„Egy kutató, aki a BME-n dolgozik, nem lehet maradi”

Az Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszer-tudományi Tanszék docense avat be a génmérnökség és a Magyarországon élenjáró műegyetemi biotechnológus képzés rejtelmeibe.

„Amikor én jártam ide, a biotechnológia szakirányt csak minden második évben tudták elindítani, most ott tartunk, hogy az oktatói kapacitás bővítése nélkül lassan korlátozni kell a jelentkezők számát”– érzékeltette a műegyetemi biomérnök képzés iránti érdeklődés mértékét Szarka András egyetemi docens. A különlegességnek számító képzés színvonalát tovább emeli, hogy a BME Vegyészmérnöki és Biomérnöki, valamint Villamosmérnöki és Informatikai Karának oktatói március végéig megalkották, illetve ahol szükséges volt, újraírták a modern biotechnológiát érintő tananyagokat egy 150 millió Ft-os pályázat keretében. „Ezen tananyagok segítségével a hallgatók európai szintű elméleti képzést kapnak, garantálva, hogy megőrizzük piacvezető helyzetünket a magyarországi biomérnökképzésben” – tette hozzá a bme.hu kérdésére.

A biotechnológia a BME kutatóegyetemi programjában is kiemelt terület. A modern biotechnológia három pillérre épül: a génmérnökség, amely a molekuláris biológiai eszköztárát használja, a bioinformatika, illetve a nanotechnológia – mutatta be a területet Szarka András.

A biotechnológia élőlények segítségével végzett technológia, vagyis olyan eljárás, ami új termékek vagy szolgáltatások előállítására irányul élő szervezetek segítségével. A definíció eredetijét, és magát a kifejezést is Ereky Károly magyar mérnök alkotta meg 1919-ben („Biotechnológia minden munka, amellyel alapanyagokból termékeket állítunk elő élő organizmusok segítségével”). Ma is ezt a meghatározást ismeri el és használja a nemzetközi tudományos élet. A dinamikusan fejlődő szektor szerteágazó tevékenysége alapján megkülönböztetjük a terápiás, diagnosztikai célú „piros biotechnológiát”, amely a hazai biotechnológiai vállalatok felét, exportbevételének pedig mintegy háromnegyedét adja, az ipari-környezetvédelmi kérdésekkel foglalkozó „fehér biotechnológiát”, illetve a nagyobb terméshozamot, rezisztens fajtákat megcélzó „zöld biotechnológiát”.

A modern biotechnológia az 1970-es évektől datálódik, az ún. rekombináns DNS technológia kifejlesztésétől: „élő organizmusokat, baktériumokat programoztunk át, vettünk rá arra, hogy számukra idegen, akár emberi fehérjéket gyártsanak" – ismertette Szarka András. Igen fontos mérföldkő volt az első modern biotechnológiai eljárással készült gyógyszer, az 1982-ben piacra került humán inzulin előállítása (Magyarországon jelenleg 5-600 ezer embert érint a diabétesz – a szerk.). „A rekombináns DNS technológiával egy élőlény genomját (génállományát) mesterségesen, molekuláris genetikai eszközökkel változtatjuk meg" – magyarázta a szakember. A kutatásoknak nagy lendületet adott a humán genom, illetve jó néhány növény genomjának megismerése, mivel a kutatók lehetőséget kaptak, hogy betekintést nyerjenek ezen élőlények „molekuláris tervrajzába”.

„Kezdetben viszonylag kisméretű és egyszerű peptideket állíttattunk elő a gazdasejtekkel (a peptidek olyan molekulák, amelyek 2-100 aminosavból állnak, míg azokat a molekulákat, amelyek 100-nál több aminosavból állnak fehérjéknek nevezzük). Erre a célra az egyszerű mikroorganizmusok, mint például a baktériumok vagy élesztőgombák tökéletesen megfeleltek, hiszen az egyszerűbb peptideket jó hatásfokkal és alacsony költséggel lehetett velük előállíttatni. A későbbiek során felmerült az igény komplex, nagyméretű humán fehérjék, például a monoklonális antitestek előállítására, amelyekre ezek a gazdasejtek egyszerűen nem voltak alkalmasak. A probléma ebben az esetben abból adódott, hogy miután a sejt elkészíti a fehérjéket, azoknak fel kell venniük a helyes háromdimenziós szerkezetüket ahhoz, hogy működőképesek legyenek. Ez a folyamat, amit nevezhetünk a fehérjék feltekeredésének (vagy folding-jának) különbözőképpen megy végbe egy baktériumban és egy emlős sejtben. Így ahhoz, hogy összetett, valóban működőképes emberi fehérjét tudjunk előállítani, már emlős gazdasejteket kell alkalmaznunk, amely jóval költség- és munkaigényesebb folyamat” – fejtette ki Szarka András. A fehérjék helytelen feltekeredése ezen kívül számos problémát okozhat, gyakran ez áll az idegrendszer olyan degeneratív betegségeinek hátterében is, mint például az Alzheimer- vagy a Parkinson-kór – mutatott rá a kutató.

A BME és a SOTE szakemberei közösen végzett kutatásaikban azt vizsgálják, hogy az ún. mitokondriális DNS rendellenességek hogyan befolyásolják a fehérjék feltekeredését (a mitokondrium az emlős sejtek egyetlen saját DNS-sel rendelkező sejtalkotója, a biológiai oxidáció fő helyszíne, központi szerepet játszik a sejt energiatermelésében). A CH épület harmadik emeleti laborjában lehetőség van különböző betegséget okozó mutációt hordozó mitokondriális DNS vizsgálatára. Szarka András szerint nagyjából minden ötezredik embernek van olyan mitokondriális mutációja, amely betegséget okozhat. A vizsgálati eljárás során „összeházasítják” a rendkívüli mértékben szaporodó sejtvonalakat (amelyekből szelektíven kiirtják a mitokondriális DNS-t) a betegből származó mitokondriális DNS-sel. „Így egy olyan diagnosztikai eszközt készíthetünk el, amely mind a pontosabb diagnózist, mind az esetleges terápiás eljárások kidolgozását segítheti.”

A biotechnológiai úton készült gyógyszerek felhasználási területe rendkívül széles, az öt legújabb rákellenes gyógyszer közül pedig négy ebből a körből kerül ki. „A már említett monoklonális antitestek megismerik a tumor sejteket, segítségükkel a hatóanyag célzottan juttatható el a tumorokhoz, vagy azok érképződése, növekedési útvonala szelektíven kiiktatható” – magyarázta Szarka András. „Így sokkal eredményesebb lehet a kemoterápia, valamint az autoimmun betegségek (pl. Crohn-betegség), illetve különböző gyulladásos betegségek esetében is eredményesen lehet használni ezeket a gyógyszereket” – tette hozzá.  A kutató a bme.hu kérdésére elmondta, hogy a mintegy 950 milliárd dolláros globális gyógyszerpiacból hozzávetőleg 160 milliárddal részesednek a biotechnológiai eljárással előállított gyógyszerek (2008-ra 200 ilyen gyógyszer került forgalomba). „Azon túl, hogy ezek a gyógyszerek nagy gazdasági jelentőséggel bírnak, nem kerülhető meg folyamatos fejlesztésük, ha olyan fontos területeken előre akarunk lépni, mint a rák vagy az autoimmun betegségek terápiája” – fogalmazott Szarka András.  

Szarka András 1999-ben szerzett oklevelet a BME Vegyészmérnöki Karán. Az Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék egyetemi docense saját bevallása szerint Szent-Györgyi Albert és Selye János írásain nevelkedett, és már ötéves kora óta tudta, hogy biológiával szeretne foglalkozni. Doktori disszertációját, amely az Antioxidánsok szerepe a fehérje diszulfid kötések kialakulásában címet viseli, 2003-ban védte meg a Semmelweis Egyetem Molekuláris Orvostudományok Doktori Iskola Pathobiokémia Doktori Programjában. Kutatási területe a szénhidrát- és C-vitaminanyagcsere a növényi mitokondriumban, az oxidatív stressz és a mitokondriális DNS károsodások kapcsolata, a mitokondriális DNS károsodások és az oxidatív fehérjefolding, illetve gyógyszer metabolizmus kapcsolata, valamint molekuláris biológiai módszerek fejlesztése élelmiszeranalitikai problémák megoldására. A fiatal szakember a Biotechnológia, egészség- és környezetvédelem kiemelt kutatási terület vezetője a BME kutatóegyetemi programjában.

„Először a ’60-as években merült fel, hogy bizonyos antioxidánsoknak hatásuk lehet a fehérjék feltekeredésére” – mesélt szűkebb kutatási területéről Szarka András. „A skorbut is részben folding rendellenesség, mivel a kollagén szerkezet nem tud kialakulni, s ebben éppen az aszkorbinsav segít” – fejtette ki. Mivel a C-vitamin cukorszármazék, a kutató a cukoranyagcserével is kapcsolatba került. Kiderült, hogy vannak olyan cukorszármazékok, amelyek a szárazság ellen védettebbé teszik a növényt. „A mitokondrium nemcsak energiát gyárt számunkra, hanem a stresszt is érzékeli, és reagál rá. Azt találtuk, hogy a növény néhány szélsőséges helyzetben olyan szénhidrátokat állít elő, amelyekkel jobban meg tudja kötni a vizet, így a növény sokkal jobban elviselheti az aszályt. E felfedezés hatalmas jelentőségű, és nemcsak gazdasági, hanem társadalmi kérdés is, mind a népességnövekedés, mind a már hazánkban is érzékelhető éghajlati változások miatt”– hangsúlyozta Szarka András. „Ha a növényt rávesszük a genomjába történő beavatkozás során, hogy több ilyen cukorszármazékot készítsen, ellenállóbbá válhat” – foglalta össze az eljárás lényegét röviden a kutató. Szarka András a GMO-val kapcsolatos vitákról szólva úgy vélekedett, hogy „nem kell minden technikát eleve elvetni, fontos, hogy minden oldalról megvizsgáljuk a kérdést, valamint a rekombináns DNS technológiát és a GMO kérdéskört ne mossuk össze, külön kérdésként kezeljük.”

A kutató még néhány kiemelkedően érdekes példát említett biotechnológiai eljárásokra. Ilyen például az ún. non-food növények termesztése, amelyekre megújuló energiaforrásként tekinthetünk, mert általuk bio-üzemanyagokat, energiahordozókat lehet előállítani. Itt újfent szerepet kaphat a modern biotechnológia, mivel a növények által előállított keményítőt és cellulózt rekombináns baktériumokkal is lehet fermentálni. „Amíg a hagyományos növényből a hagyományos baktérium alacsony hatásfokkal állítja elő az energiahordozót, addig egy rekombináns növényből egy rekombináns baktérium sokkal jobb hatásfokkal tud bioetanolt előállítani” – magyarázta a kutató. „A géntechnológia segítségével olyan növényeket is létrehozhatunk, amelyek előállítják a keményítőt, ugyanakkor cellulóztartalmuk is jobban bontható” – tette hozzá.

Szarka András szerint a modern biotechnológia a jövőben egyre fontosabb szerepet játszhat a hatékony szennyvíztisztításban is. Ezen a területen a BME egyébként is kiemelkedően erős Magyarországon – jelezte a kutató, aki úgy látja, hogy vannak még további, karokon átívelő kutatási lehetőségek az egyetemen.

A jövőbeli nehézségekről szólva Szarka András elmondta, hogy a biotechnológia már a laborban nagyon tőkeigényes terület (minden steril, egyszer használatos, a reagensek is meglehetősen költségesek stb.). Ráadásul rendkívül tudásigényes, és csak igen hosszú idő alatt lehet eljutni egyik lépéstől a másikig. „A modern biotechnológia akkor éri el a kornak megfelelő szintet, ha olyan mértékben fogja alkalmazni a biokémiát, mint ahogy például az elektrotechnikai nagyipar felhasználja az elméleti fizika alaptételeit”– figyelmeztetett Ereky Károly szavaival a szakember, aki szerint nagyon izgalmas „belenézni egy sejtbe és megkérni, hogy segítsen nekünk.”

„Egy kutató, aki a BME-n dolgozik, nem lehet maradi” – összegezte végül az Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék kutatója. Szarka András meggyőződése, hogy „meg kell vizsgálni, majd alkalmazni az új dolgokat, hátha ezzel jobbá tudjuk tenni az emberek életét. Ez a Műegyetem, a felsőoktatás és az ipar célja.”

-BK-

Fotó: Philip János