NA KONFERENCIJI za medije održanoj danas na Institutu Ruđer Bošković, timovi znanstvenika predvođeni prof. dr. sc. Ivom Tolić s Instituta Ruđer Bošković (IRB) i prof. dr. sc. Nenadom Pavinom s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta (PMF) u Zagrebu predstavili su najnovije rezultate svojih istraživanja koji pokazuju da diobeno vreteno, u kojem su sadržane genetske informacije živog bića, ima kiralnu strukturu.

„Riječ je o otkriću koje bi moglo ući u svjetske udžbenike i dovesti do novih spoznaja o procesu pravilne raspodjele genetskog materijala. Rezultate istraživanja objavio je prestižni znanstveni časopis s visokim faktorom utjecaja Nature Communications (F = 12.353)“, kažu u izvješću znanstvenici.

Što je kiralnost - bit otkrića?

Iva Tolić

Tijekom konferencije, članovi multidisciplinarnih timova, jednog, koji pod vodstvom Pavina uglavnom provodi istraživanja vezana uz fiziku i matematiku, i drugog, koji pod vodstvom Tolić provodi istraživanja vezana uz molekularnu biologiju, predstavili su suštinu svojeg novog otkrića prema kojem diobeno vreteno stanice ima svojstvo kiralnosti, odnosno ima drugačiji oblik od onoga koji je predstavljen u znanstvenim udžbenicima.

Diobeno vreteno je stanična tvorevina važna u diobi stanica. Sastavljeno je od niza proteinskih mikrocjevčica koje se tijekom stanične diobe priljube uz kromosome. Time omogućuje da se kromosomi razdvoje među dvjema novim stanicama koje nastaju diobom te da se genetski materijal točno rasporedi. Tijekom diobe ono na sebe vezuje kromosome i razvlači ih na suprotne polove stanice.

"Kiralnost znači da neki objekt nije isti kao njegova zrcalna slika. Najpoznatiji primjer kiralnosti su naše ruke. Naime, iako je lijeva ruka zrcalna slika desne ruke, njih dvije se nikako ne mogu točno preklopiti zbog asimetrije. Kiralnost je svojstvo brojnih pojava u prirodnom svijetu. Tako su mnoge biološki važne molekule kiralne. U nekim slučajevima, poput puževe kućice ili vitice vinove loze, kiralnost postoji na razini organizma ili organa.

U ovom smo radu otkrili kiralnost na razini između razine molekule i živog organizma, a to je razina stanice. Otkrili smo da je diobeno vreteno kiralno", objasnila je dr. Tolić.

"Do sada se smatralo da su mikrotubuli na diobenom vretenu organizirani kao meridijani na kugli zemaljskoj i da idu ravno od pola do pola, međutim mi smo sada pokazali da oni ne idu ravno nego da imaju oblik lijeve zavojnice. Pretpostavljamo da je taj oblik važan za pravilnu raspodjelu genetskog materijala i upravo smo s ovim otkrićem otvorili brojna pitanja o tome kakvu ulogu kiralnost diobenog vretena ima u diobi kromosoma, što će biti tema naših daljnjih istraživanja u koja smo već uključili i međunarodne grupe istraživača'', zaključila je prof. Tolić u priopćenju.

Što znači otkriće i zašto je važno?

Nenad Pavin

Mladi doktorandi, koji su, među ostalim, prvi autori na novom radu, Juraj Simunić, Zvonimir Boban i Barbara Kuzmić, pojasnili su kako su došli do otkrića, kao i njegove detalje i značaj.

Simunić je rekao da im se nakon otkrića da vreteno ima kiralnu strukturu nametnulo pitanje zašto. Glavni kandidati za uzrok bili su mali molekularni strojevi poznati kao kinezini. Oni u stanici obavljaju mehanički rad i često nešto prenose.

Simunić je predstavio kratak film koji je pokazao da se kinezin kreće poput noge, kao da hoda po mikrocjevčicama. Rastumačio je da su istraživanja otkrila da ti kinezini po mikrotubulima ne hodaju pravocrtno nego se istovremeno okreću oko njih čime tvore svojevrsnu spiralnu uzvojnicu.

„Nakon što smo to vidjeli, pokušali smo deaktivirati motore. Postoje načini da se to učini. Htjeli smo vidjeti hoće li to imati ikakve posljedice za rad vretena“, rekao je Simunić.

Pokazalo se da je deaktivacijom molekularnih motora prekinuto kretanje ukrug, a time i kiralnost vretena.

„Otkrili smo da je kiralnost vretena ovisna o djelovanju molekularnih motora. Zašto je to važno? Mi držimo da je to važno zato što otvara jedno novo područje istraživanja kojim ćemo se nastaviti baviti, a nas zanima veza između strukture i funkcije – dakle na koji način kiralna struktura utječe na funkciju vretena kojem je primarna funkcija točna raspodjela genetičkog materijala“, rekao je Simunić (pogledajte na prvom video zapisu dolje).

Drugim riječima, u svjetskim udžbenicima diobeno vreteno više se neće predstavljati kao do sada, kao meridijani na kugli, a buduća istraživanja mogla bi otkriliti kakav to značaj ima za funkcioniranje stanice i organizma.

Interdisciplinarni pristup doveo do vrhunskih rezultata

Riječ je o interdisciplinarnom istraživanju u kojemu su znanstvenici kombinirali staničnu biologiju i genetiku s teorijskom fizikom i najmodernijim tehnikama mikroskopije, a posebno je uzbudljivo da je sve krenulo upravo od teorijskog modela. Za tu svrhu od presudnog značaja bio je najsuvremeniji mikroskop, prvi te vrste u Hrvatskoj, koji je nabavljen novcem od projekta (slika sasvim dolje)

''Prije pet godina počeli smo suradnju kojoj je bio cilj razumjeti sile u diobenom vretenu i to tako da se proučava oblik diobenog vretena, a na temelju oblika da se pokuša predvidjeti koje sile djeluju u vretenu. Razvili smo teoriju koja je pratila eksperimentalne rezultate. Međutim, ta je teorija osim sila u diobenom vretenu predvidjela i postojanje momenata sila, koji još nisu bili eksperimentalno poznati, što je ukazivalo na to da bi diobeno vreteno moglo biti kiralne strukture.

Na naše veliko oduševljenje eksperimentalna istraživanja potvrdila su naša teorijska predviđanja, a za nas je to bilo izuzetno uzbudljivo i posebno smo ponosni da je u ovom slučaju teorija bila ispred eksperimenta i motivirala eksperimente, što u biologiji nije čest slučaj",  istaknuo je prof. Pavin i nastavio:

''Važno je naglasiti da je ovo lijep primjer kako se dvije različite discipline poput eksperimentalne biologije i teorijske fizike mogu nadopuniti i voditi prema rezultatima gdje samo jedna disciplina zasebno ne bi mogla dobiti tako uzbudljive rezultate."

Mladi znanstvenici i u Hrvatskoj mogu raditi vrhunsku znanost

Novi rad nastavak je višegodišnjih istraživanja i niza uspješnih publikacija, objavljenih nerijetko i na samim naslovnicama uglednih znanstvenih časopisa, poput časopisa Nature Communications, Nature Cell Biology, Cell, Developmental Cell, Molecular Biology of the Cell i Physical Review Letters. Novi rad financiran je iz nekoliko projekata uključujući prestižni projekt Europskoga istraživačkog vijeća (ERC) vrijedan više od dva milijuna eura.

Prof. Pavin i prof. Tolić ističu da su posebno ponosi da su prvi autori na radu redom mladi doktorandi i postdoktorandi dr. sc. Maja Novak, Bruno Polak, dr. sc. Juraj Simunić, Zvonimir Boban i Barbara Kuzmić, kojima je zahvaljujući projektima Europskog istraživačkog vijeća (ERC) i Europskog socijalnog fonda (ESF), zatim Centru izvrsnosti QuantiXLie te hrvatskim zakladama, Fondu 'Jedinstvo uz pomoć znanja' (UKF) i Hrvatskoj zakladi za znanost (HRZZ) omogućeno da vrhunsku znanost rade upravo u Hrvatskoj.

''Ovaj je rad također pozitivno utjecao na karijere mladih suradnika, te je Maja Novak dobila priliku za postdoktorsko usavršavanje na Institutu Max Planck u Dresdenu, Zvonimir Boban za izradu doktorskog rada na Sveučilištu u Splitu, a Juraj Simunić za napredovanje na IRB-u", objašnjava dvojac mentora, prof. Tolić i prof. Pavin.

Ravnatelj Ruđera, naturalizirani Australac dr. David Matthew Smith, rekao je kako novo otkriće pokazuje da se vrhunska znanost može raditi i u Hrvatskoj. Dodao je da bi novi zakoni o znanosti koje predlaže Ministarstvo trebali značajno olakšati povratak hrvatskih znanstvenika, ali i dolazak kvalitetnih stranih stručnjaka u našu zemlju.

Brojni uspjesi i nagrade

Rad ovih dvaju grupa široj je hrvatskoj javnosti dobro poznat po izvanrednim rezultatima istraživanja. Prof. Tolić i prof. Pavin nagrađeni su brojnim nagradama, uključujući Državnu nagradu za znanost, koja im je dodijeljena 2016. godine. Veliko priznanje prof. Tolić stiglo je u ožujku ove godine od Austrijske akademije znanosti (ÖAW) koja joj je dodijelila nagradu Ignaz L. Lieben za 2017. za izvanredna znanstvena dostignuća u području molekularne stanične biologije. Ova prestižna nagrada, koja se smatra i austrijskim Nobelom, pripala joj je zbog znanstvenih otkrića ostvarenih u sklopu ERC projekta.