Sajtónyilvános eseményen, az újságírókkal közösen várta a fiziológiai és orvostudományi Nobel-díj bejelentését a Szegedi Tudományegyetem vezetősége 2023. október 2-án, az egyetem központi épületében. Az SZTE kutatóprofesszorát, Karikó Katalint évek óta az esélyesek között tartották számon, és idén meg is kapta a tudományos világ legjelentősebb elismerését. A Szegedi Tudományegyetem élőben kapcsolta az SZTE történetének második Nobel-díjasát, Amerikából.
Biológiai rendszerek molekuláris mechanizmusainak megértéséhez elengedhetetlen az építőkövek mikroszkópikus szerkezetének és dinamikájának megismerése; ehhez a kísérleti módszerek széles skálája áll a kutatók rendelkezésre. Most egy, a hazai biológus közösség által talán kevésbé ismert kísérleti módszer, a neutronszórás, előnyeit szeretném röviden összefoglalni.
A neutronok elektromos töltéssel nem rendelkező részecskék, melyek ennek köszönhetően könnyedén hatolnak roncsolásmentesen a vizsgált anyag mélyére. Szóródásukat nukleáris erők határozzák meg, melynek erőssége jelentős különbségeket mutathat az anyagokat fölépítő atomok, és azok különféle izotópjai között is. Biológiai szempontból különösen fontos a neutronok szelektív szóródási erőssége hidrogénen és deutériumon. Így, bár a neutronszórás technikák nagy hasonlóságot mutatnak az elterjedtebb Röntgen-szórás módszerekkel, a vizsgált anyag más jellemzőire világíthatnak rá. Fontos azt is hangsúlyozni, hogy a neutronszórás vizsgálatok kevéssé invazívak, így a biológiai minták intakt állapotú vizsgálatát is lehetővé teszik – miközben a kísérletekhez használt neutronok hullámhossza összemérhető a tipikus atomi távolságokkal, mozgási energiájuk pedig a vizsgált rendszerekben jelenlevő tipikus termikusan gerjesztett (főként diffúziós) mozgások energiáival.
Neutronszórás vizsgálatokat tipikusan nagyobb – részecskegyorsítóra vagy kísérleti atomreaktorra épült – neutronközpontoknál végezhetjük; Magyarországon ilyen a Budapesti Neutron Centrum. Biológiai szerkezetek feltárására leggyakrabban használt technikák a kisszögű neutronszórás (SANS), a neutron-krisztallográfia és a neutron-reflektometria; a kvázielasztikus neutronszórás és a neutronspin-echo a dinamikai jellemzőkről hordoz információt.
A Szegedi Biológiai Kutatóközpont (SZBK) munkacsoportjaival végzett kutatásainkban a fotoszintetikus fényenergiahasznosítást szabályozó mechanizmusok részletesebb megismerésére törekszünk. A fotoszintetikus organizmusok képesek alkalmazkodni a sokszor gyorsan változó környezeti feltételekhez – finomhangolva a fényenergiaátalakító rendszereik szerkezetét és funkcióját és/vagy bekapcsolva különböző védekező mechanizmusokat. A fényreakcióiknak helyt adó tilakoidmembránok központi szerepet töltenek be számos fotoszintetikus adaptációs és szabályozó mechanizmusban. A SANS nem-invazív természetének köszönhetően képesek vagyunk megfigyelni a membránok szerkezetváltozásait különféle környezeti stressz faktorok hatása alatt akár élő algákban vagy intakt leveleken is. Ez a technika segített megérteni a membránok szerkezeti rugalmasságának szerepét adaptációs és fotoprotektív folyamatok során. Ezen a területen ma is több élettanilag fontos stressz-fiziológiai kutatásban veszünk részt.
A kutatási irány sikerességének elengedhetetlen feltétele a számos magyar és külföldi kutatóintézettel folytatott szoros kollaboráció. Az SZBK-ban a Garab Győző, majd Petar Lambrev által vezetett Fotoszintetikus Membrán Munkacsoporttal, a Wigner Fizikai Kutatóközpontban Ünnep Renátával, a SZTE-en pedig a Fehér Attila által vezetett Növénybiológiai Tanszékkel működünk együtt. Az idei évtől kezdve Böde Kinga, a Szegedi Tudományegyetem Biológia Doktori Iskolájának hallgatója is csatlakozott kutatásunkhoz. Doktori munkájában a fotoszintetikus membránok stresszadaptációs szerkezetváltozásainak feltárásán dolgozik neutronszórási technikák segítségével – különös tekintettel egyes biotechnológiailag is fontos cianobaktériumok és algafajok jellemzőire, melyeket Ughy Bettina irányításával vizsgálnak.
A téma kapcsán fontosnak tartom még megemlíteni, hogy a Lundban (Svédország) jelenleg építés alatt áll a European Spallation Source (ESS), mely 2023 után a világ legfejlettebb neutronszórási berendezéseit fogja európai kutatók rendelkezésére bocsátani. Mivel Magyarország az ESS alapító tagországa, ezek a lehetőségek a magyar kutatóközösség számára is elérhetőek lesznek. Az ESS-ben a jövőben elérhető kivételes kutatási infrastruktúrák közül számos berendezés használható lesz a szerkezeti biológia, membrán biofizika, mezőgazdaság és a gyógyszerkutatás területén. E területek szempontjából kiemelt fontosságú lesz a jelenleg építés alatt álló NMX makromolekuláris neutronkrisztallográfiai berendezés és a LoKi kisszögű neutronszórás vizsgáló berendezés, melyek fejlesztéséhez hozzájárulunk több kollégámmal (különösen Markó Mártonnal) a Wigner Fizikai Kutatóközpontból. A neutronkrisztallográfia módszere kivételes lehetőséget biztosít fehérjék kulcsfontosságú hidrogénatomjainak pozíció-meghatározásához, és ezzel, a más módszerekkel gyakran nem elérhető információval járulhat hozzá enzimek molekuláris mechanizmusának megértéséhez. A közreműködésünkkel fejlesztett NMX berendezés ki fogja terjeszteni az ezzel a technikával vizsgálható fehérjék körét azzal, hogy a jelenleg létező műszereken vizsgálhatónál nagyobb elemi cellájú proteinkristályok mérését fogja lehetővé tenni rövidebb mérési idők mellett. Az ESS-ben megnyíló lehetőségek optimális kihasználásához ugyanakkor elengedhetetlen a magyarországi felhasználói bázis növelése és felkészülése.
A neutronszórással kapcsolatos továbbképzési, doktori vagy mérési lehetőségekről Nagy Gergelytől lehet információt kérni a nagy.gergely@wigner.mta.hu e-mail címen. Nagy Gergely szeretné felhívni a figyelmet az 1-2 évente megrendezésre kerülő Közép-Európai Neutroniskolára, mely ideális fórumot nyújt a téma iránt érdeklődő diákoknak és kutatóknak a neutronszórásban rejlő kivételes lehetőségek megismerésére.
Jelen cikk a Bolyai János Kutatási Ösztöndíj és az Innovációs és Technológiai Minisztérium ÚNKP-19-4 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának szakmai támogatásával készült.
SZTEinfo
