Проф. др Грбић: Нема златног метка којим ће наука промијенити свијет, према природи се треба односити домаћински

Истакнути научник у области геномике и биотехнологије, професор др Миодраг Грбић био је гост Дана научне дијаспоре 2024, који су одржани у оквиру Фестивала умјетности, науке и културе (ФУНК) Универзитета Црне Горе. Тим поводом, разговарали смо са професором Грбићем као неким ко већ годинама доприноси развоју науке на међународном нивоу и сарађује са академском заједницом у Црној Гори.

Професор Грбић је ванредни професор на Универзитету Западни Онтарио (Канада) и руководилац програма геномике зглавкара и пољопривредних генома. Дипломске и магистарске студије завршио је на Универзитету у Новом Саду, док је докторску титулу стекао на Универзитету Wисцонсин-Мадисон, САД. Након постдокторских студија на Универзитету у Кембриџу, УК, основао је свој лабораториј у Канади.

Предводио је тим који је први секвенцирао геном хелицерата (пауколике животиње) – двотачкасте гриње Тетранyцхус уртицае, једног од најважнијих пољопривредних штеточина. Као гостујући професор на Универзитету Црне Горе, Универзитету Ла Риоја у Шпанији и Универзитету у Београду, професор Грбић активно доприноси размјени знања између Црне Горе и међународне научне заједнице. У овом интервјуу открива детаље о својим истраживањима, значају одрживих наноматеријала и могућностима за примену научних достигнућа у Црној Гори.

Сарадња са научницима Црне Горе

ПР УЦГ: На који начин сте повезани са УЦГ и Црном Гором? Да ли постоје неки текући или планирани пројекти који укључују научну заједницу у Црној Гори?

ПРОФ. ДР ГРБИЋ: Од прошле године моја супруга, др Војислава Грбић, такође молекуларни биолог, и ја смо гостујући професори на УЦГ на иницијативу ректора др Владимира Божовића. Тренутно радимо на геномском пројекту поријекла Кратошије и једној невјероватној геномској причи – како је, вјероватно из Црне Горе, Кратошија пренесена у Италију као Примитиво и у Калифорнију као Зинфандел. Ово радимо секвенцирајући геноме Кратошије, Зинфандела и Примитива, као и узорака из Хрватске, последњим технологијама  „long-range sequencing“ у сарадњи са Шпанијом и прављењем филогенетске мапе одакле је Кратошија потенцијално донесена у Америку. Ово је такође покренуто са црногорске стране од др Божовића, и надам се да би, ако неки црногорски докторанд добије стипендију из Црне Горе, могао да ради на овом пројекту у Шпанији.

ПР УЦГ: Као гостујући професор на неколико универзитета, укључујући Универзитет Црне Горе, како видите потенцијал за сарадњу и размјену знања између Канаде и Црне Горе у области биотехнологије и геномике?

ПРОФ. ДР ГРБИЋ: Потенцијала има, али колико ће се искористити, то је велико питање. У Црној Гори, у сарадњи са Шпанијом, урадили смо геномску карактеризацију генетског диверзитета винове лозе у колаборацији са Плантажама и тимом др Весне Мараш. То истраживање је објављено 2020. године у  Nature Scientific Reports.

У том тренутку Црна Гора је имала најбоље карактерисану генетику винове лозе у окружењу и потпуни педигре свих винових лоза. Пронашли смо 51 сорту винове лозе непознату науци, утврдили да је педигре винове лозе по генетској структури сличан са Бордоом, Бургундијом и Ла Риојом, гдје је једна доминантна сорта (у случају Црне Горе, Кратошија) основа педигреа, и утврдили смо генетске родитеље Вранца. Међутим, ово откриће, које је створило ресурсе за типично црногорско виноградарство за следећих 150 година и борбу против климатских промјена, прошло је практично незапажено. Још горе, Одсјек за истраживање Плантажа је укинут, под паролом „не треба нам наука“, др Мараш је напустила Плантаже и, умјесто да се овај сектор, који има изузетне ресурсе, развија, тренутно не знамо шта се дешава са овим сортама које смо спасли од нестајања. Охрабрујуће је да чујемо да Плантаже поново формирају „расформирани“ сектор за развој. Ово само илуструје да, иако се некада ради врхунска наука, ако друштво није спремно да је имплементира… џаба смо кречили. Један страни колега ми је рекао: „Да је ово откривено у Француској, подигли би вам споменик.“ Међутим, веома је важна едукација фирми и грађана да схвате како се наука може имплементирати у пракси, јер је основа технологија 21. века геномика.

ПР УЦГ: Учествујете на „Данима научне дијаспоре“ на Универзитету Црне Горе. Какав је значај оваквих догађаја за повезивање истраживача на глобалном нивоу и колико они могу допринијети напретку области попут геномике и нано-материјала? 

ПРОФ. ДР ГРБИЋ: Ова идеја о Данима дијаспоре била је одлична иницијатива др Вељка Милутиновића, члана ЦАНУ-а, која је сада већ узела замах. За малу земљу са богатом научном дијаспором, важна је ова комуникација како би се ухватио прикључак са свјетском науком и обезбиједила размјена знања и идеја. Мислим да је илустративан примјер да привреда треба да буде спремна да усвоји и искористи резултате науке. Материјал винове лозе о којем смо говорили захтијева додатне експерименте, карактеризацију сорти, микровинификацију, избор сорти за нова вина, клонску селекцију, тако да сама наука може да донесе резултате, али ако се они не примијене у привреди, остају само научни рад и папир на којем су написани. Потенцијална добробит од науке враћа се друштву само кроз експанзију привреде и јачање економије и туризма.

Свила паукове гриње: Природни наноматеријал будућности

ПР УЦГ: С обзиром на широке примјене наноматеријала, како видите употребу природних наноматеријала добијених из свиле паукове гриње у областима попут медицине, пољопривреде или индустрије? 

ПРОФ. ДР ГРБИЋ: Употреба наноматеријала доживљава невјероватну експанзију у многим секторима. Наноматеријали се траже у пољопривреди за апликацију ђубрива и пестицида, у индустрији детерџената за носаче ензима, у козметичкој индустрији и највише у биомедицини и фармакологији. У 2021. години тржиште наноматеријала у фармацеутској индустрији износило је 136 милијарди долара. Нарочито из перспективе „зелене транзиције“ траже се наноматеријали који неће загађивати човјекову средину и који неће имати негативна дејства на живи свијет. Пошто је прегљева свила природан наноматеријал протеинског састава, дефинитивно његов потенцијал примене постоји у свим овим секторима.

ПР УЦГ: С обзиром на све веће интересовање за одрживе и еколошки прихватљиве материјале, како замишљате будућност природних нано-материјала и какав утицај могу имати на индустрије које тренутно зависе од синтетичких алтернатива?

ПРОФ. ДР ГРБИЋ: Одлично питање, а одговор бих почео са цитатом: “Prediction is very difficult, especially about the future” Nielas Bohr-a. Тренутна мантра је “зелена транзиција” и овај приступ је нешто што је кључно да покуша да заустави климатске промене које смо у Антропоцену проузроковали путем “неодрживог развоја”. Да ли је за то већ касно, не знам, а најгоре је што у разговору са људима у Црној Гори многи тога још нису свЈесни. Но, да се вратимо на тему: еколошки прихватљиви материјали у свим сегментима друштва су кључни, од грађевинарства до медицине и индустрије у ширем смислу. У овом сектору геномика игра кључну улогу, јер у принципу сви ови материјали би требало да буду природног поријекла. Нема “златног метка” којим ће наука промијенити свијет, већ треба максимално смањивати ефекте стаклене баште, конзервирати енергију и односити се домаћински према природи. Пођимо од малих ствари. Само један примјер: вуна од оваца се у Црној Гори спаљује! Ова вуна, прегледајући литературу, може да се користи за производњу изолационог “еколошког” материјала у грађевинарству. Према томе, умјесто спаљивања и емитовања гасова стаклене баште, стимулација сектора зелене транзиције у Црној Гори могла би да крене од коришћења овог ресурса, рециклирања, некоришћења пластичних кеса које производе микро и нано пластику у природи, коју на крају конзумирамо и која је повезана са низом обољења. Такође, садња, а не крчење винограда и вишегодишњих пољопривредних култура доприноси секвестрирању угљеника и смањењу ефеката стаклене баште. Ово је еколошка алтернатива за коју Црна Гора има велики потенцијал, ако може да се одупре неконтролисаној градњи и бетонирању који раде супротно. Тако да не бих желео да предвиђам бомбастичну футуристичку визију, већ да као друштво кренемо од наоко малих ствари и развијамо зелену и одрживу свест те са много малих помака направимо квантни скок.

Инспирација за истраживање

ПР УЦГ: Шта вас је инспирисало да истражујете баш ово подручје нано-материјала добијеног из свиле паукове гриње и како се овај материјал разликује од других синтетичких наноматеријала? 

ПРОФ. ДР ГРБИЋ: Идеја је произашла из два извора: први је био геномика, јер је наш конзорцијум 2006. године добио, у конкуренцији од 500 пројеката из цијелог свијета, финансирање од америчког Министарства енергије за пројекат да секвенцира први геном Helicerata (друге највеће групе терестријалних организама после инсеката, која укључује потковичасте крабе, шкорпије, пауке, прегљеве и крпеље [https://jgi.doe.gov/news_11_11_23/]) коју је представљао наш модел организам, копривин прегаљ, Тетранyцхус уртицае, једна од најзначајнијих штеточина у пољопривреди. Овај пројекат је створио прву секвенцу генома Хелицерата с идејом да се развију методе базиране на геномским технологијама за сузбијање копривиног прегља, једном ријечју да му нађемо “Ахилову пету” базирану на анализи генома. Међутим, за мене као еволуционог биолога копривин прегаљ, који се на енглеском зове Two-spotted spider mite (прегаљ-паук), представљао је еволуциону загонетку. Као што знамо, пауци преду паукову мрежу саткану од протеина фиброина, који се сматра једним од потенцијално најинтересантнијих биоматеријала. Међутим, акарине/прегљеви не преду свилу и, на примјер, свима позната кућна гриња не преде свилу. Копкало ме је како копривин прегаљ преде свилу, због чега се и зове прегаљ-паук. Мора да има у геному гене за фиброине који праве свилу, и пошто смо секвенцирали геном, успјели смо да их пронађемо. Тако да се овај пројекат развио из чисте научне знатижеље с идејом да одгонетнемо ову загонетку. Када смо имали геном, могли смо да почнемо…

ПР УЦГ: Наноматеријали имају бројне примјене, али многи синтетички наноматеријали изазивају забринутост за здравље. Можете ли нам објаснити како природни наноматеријали добијени из свиле паукове гриње могу ријешити ове проблеме и које потенцијалне предности нуде?

ПРОФ. ДР ГРБИЋ: Када смо почели да анализирамо ову свилу у Белгији користећи технологију која је развијена за паукову свилу, наишли смо на многе тешкоће. Прво, ова свила, када смо је ставили на осјетљиве ваге, скоро да није имала тежину. Када смо хтјели да је ставимо у уређаје који су се користили за мјерење издржљивости паукове свиле, ово није било могуће, пошто је ова свила била скоро невидљива. После смо покушали с хемичарима да је разложимо, али ензими који би требали да „сијеку“ протеине нису функционисали, па ни уобичајене базе и киселине. Белгијски сарадници су нам рекли да је овај материјал немогућ за рад и да не можемо ништа да урадимо. То је остало тако док нисмо отишли у Шпанију и док нисмо пуком случајношћу наишли на нано-специјалисту др. Мариселу Велез (иначе супругу др Јосе Мигуела Запатера, с којим смо радили генетику винове лозе у Црној Гори). Када је Марисела видјела свилу, одушевила се говорећи ми: „Овакав униформан биоматеријал никада нисам видјела, изгледа као нити карбонских влакана.“ Када је уређајима који се користе у нано-технологији измјерила пречник нити и њихову резистентност, испоставило се да се ради о природном, протеинском био-нано-материјалу, дупло јачем од свиле паука. Овај рад о геному и првим карактеристикама свиле објављен је 2012. у часопису Nature.

Тренутно смо сви изложени микропластици, што је један вид загађења човјекове средине пластиком. Међутим, у многим производима, од козметике и пољопривредне хемије до медицине, користе се или неоргански наноматеријали (титанијум диоксид, цинк оксид, сребро у различитим формама, силика) или синтетички наноматеријали као полистирен или синтетички наноматеријали базирани на угљенику. Сви ови синтетички и неоргански наноматеријали могу да изазову запаљења, токсичност за ћелије, оксидативни стрес ћелија и ткива и да се нагомилавају у ткивима, индукујући патолошке процесе. С друге стране, потреба за наноматеријалима, нарочито у медицини, је све већа – од нано-молекула за праћење трансплантираних ћелија до система за дириговану „испоруку“ лека у поједина ткива или туморе, или нано-носача за вакцине. Наш наноматеријал, произведен од природне свиле прегља, показао се да није цитотоксичан и да се усваја од стране ћелија рака у „ин витро“ култури. У принципу, он би као материјал протеинског поријекла припадао „зеленим наноматеријалима“, који би требали да буду разградљиви на поједине аминокиселине и материјал који не би требао да изазове имуни одговор при коришћењу на људима, што би било идеално за нано-медицину.

ПР УЦГ: У својој презентацији помињете коришћење комбинације геномике, ћелијске и молекуларне биологије и биотехнологије за развој овог нано-материјала. Можете ли једноставно објаснити како се ове области уклапају у ваше истраживање?

ПРОФ. ДР ГРБИЋ: Геномика је база технологија будућности. Илустроваћу ово као један примјер како можемо да производимо ове наноматеријале индустријски, базиране на секвенци генома. Наиме, издвајати и производити свилу у природи од стране прегља није економично. Међутим, када знамо секвенцу гена фиброина, који гради свилу, можемо да овај ген пребацимо у бактерије или квасце и да производимо овај материјал у биореакторима, гдје би ови организми производили протеине свиле. Ово би било економично, квалитет производа би био хомоген и било би могуће повећати производњу до индустријског нивоа. Међутим, ово није једноставан процес. Треба направити конструкцију гена који ће бити у стању да прави нанопартикуле, треба знати својства појединих дјелова овог сложеног протеина, тај ДНК конструкт треба убацити под контролу одређеног промотора код квасаца или бактерија, оптимизовати производњу у биореактору, направити процедуру за пречишћавање овог протеина из „супе“ свих протеина у биореактору, тако да то све представља један мултидисциплинарни пројекат који укључује стручњаке за структуру протеина, молекуларне биологе, биоинформатичаре, генетичаре квасаца и бактерија и стручњаке за анализу добијених нанопартикула.

ПР УЦГ: Ваш рад на секвенцирању генома двотачкасте гриње представљао је значајан подвиг. Како је ово геномско знање утицало на развој нових нано-материјала и са каквим сте се изазовима суочили током тог истраживања?

ПРОФ. ДР ГРБИЋ: Секвенцирање генома и очитавање низа нуклеотида А, Т, Ц и Г у молекулу ДНК било ког организма (који представља наше „упутство за употребу“) и, по аналогији са компјутерском терминологијом, представља „софтвер“ који говори како организми као биохемијске машине функционишу. Ова секвенца нуклеинских киселина у молекулу ДНК одређује наследне особине и биохемијске одлике једног организма. Комплетна секвенца генома једног организма садржи у себи све информације неопходне за развој организма, његово понашање, физиологију, биохемијске процесе које организам може да изврши, све до података о његовој отпорности на болести и наследне особине које ће се пренети на потомство. Секвенцирање генома копривиног прегља, које је почело 2006. године, а завршено 2009. (рад је објављен у Nature 2012), представља први геном Хелицерата, друге најбројније групе организама на земљи, и један од првих генома једне од великих штеточина у пољопривреди. Геном је, у принципу, било лако секвенцирати када је добијен грант за то. Међутим, најтежи дИо је представљало састављање и анотирање генома, интерпретација гена и разумевање биологије ове врсте базиране на геномској секвенци, као и у некој мјери скептицизам у научним круговима да је једна „банална штеточина у пољопривреди“ постала први геном у оквиру ове групе. Пуристи су жељели геном паука или шкорпиона без економског значаја, међутим, наша оријентација на економски важну штеточину се показала као исправна и омогућила је брз трансфер фундаменталне науке у апликативне технологије, укључујући и свилу, а и нови начин еколошког сузбијања ове штеточине користећи РНАи као метод за искључивање гена ове штеточине (предавање др. Војиславе Грбић на конгресу дијаспоре).

Рад са младим истраживачима 

ПР УЦГ: Како своја истраживања интегришете у наставу и менторишете младе научнике?

ПРОФ. ДР ГРБИЋ: У настави се трудим да укључим наше резултате истраживања и да заинтересујем студенте да се укључе у наше пројекте. Интерес и ентузијазам су кључни. Као гостујући професор у Шпанији, Србији и Црној Гори, где иначе изводимо неке геномске пројекте, покушавамо да укључимо студенте директно у истраживања. Међутим, ово није једноставно, пошто студенти морају да имају основе из молекуларне генетике, биоинформатике и потребан им је тренинг пре него што могу да се укључе у истраживања. Такође, живот у науци није лак и могу да видим како су се интереси и каријере омладине променили. Нарочито ми је било илустративно, по повратку из Америке 1997. у наше село у Боки, да видим како су се од ранијих каријера млађег нараштаја у бившој Југославији, гдје су дјевојчице хтјеле да буду љекари или наставници, а дјечаци инжењери или космонаути, промијениле жеље. Када сам дјецу у селу питао шта желе да буду када одрасту, дјевојчице су жељеле да буду пјевачице или манекенке, а дјечаци мафијаши. То је била фрапантна професионална и каријерна промјена, али то одражава промоцију и вредновање различитих професија у друштву.

ПР УЦГ: Које вјештине сматрате најважнијим за младе научнике заинтересоване за каријеру у овој интердисциплинарној области?

ПРОФ. ДР ГРБИЋ: За младе научнике најважнији су воља, интерес и научна радозналост. Све остало се може научити, а наравно и енглески језик, како би могли пратити свјетску науку.

Придружите нам се на Вајберу и Телеграму: