozott abban a felismerésben, hogy a genetikusok és a biokémikusok ugyanazokat a fehérjéket azonosították. Vagyis a komponensek, legalábbis a főbb komponensek, konzerváltak az evolúció során. Azonban, amint láttuk, két rendszer komponenseinek azonossága nem jelenti azt, hogy a rendszerek tulajdonságaikban is azonosak lesznek.

Jelenleg folyó kutatásainkkal pontosan a Te kérdésedre keressük a választ. Négy kísérletes kutatócsoporttal két éve elnyertünk egy négy millió fontos ötéves kutatási pályázatot, aminek keretében pontosan azt vizsgáljuk, miképp lehet alkalmazni az élesztőn megszerzett elméleti tudásunkat az emberi (humán) sejtek sejtciklusának a megértésére. A sejtciklusnak vannak nagyon érdekes mozzanatai, ezek az ún. sejtciklus-átmenetek, amikor a sejt egy úgynevezett állapotváltozáson megy keresztül: az egyik sejtciklus állapotból egy kvalitatívan különböző másik állapotba ugrik át és utána hosszú szünet van, amikor látszólag nem történik semmi. Ezeknek a sejtciklus átmenteknek a dinamikáját vizsgáljuk egyedi humán sejtekben fluoreszcens fehérjék segítségével. A négy kísérletes csoport különböző sejtciklus átmenetekre koncentrál; az én csoportom pedig matematikailag modellezi ezeket a folyamatokat. A kiindulási hipotézisünk mindig egy élesztős modell, vagyis abból a feltételezésből indulunk ki, hogy az élesztőben ezek a molekulák, hogy vannak összekapcsolva. Az eddigi eredmények alapján azt lehet mondani, hogy a sejtciklus szabályozás logikája természetesen ugyanaz élesztőben mind humán sejtekben és az élesztős modell nagyon jó kiindulási pontul szolgál. A humán sejtek pontosabb megismerése azonban igényli, hogy a modellt kiegészítsük olyan molekulákkal is, amik kizárólag a humán sejtek evolúciójának termékei.

’Bicycle’ (’Bistability of cell cycle transitions’) konzorcium elsőéves találkozója 2015. december elsején az oxfordi Merton kollégiumban. A konzorcium öt kutatócsoportjának vezetői: Dr Chris Bakal (ICR, London), Prof Francis Barr (Oxford), Dr Ulrike Gruneberg (Oxford), Dr Helfrid Hochegger (Sussex) és Prof Novák Béla (Oxford). A jobbszélen álló Nobel-díjas Sir Tim Hunt és Prof Kim Nasmyth (jobbról a nyolcadik) a tudományos tanácsadó testület tagjai. További részleteket illetően ld. http://cellcycle.org.uk/

Picit visszatérve az ismeretlenek kérdésére, főleg amikor a Tanár Úr elkezdett foglalkozni a sejtciklus modellezésével, akkor még sokkal kevesebb molekuláris komponenst ismertünk. Hogy lehet modellezni egy olyan rendszert, amiben rengeteg az ismeretlen?

A modell a tudományos kutatási olyan fontos eszköze, ami a kutatás bármely stádiumában használható. A modell a meglévő kísérleti eredmények alapján egy összefoglaló képet ad a rendszerről és addig használandó, amíg összhangban van a rendelkezésre álló kísérleti eredményekkel. Ha új eredmények vagy molekulák látnak napvilágot és a modell ezekkel nem kompatibilis, akkor tovább kell fejleszteni. Figyelembe kell azonban venni, hogy a modell mindig egy leegyszerűsített képet ad a valóságról. Nagyon fontos, hogy a modell a valós rendszer legfontosabb aspektusát ragadja meg. Ha ez a feltétel teljesül, akkor a részletek pontosabb ismerete sem fogja jelentősen megváltoztatni a modell lényegét.

A biológusok sokszor a lehetetlent várják a modellezőtől. Engem évtizedeken keresztül azzal szekíroztak, hogy jósoljak meg egy új komponenst a sejtciklus hálózatban, amit még addig nem ismertek. Ez szinte lehetetlen. Egy új komponenst akkor lehet megjósolni, hogy ha az ismert komponensek kölcsönhatásai kvantitatívan is ismertek. Ebben az esetben ugyanis, ha nem lehet megmagyarázni a rendszer dinamikus viselkedését az ismert komponensekkel, akkor ismeretlen komponens(ek)nek is kell lenniük. 

Mielőtt a Tanár Úr kiment Oxfordba, 2006-ban adott egy interjút, ami megjelent a Magyar Tudományban. És akkor beszélt arról a Tanár Úr, hogy lényegében Mo-n a Tanár Úr kezdett el először rendszerbiológiával foglalkozni, és az egyik nehéz dolog az volt, hogy igazából szellemileg egy kicsit légüres térben volt, hiányoztak olyan stimuláló beszélgetések, amelyek külföldön adottak. Az eltelt 10 évben sem változott ez, vagy egy kvázi külső szemlélő hogy látja a magyar rendszerbiológia helyzetét?

Ez a sarkított kijelentés – mert stimuláló eszmecsere Magyarországon is rengeteg adódik, legfeljebb az egészen szűk szakterület problémait kellet külföldi munkatársaimmal átrágni – már biztosan nem igaz. Hacsak pl. Pál Csaba és Papp Balázs munkájára gondolok, akik Szegeden az SZBK-ban kőkemény evolúciós rendszerbiológiai kutatást végeznek. Nagyon fontos, hogy a rendszerbiológiára ne mint egy új területre gondoljunk a biológiában. A rendszerbiológia egy megközelítési módszer, ami lehetőséget ad arra, hogy különböző vizsgálati szinteket a biológiában kvantitatíven is össze tudjunk kapcsolni. Nem kell tehát feltétlenül rendszerbiológiai tanszékeket és intézetet keresni, hanem azt kell nézni, hogy a rendszerbiológiai gondolkodás mennyire hatja át a biológiai kutatásokat.

Magyarországon állandóan felmerül, hogy miért nincs magyar egyetem a Top200-ban a világon, meg általában, miért nem vagyunk annyira jók, mint amennyire lehetnénk. Egy kívülálló rálátásával nézve a Tanár Úr mit gondol erről? Hogy lehetne jobbá tenni a magyar oktatást, kutatást.

Az egyetemi oktatás színvonalának összehasonlítása hallatlan nehéz feladat. A kutatási színvonal összehasonlítása már nagyságrendekkel egyszerűbb. Szerintem ezek az egyetemi rangsorok alapvetően az oktatók kutatási teljesítményén alapulnak. Ha röviden kell válaszoljak, akkor azt mondanám, hogy sokkal több energiát és pénzt kell fordítani a kutatásra és akkor a magyar egyetemek helyezése javulni fog. A kutatás azért nagyon fontos része az oktatásnak, mert önálló gondolkodásra készteti a hallgatókat. És ezt nem lehet eleget hangsúlyozni és talán Magyarországon ez még nem teljesen elfogadott nézet. Éppen ezért jogos az a feltételezés, hogy azok az egyetemek, ahol komoly kutató munka folyik, jó oktatási intézménynek számítanak. Talán Magyarországon nagyon magas az oktatók óraterhelése és nem értékelt eléggé a hallgatókkal való egyéni foglalkozás sem. Valószínűleg az oktatás, a tudás átadás sokkal előkelőbb pozíciót érdemelne mint ahogy a rangsor mutatja, mert a kutatást pénzhiány, oktatási terhelés stb. nyomorítja. Persze lehet azt mondani, hogy a kutatói színvonal nem feltétlenül arányos az oktatás színvonalával. Ráadásul vannak nagyon jó kutatók, akik nem jó oktatók és fordítva. Természetesen vannak olyan egyetemi oktatók is, akik mindkét területen kiválóak.

Még egy utolsó kérdés. A Tanár Úr, bárhogy is nézzük, egy bevándorló-kutató az Egyesült Királyságban…

Migráns?

… hát majdnem, ahol most hihetetlen nagy vita zajlik az EU-ból való kilépés körül. A Tanár Úr hogy látja ezt az egész Brexit problémát, a maga sajátos szemszögéből?

A problémát többek között a magas bevándorlási ráta okozza, amit nem tudtak úgy kezelni az elmúlt években, ahogy azt tervezték. Az Egyesült Királyság egy nagyon befogadó ország, de most sokaknak elege lett ebből. Nagy kár, mert szerintem a sokféleség az Egyesült Királyság egyik nagy erőssége. Nem beszélve arról, hogy az Egyesült Királyságnak nagyon fontos szerepe van az EU-ban is és az EU-nak is nagy szüksége van az Egyesült Királyságra.

Különösen igaz ez az oktatásra és a kutatásra. Az Egyesült Királyság többet kap vissza kutatásra, mint amennyit arra az EU-nak fizet, ami a brit kutatás EU átlagnál magasabb színvonalával magyarázható. Éppen ezért nagyon-nagyon remélem, hogy a Brexit nem fog bekövetkezni és akadémiai berkekben ez az általános nézet.

(A poszt fedőképe a Novák Béla által vezetett konzorcium honlapjáról származik.)

Népszerű
Uralkodj magadon!
Új kommentelési szabályok vannak 2016. január 21-től. Itt olvashatod el, hogy mik azok, és itt azt, hogy miért vezettük be őket.
;