„Bármerre jártam, mindenhol jó volt fizikusnak lenni” – interjú Dr. Erdélyi Miklós fizikussal

– Honnan jött a fizika iránti érdeklődés?

– Mindenki érdeklődik a fizika iránt, de nálam ez az érdeklődés nem tűnt el. Szerintem minden gyerek kíváncsi, érdeklődik a körülötte lévő világ iránt, és csak rajtunk, szülőkön és tanárokon múlik, mennyire sikerül fenntartani ezt a kíváncsiságot. Nekem szerencsém volt, mert a tanáraim és a szüleim sokat tettek azért, hogy fenntartsák ezt az önfeledt gyermeki felfedezés iránti vágyat. Édesapám vegyész volt, így sok természettudományos könyv vett körül. Az igazság az, hogy mindig is ment a fizika, és ez egy öngerjesztő folyamat: ami jobban megy, azt szívesebben is csinálja az ember, sikerei lesznek benne, több időt fordít rá, és ezért egyre jobban fog neki menni. Amikor Szegedre, az egyetemre kerültem, akkor szembesültem azzal, hogy az optika és a lézerfizika milyen magas színvonalú a Szegedi Tudományegyetemen, és akkor kezdtem ebbe az irányba orientálódni. Ahogy visszatekintek a szakmai útra, mintha egy lineáris terv lett volna, de ez csak visszatekintve tűnik így.

Erdélyi Miklós a laboratóriumban Fotó: Kovács-Jerney Ádám

– Visszatekintve egy tudatos lineáris tervnek tűnik a szakmai pályafutása, ahogy említette. Hogyan jutott el ide?

– A József Attila Tudományegyetemen végzetem fizikusként. Bor Zsolt és Szabó Gábor professzorok ajánlásával és mentorálásával kerültem ki az amerikai Rice Egyetemre, Frank Tittel professzor kutatócsoportjába, ahol összesen 4 évet töltöttem. A nagy térbeli feloldású litográfiai és mikroszkópiai eljárásokkal akkor kezdtem foglalkozni. Akkoriban az érdekelt, hogyan lehet a térbeli feloldást a mélységélesség megtartása mellett javítani. A kidolgozott módszereket az optikai litográfiában használt stepperekben szerettük volna alkalmazni. Később a kutatás a mikroszkópiai alkalmazások irányába tolódott. 2009-ben egy 3 éves posztdoktori ösztöndíjat nyertem el a Cambridge-i Egyetemre, illetve a Nemzeti Fizikai Kutatóintézetbe Londonba. Itt ismerkedtem meg a nagy térbeli feloldású lokalizációs mikroszkópiával. Ez akkoriban nagyon új technológiának számított, az első dSTORM rendszert mi építettük Angliában. A három év alatt két mikroszkópot is fejlesztettünk az említett lokalizációs technikára optimalizálva. A nehézséget az okozta, hogy akkoriban semmilyen optikai elemet nem gyártottak a szuperrezolúciós mikroszkópiához. Klasszikus elemekkel kellett mindent megoldani, ami nagyon gondos tervezést követelt meg. A mikroszkóp tényleges tervezésén, összerakásán és tesztelésén túl a szoftvereket is magunknak kellett megírni. 2013-ban visszajöttem Szegedre. Szerencsém volt, mert itthon akkor indult a Nemzeti Agykutatási Program, és a szuperrezolúciós mikroszkópián keresztül bekerültem a támogatott kutatócsoportok közé. Újabb lendületet kapott a projekt, amikor 2014-ben az optikai szuperrezolúciós módszerek kifejlesztéséért ítélték oda a kémia Nobel-díjat. Ekkor a figyelem központjába kerültünk, és a módszer széles körben ismerté vált. Egy Marie Curie reintegrációs pályázat segítségével sikerült a rendszert tovább is fejlesztenünk. Azóta az AdOptIm kutatócsoportban egy lokalizációs elven működő szuperrezolúciós mikroszkóp elméleti és kísérleti fejlesztésén és orvosbiológiai alkalmazásán dolgozunk. A vezetésemmel így számos szép projekten dolgozhatunk együtt közösen fizikus, orvos, vegyész, biológus kollégákkal.

Erdélyi Miklós munka közben Fotó: Kovács-Jerney Ádám

– Hogyan zajlanak ezek az együttműködések?

Minden kooperáció kezdetén azt kérem a kollégáktól, hogy az első mérések alkalmával legyenek ott, ismerjék meg a mérés menetét. Minden esetben folyamatos konzultáció szükséges, a méréseket ki kell értékelni és át kell beszélni még mielőtt a következő mérések megtervezésre kerülnek. Ha jelen van a biológus vagy az orvos vagy bármilyen tudományterület képviselője, akivel együttműködünk, akkor el tudja magyarázni számunkra, hogy mit kellene látni, mi a hipotézis. Mivel a szuperrezolúciós mérések meglehetősen lassúak, gyakran fél napokat is igénybe vesznek, van idő beszélgetni, megismerni a másik csoport munkáját. Számunkra fontos megérteni, hogy a mérések milyen céllal történnek, mi a tényleges biológiai kérdés, mert így azok megválaszolásában is aktívan részt tudunk venni. A mérési eredmények feldolgozása, kvantitatív kiértékelése gyakran a munkánk nagyobb részét jelentik. Azt gondolom, hogy ez fordítva is működik, a partnerek megismerik a rendszer előnyeit, korlátjait, ami segíti az új mérések megtervezését. A munka legizgalmasabb része az együtt gondolkodás más kutatókkal. A kutatócsoportunk, általában nem rutinszolgáltatást nyújt, ahol a megkapott mintát lemérjük, kiértékeljük és leadjuk, hanem közösen határozzuk meg a célokat a lehetőségeket, és együtt éljük meg a hűha-élményt is. A képek kiértékelését segítő szoftverkódokat általában mi magunk írjuk az adott problémához. Elsőként alkotunk meg egy univerzális, a teljes mikroszkóprendszer szimulációjára alkalmas, nyílt forráskódú szoftvert (testSTORM), amely – amellett, hogy segíti az előkészítő munkát és a kísérleti eredmények értelmezését – lehetővé teszi a rendszer paraméterfüggésének meghatározását, valamint bizonyos műtermékek tanulmányozását. A saját szoftveres támogatásnak köszönhetően, a sokszor hosszadalmas minta előkészítés gyorsabb és költséghatékonyabb. A nyílt forrás miatt, pedig elérhető mások számára is.

Erdélyi Miklós a mintáknál Fotó: Kovács-Jerney Ádám

– A kutatási területét főként a nagy térbeli feloldású lokalizációs mikroszkópia fedi le, az AdOptIm kutatócsoporttal pedig egy lokalizációs elven működő szuperrezolúciós mikroszkóp elméleti és kísérleti fejlesztésén és orvosbiológiai alkalmazásán dolgozik. Mit jelent ez, elmagyarázná az olvasóknak?

– A lokalizációs szuperrezolúciós módszert egy egyszerű példán tudnám szemléltetni. Vegyünk egy karácsonyfát, amin égők világítanak. Ha az ember a karácsonyfát nagyon távolról nézi, akkor nem látja külön-külön az égőket, az egyes égők képei összeolvadnak, megkülönböztethetetlenek. Minden égő képe egy fényes folt, amit a fizikusok a rendszerre jellemző pontátviteli függvénynek hívnak. Ha két égő nagyon közel van egymáshoz, akkor nem lehet megállapítani, hogy egy vagy több égő világít-e. A lokalizációs szuperrezolúciós technika azt csinálja – ha maradunk a példánál – hogy a karácsonyfa égőit egyesével villogtatja, így az égők nem egyszerre világítanak. Az időben és térben szétválasztott egyedi felvillanásokat detektáljuk. A lokalizációs mikroszkópiában a fluoreszcens molekulák felelnek meg az égőknek, amiket egyesével detektálunk és határozzuk meg a pontos helyüket, azaz lokalizáljuk őket. Egy számítógépes algoritmus rangsorolja és szűri a lokalizációkat, amelyek végül a szuperrezolúciós képalkotásnál felhasználásra kerülnek. A trükk lényegében az, hogy a pontátviteli függvény maximumának helyét sokkal pontosabban meg lehet határozni, mint amekkora a függvény szélessége. Orvosbiológiai mintákban ezt a villogtatást úgy érjük el, hogy fluoreszcens festékkel megjelöljük a preparátumokat. Ennek legfontosabb előnye, hogy a fehérjéket vagy egyes sejtalkotókat specifikus módon lehet jelölni. A fluoreszcens mikroszkópiában a festéket tipikusan lézerrel gerjesztjük. A fluoreszcencia során a festék fényt bocsájt ki, amit spektrálisan el tudunk választani a gerjesztő fénytől. A mérés során praktikusan egy filmet veszünk fel úgy, hogy minden egyes képkockán csak pár aktív molekula szerepeljen. Egy film jellemzően 10-20 vagy akár 50.000 képkocka rögzítését jelenti. A mérés viszonylag unalmas, mert csak a felvillanásokat látjuk a monitoron, de a tényleges struktúrát nem. Ezen sokezer képkockán detektált felvillanások lokalizációját a mérések után szoktuk elvégezni, mert a végső jó minőségű kép rekonstrukciója szintén időigényes. Egy konfokális mikroszkópnál azt szokás mondani, hogy a térbeli feloldás a hullámhossz fele, azaz nagyjából 300 nm. Kellően jó minőségű mérési adatokkal és gondos jelfeldolgozással a lokalizációs módszer rutinszerűen 20 nm alá csökkenti a térbeli feloldást. Ezek a méretek azért igazán fontosak, mert a molekuláris szinten lejátszódó biológiai folyamatok ezen a skálás érdekesek.

A lokalizációs szuperrezolúciós módszer magyarázata közben Fotó: Kovács-Jerney Ádám

– Mindenki tudja, hogy bizonyos dolgokat nem lehet megvalósítani, mígnem jön valaki, aki erről nem tud és megvalósítja. Ezt a 2015-ös Szabadegyetemi előadásában mondta, amikor a térbeli feloldást ismertette a hallgatósággal? Ez a kutatói hitvallása?

– Ez egy jól hangzó, Einsteintől származó idézet, de hitvallásnak nem feltétlenül alkalmas. Feladni egy ötletet, amiben hiszünk, csak azért mert valaki szerint az nem megoldható, éppen akkora hiba, mint görcsösen ragaszkodni egy elképzeléshez. A kutatói pálya kisebb nagyobb kudarcok sorozata pár igazán jó gondolattal megtűzdelve. Viszont egy ötlet sikeres megvalósulása rengeteg erőt és önbizalmat tud adni, jó esetben elegendő muníciót a következő sikeres projektig. Aki ezt az állandó kudarc- és sikerélményt nem tudja kezelni, nem igazán alkalmas a pályára.

– Mi áll közelebb a szívéhez a tanítás vagy a kutatás?

– Nem tudnám elválasztani a kettőt. Az utánpótlás nevelése az egyetemi oktatók elsődleges feladata, de egyéni kutatási ambíciók nélkül bele lehet fásulni. Én igyekszem beépíteni a legújabb eredményeket az oktatásba. A szuperrezolúciós mikroszkópiával viszonylag egyszerű dolgom van, mert látványos, szép képekkel könnyű a figyelmet felkelteni. A módszerhez kapcsolódó mélyebb fizikai ismereteket és összefüggéseket pedig igyekszem elfogadható mértékben adagolni. Azt szeretném, hogy az SZTE-n tanuló diákok érezzék, hogy a legmodernebb mikroszkópia ismeretekre tehetnek szert ezen az egyetemen.

A mindennapok képgalériaként itt érhető el fotó: Kovács-Jerney Ádám

– Hogyan működik a csoport élete, milyenek a mindennapok?

– A mérések előre tervezetten folynak, azaz nem reggel dől el, hogy mit fogunk éppen vizsgálni. Cél, hogy a mikroszkóp folyamatosan ki legyen használva, amit egy foglalási rendszer segítségével próbálunk elérni. Jellemzően pár hétre előre látunk, de vannak már több éve futó projektjein is, hosszú távra előre lefoglalt időpontokkal. A rendszer foglalását gondos tervezés előzi meg, hogy a mérési időben, már minden készen álljon és a mérés zavartalanul folyjon. Ideális esetben egy projekteket 3 harmadra szoktam osztani, az első 1/3 az előkészület a második 1/3 a mérés, az utolsó harmad a kiértékelés és az új mérések megtervezése. Az új projektek esetében mindig átbeszéljük a felhasználóval, hogy mi is történik, és mit szeretnének látni. A mérést követően a képek kiértékelését közösen végezzük és tervezzük meg a következő méréseket. A mérések kiértékelése nélkül nem állunk neki újabb mérésnek. Az elmúlt időszakban ez egyre több időt vesz igénybe, mert a képek kvantitatív elemzése szoftverfejlesztést is igényel, ami a kollégák munkaidejének egy jelentős részét teszi ki. Fontos, hogy egy projekt során a megszerzett tudás építőkövei jól illeszkedjenek egymáshoz, mert így biztos alapra tudunk építeni és helyes következtetéseket lehet levonni.

– Miért jó Szegeden fizikusnak lenni?

– A kérdést megfordítanám. Szerintem egyszerűen jó fizikusnak lenni. Bármerre jártam, mindenhol jó volt fizikusnak lenni, mert jellemzően azt csinálod, ami érdekel, azzal foglalkozol, amit szeretsz. Az a meggyőződésem, hogy az embernek ott és akkor kell jól éreznie magát, ahol és amikor van. Én több mint hét évet töltöttem külföldön, most is gyakran felemlegetjük a kinti élményeket, egy percét sem bántuk meg a kint töltött időnek, de mindig jó érzés volt hazajönni Szegedre. Szeged egy pezsgő egyetemi város, tele lehetőségekkel és kihívásokkal. Minden fiatalnak javasolom, hogy válassza Szegedet, mert életük legszebb időszakát tölthetik el itt.

Kovács-Jerney Ádám

Borítókép: Bármerre jártam, mindenhol jó volt fizikusnak lenni - interjú Dr. Erdélyi Miklós fizikussal Fotó: Kovács-Jerney Ádám