Akadémiai Ifjúsági Díj

2006



Az Akadémiai Ifjúsági Díjat a Magyar Tudományos Akadémia főtitkára 1972-ben alapította az akadémiai kutatóhelyeken dolgozó harminc év alatti fiatal kutatók szakmai munkájának ösztönzésére és kiemelkedő tudományos eredményeik elismerésére. 2006-ban 26-an vehettek át elismerést pályamunkájukért.

A társadalomtudományok területének díjazottjai: Dalos Anna, Takács Gábor, Langó Péter, Szilágyi Zsolt, Sudár Balázs, Sulyok Gábor, Danka István; a természettudományok díjazottjai: Sági Gábor, Barabás Péter, Nagy Ildikó, Groh Werner Péter, Harmath Veronika, Deák Andrea, Farkas Illés, Palla Gergely, Pusztai Tamás, Smausz Kolumbán Tomi, Bokor Hajnalka, Fodor Krisztián, Fekete Andrea, Kredics László, Erős Tibor, Barabás Orsolya, Ősz Judit, Halbritter András, Magyar Csaba.

Folyóiratunk megszólaltat néhány díjazottat, hogy beszéljenek munkájukról és az általuk művelt tudományterületről.

Palla Gergely és Farkas Illés az ELTE Biológiai Fizika Tanszékén működő MTA Biológiai Fizika Kutatócsoport munkatársai.

- Amikor átböngésztem a Magyar Tudományos Akadémia ifjúsági díjasainak névsorát, az elismerésben részesített fiatal kutatók között örömmel olvastam Farkas Illés nevét, akit rövidesen szerzőink között is üdvözölhetünk. Palla Gergellyel közösen írt nyertes pályázatuk a komplex hálózatok statisztikus fizikai módszerekkel történő vizsgálatával foglalkozik. A hálózat szó hallatán, azt hiszem, elsőként mindenkinek egy bizonyos háló, az internet jut az eszébe.

- Az internet valóban jó példa a hálózatokra, de hogy egy másik közismert példát is említsünk, hálózatok a pókok által szőtt hálók is. Az a közös bennük, és mindenféle hálózatban, hogy pontjaikat (csúcsaikat) vonalak (más néven élek) kötik össze. Az internet számítógépek hálózata, amelyek huzalokkal, optikai kábelekkel vagy akár rádiós, műholdas kapcsolattal csatlakoznak egymáshoz. Ebben az esetben kézenfekvő, hogy a számítógépeket jelöljük pontokkal és a közöttük lévő kapcsolatokat vonalakkal. A pókhálóban szintén jól felismerhetőek a vonalak (a pókfonalak) és a fonalak találkozásai pontjai.

Létezik azonban sok más, a mindennapi életünkben is igen fontos hálózat. Például minden egyes sejtünk folyamatosan tápanyagokat vesz fel, átalakítja és beépíti azokat. Ahhoz, hogy ezt megtehesse, a benne található molekuláknak, azok közül is a fehérjéknek képesnek kell lenniük arra, hogy egymással sokféle módon együttműködjenek, összekapcsolódjanak. Ez is felfogható hálózatként, melyben a pontok a fehérjéket jelölik, és a pontokat összekötő vonalak az egyes fehérjék között meglévő, kísérletek alapján ismert kölcsönhatásoknak felelnek meg. Hasonlóan fontos háló mindannyiunk számára a rokoni és ismeretségi kapcsolatok hálózata is. Ebben a rendszerben minden pont egy-egy embert jelöl, és két pont akkor van összekötve, ha az általuk jelölt két ember rokoni, illetve ismeretségi kapcsolatban áll egymással.

Mielőtt megkérdezné, hogy a kutatók számára miért is olyan fontosak manapság a hálózatok, már mondjuk is a választ: :az utóbbi egy évtizedben szinte mindenről robbanásszerűen megnőtt az ingyenesen elérhető (internetről letölthető) adatok mennyisége és minősége. Enyhe túlzással állítható, hogy egy közepes sebességű internetkapcsolattal és egy laptoppal bárki számára elérhetőek a napjainkban ismert legtöbb jelentős hálózat adatai. Az internetet alkotó számítógépek (a csúcsok) és közöttük lévő kapcsolatok (élek) hálózatát tartalmazó listák nyilvánosak, akárcsak a legfrissebb fehérje-fehérje kölcsönhatási kísérleti eredmények jó része. Talán az emberi kapcsolatok hálózatáról a legnehezebb adatokat szerezni, hiszen ennek a mérése, a sokmilliónyi vagy akár milliárdnyi kapcsolat rögzítése tűnik a legnehezebbnek. Azonban itt is a segítségünkre siet az internet, amelyet a kutatók közül ma már sokan arra is használnak, hogy saját automatikus keresőprogramjukkal (ún. internetes robotokkal) teljes blog- és chatoldalakat vagy publikációs adatbázisokat dolgozzanak fel, és a talált kapcsolatokat (például közös bloghasználat vagy közös publikációk) hálózatba rendezzék. Az emberi kapcsolatok hálózatának "ipari", nem nyilvános kutatása még intenzívebb, hiszen számos nagy szolgáltató és bank rendelkezik adatokkal akár több millió ügyfelének egymás közti kapcsolatairól és próbál ezek alapján újabb és újabb célcsoportokat találni, valamint új termékeket és szolgáltatásokat a piacra dobni.

- Hogyan kapcsolódik mindehhez a statisztikus fizika?

- Az említett példákból látszik, hogy a nagy adattömegek feldolgozása, a lényeges elemek megragadása és a lényeges elemek közötti kapcsolatok feltérképezése igen fontos feladat, még a napi munkánkban is, hiszen folyamatosan rengeteg információ zúdul ránk. Éppen ezért érdekes, hogy - többek között - a fizikusok már a múlt század közepe óta foglalkoznak olyan rendszerek elemzésével, amelyek sok, egymással bonyolult módon kölcsönható elemet tartalmaznak, például egy csillagban lévő elemi részecskéket vagy akár egy autópályán az ott közlekedő gépkocsikat. A fizika egyik szakterülete a statisztikus fizika, amelynek egyik fontos kérdése, hogy a sok egymáshoz hasonló és egymással kölcsönható részecske (egy egészként) milyen módon viselkedik együtt.

Az egyik legközismertebb példa a sok részecske együttes viselkedésére a mágnesrúd. A rúdban lévő összes mágneses részecske (atom) viselkedését egyszerre nem tudjuk vizsgálni, de a statisztikus fizika módszereinek segítségével megmondható, hogy a rudat milyen hőmérsékletre kell melegítenünk ahhoz, hogy teljesen elveszítse mágneses tulajdonságát (egy felmágnesezett vasrúd esetén ez a hőmérséklet 800 °C felett van). A jelenség leírásához használt statisztikus fizikai leírás egyik alapelve, hogy nem kell az atomok közötti, igen bonyolult kölcsönhatások minden egyes részletét figyelembe vennünk. Elegendő a kölcsönhatásoknak csupán néhány fontosabb tulajdonságát ismernünk, és a részecskék nagy száma miatt a többi tulajdonság kiátlagolódik. Az együttes viselkedés leírásában az egyik fontos paraméter az, hogy a kölcsönható atomok egymáshoz képest milyen módon helyezkednek el, például egy szabályos rács pontjaiban vagy teljesen rendezetlenül.

A hálózatoknál szintén nagyszámú, egymással kölcsönható résztvevő (a világhálón összekapcsolt számítógép vagy egy idegsejtben együttműködő fehérjék) együttes viselkedését kell leírnunk. Mivel sok elemről van szó, ezért a statisztikus fizikai megközelítés itt is használható: az egymással kölcsönható elemek összes tulajdonságára nincsen szükségünk, csak néhányra, és emellett nagy szerepet kap, hogy ezek az elemek milyen módon rendeződnek el, azaz hogyan kapcsolódnak egymáshoz. A hálózatokkal, mint matematikai eszköz használatával, pontosan ez utóbbi tulajdonságot tudjuk kihangsúlyozni, hiszen egy hálózat legfontosabb mondanivalója az, hogy ki kihez kapcsolódik.

- A fizikus számára mitől komplex egy hálózat?

- A komplex jelző a statisztikus fizikában arra utal, hogy a vizsgált rendszer viselkedése az alkotóelemeinek viselkedéséből közvetlenül nem jósolható, csak például statisztikus eszközökkel. Ennek ellenére az eredmény mégis általános érvényű és meglepően egyszerű. Jó példa erre a world-wide web, az élő sejt fehérjéinek kölcsönhatásai, vagy a filmszínészek közötti kapcsolatok (legalább egy filmben való közös szereplés) hálózata. A www-t alkotó weboldalakat (csúcsok) és linkeket (élek) több millió ember kezeli és fejleszti, száznál is több országban, sokféle vállalat vagy egyéb szervezet megbízásából. A sejtet alkotó fehérjék kapcsolatainak hálója évmilliók (milliárdok) alatt alakult ki, a filmszínészek hálózata pedig rengeteg különböző film alapján épül fel. Mégis érdekes módon ennek a három, teljesen különböző jelentésű hálózatnak számos fontos tulajdonsága nagyon hasonló.

Az egyik ilyen hasonlóság, hogy meglepően sok olyan pont van mindhárom hálózatban, amelynek nagyszámú kapcsolata van. A www-n a Google és a Yahoo mellett még rengeteg más oldalra is mutat milliónyi link, a sejtjeinkben működő fehérjék közül soknak több száz kölcsönhatási kapcsolata van, és rengeteg olyan színész van, aki ötszáznál is több partnerrel szerepelt együtt. Mivel a fizika szemszögéből mindig az általános tulajdonságokat próbáljuk megragadni, számunkra különösen annak elméleti leírása érdekes, hogy a három, ennyire különböző jelentésű rendszerből készített hálózat miért ilyen hasonló.

- A hálózatkutatáson belül mit tartanak jelenleg a legizgalmasabb kérdésnek?

- Talán azt az új irányt, ami a hálózati csoportokkal (modulokkal) foglalkozik. Egy nagyobb hálózat általában több alegységre bontható, amelyeken belül a csúcsok sűrűbben kapcsolódnak egymáshoz, mint a hálózat többi részéhez. Ilyenek például a baráti körök, vagy a családok egy szociális hálózatban: ezeken belül mindenki mindenkit ismer, de általában kevesebb embert ismer a csoporton kívül. Egy komplex hálózat vizsgálatakor az ehhez hasonló csoportosulások azonosítása több szempontból is hasznos lehet. Egyfelől magasabb szinten szemlélhetjük a hálózat szerveződését, másfelől az egyes csúcsok rendszerben betöltött szerepének meghatározásában is segítségünkre lehet az, ha tudjuk, hogy milyen csoporthoz tartozik az adott csúcs. Ez utóbbira jó példa a funkciójóslás fehérje-fehérje kölcsönhatási hálózatok segítségével. Ha észrevesszük, hogy egy fehérje feladata (funkciója) a sejtben jelenleg még ismeretlen, de a kölcsönhatások hálózatában egy olyan csoportosuláshoz tartozik, melyben a fehérjék döntő többségének azonos ismert funkciója van, akkor ez erősen valószínűsíti, hogy a vizsgált fehérje is a csoportban gyakori feladatot végzi.

A csoportosulások fontosságának köszönhetően manapság számos hálózati csoportosuláskereső módszer áll a kutatók rendelkezésére. Ezek viszont szinte kivétel nélkül olyan módszerek, amelyek nem engednek meg csoportok közti átfedéseket, azaz egy csúcs legfeljebb egy csoportosuláshoz tartozhat. Ezzel szemben számos olyan hálózat létezik, ahol a csoportok közti átfedések fontosak lehetnek, pl. egy szociális hálózat esetén egy ember egyszerre tartozik a családjához és a baráti köréhez is, és ismert számos olyan fehérje is, amely több csoporthoz is tartozik. Az átfedő csoportosulások keresésére fejlesztett ki a kutatócsoportunk egy módszert a múlt évben. Ennek a szoftvernek a segítségével több, nagyméretű szociális, biológiai és technológiai hálózat átfedő csoportosulás-szerkezetét sikerült feltárni. Nyilvántartásunk szerint ezt, a kutatók számára a weboldalunkról ingyenesen elérhető programcsomagot eddig 400 körüli kutató töltötte le, és több, már megjelent publikáció elkészítéséhez is felhasználták. A biológiai hálózatok szempontjából nagy előnye a módszernek, hogy alkalmazható fehérjefunkciók jóslására, illetve pontosítására olyan hálózatokban is, melyek nagy számban tartalmaznak többfunkciójú fehérjéket.

- yka -
Barabás Péter molekuláris biológia szakirányon végzett biológusként, majd a kémiai doktori programban szerzett PhD-fokozatot. A Kémiai Kutatóközpont Biomolekuláris Kémiai Intézetének tudományos munkatársa.

- Laikusok számára már pályázatának címe is talányos: "Foszfodiészteráz enzimgátló vegyületek hatása a sötét- és fényadaptált emlősretinára". Arra kérem, hogy próbáljuk megfejteni ezt a címet. Kezdjük talán azzal, hogy miért fogott a retina vizsgálatába.

- Tanulmányaim egy részét, harmadikos gimnazista koromtól, Varsóban végeztem, mert édesapám az MTI varsói tudósítója volt. Azok a kérdések, amelyek abban az időben leginkább foglalkoztattak, a természettudományok, elsősorban a biológia és a kémia területére estek. Folyton elméleteket gyártottam. Ez valószínűleg korábbi szokásomból, a meseírásból fakadt - feltételeztem, hogy "mi van akkor, ha...", és a válaszhoz gondolatbeli kísérleteket végeztem, amelyeknek vagy lett valamilyen eredményük, vagy sem. Egy ideig a vírusok keletkezése, evolúciója érdekelt. Még gimnazistaként elkezdtem járni a Varsói Egyetemre, a virológia tanszékre. A középiskola után három évig, a B.Sc.-diploma megszerzéséig a varsói egyetemen tanultam.

- Ott már akkor is kétszintű tanítás folyt?

- Igen, a kilencvenes években vezették be. Egyetemistaként részt vettem a Nencki Intézetben szervezett előadásokon is, ahol nagyon érdekes előadást hallottam a látásról. Rengeteg kérdés merült fel bennem a hallottak nyomán, ezért elkezdtem járni az intézet látáskutató csoportjába: ott "izgultam rá a témára", ahogy ezt ma mondják.

Magyarországon is a látás tanulmányozását akartam folytatni. Így találtam rá az MTA-ELTE neurobiológiai kutatócsoportjára, amelyet Juhász Gábor vezet, nála írtam a szakdolgozatomat. A mostani állásomba szintén így kerültem: Kardos Julianna, intézetünk Neurokémiai Osztályának vezetője szoros munkakapcsolatban áll a kutatócsoporttal. Éppen akkor tudott felvenni egy doktoranduszt, amikor befejeztem az egyetemet - engem csak "sodort az ár", nem kellett hónapokon át munkahelyet keresnem.

- Hogyan jut retinához?

- A kísérleteimhez izolált retinát használok, tehát "kiszedem" a retinát a kísérleti patkányok szeméből. Általában megpróbálom összehangolni a kísérleteimet olyan vizsgálatokkal, amelyekhez kioperálják a patkány agyát. Az osztályunkon többnyire patkányagyból készítenek szeleteket vagy más preparátumokat, én pedig ilyenkor csatlakozom a kollégákhoz. Így két kísérlet is indulhat egy patkány szerveiből.

- Meddig használható a retina?

- Kezdetben 1-2 óráig tudtam vizsgálni, de mióta a retinát életben tartó folyadékhoz glutamint adok, 6-8 órán át fenntartja válaszképességét.

- Ugorjunk a cím elejére: mi a foszfodiészteráz?

- Enzim. Mint a legtöbb enzimet, ezt is arról a kémiai reakcióról nevezték el, amelyet katalizál: a foszfodiészter-kötések bontását gyorsítja. Jelenleg 11 típusát ismerik. A retinában, pontosabban a retina fotoreceptorsejtjeiben, amelyek a fényt idegsejtek által is használható jellé alakítják át, a 6-os típus található meg. A 6-oshoz legközelebb az 5-ös áll, ez utóbbi elsősorban a péniszben fordul elő; a Viagra hatása a foszfodiészteráz-5 működésének gátlásán alapszik.

Az a vegyület, amelyik gátolja az 5-ös típust, a nagy hasonlóság miatt gátolja a 6-ost is. Feltehetjük a kérdést: a gátlásnak milyen következménye lesz a látásra? Emberek esetében már kiderült, hogy a Viagra "kékes látást" okozhat. Én a Sildenafilt, a Viagra hatóanyagát vizsgáltam: mind a Sildenafil, mind bomlásterméke, a demetil-Sildenafil megnöveli az izolált patkányretina fényre adott elektromos válaszát.

- Ezt várta?

- Nem, éppen az ellenkezőjét. A foszfodiészteráz-6 tagja egy olyan enzimkaszkádnak, amely képessé teszi a fotoreceptort arra, hogy a fényre elektromos választ adjon. Ha ennek a kaszkádnak az egyik tagját kiveszem - gátlás alá helyezem -, azt várom, hogy a retina kevésbé reagál a fényre. Ehelyett a Sildenafil megnövelte fényválaszt.

- Mi az oka annak, hogy gátlás helyett serkentést tapasztaltak?

- Nézzük meg kicsit részletesebben, mi történik a fotoreceptorsejtekben, amikor a fényt idegi jellé alakítják át. A fotoreceptorsejtek membránjában ül a rodopszinmolekula (egy receptor), amely a fény elnyelésének hatására aktiválódik: konformációváltozást idéz elő egy következő molekulában, a G-fehérjében. A G-fehérjék közvetítők a receptor és a sejt belsejében levő effektor között, ez utóbbi pedig a sejten belül továbbítja azt az információt, hogy a receptor elnyelt egy fotont. Az effektor esetünkben nem más, mint a foszfodiészteráz-6. Ez az enzim a cGMP (ciklikus guanozin-monofoszfát) másodlagos, belső hírvivő molekulát bontja el. Tehát amikor a fény elnyelődik, aktiválja a rodopszint, ez aktiválja a G-fehérjét, ez aktiválja a foszfodiészterázt, ez pedig elbontja a cGMP-t. A cGMP koncentrációja csökken: ennek hatására bezáródnak a membránban levő csatornák. Ha ebben a rendszerben bármelyik molekulát, például a foszfodiészterázt "kiütöm" (gátlom), akkor a fény hatására bekövetkező aktivációs sor megszakad. Ezért az enzim gátlásakor kisebb fényválaszt várnék, ahogyan korábban mondtam.

Miért tapasztaltunk mégis aktivációt? Hipotézisünkhöz az 5-ös és a 6-os foszfodiészteráz közötti hasonlóság ad alapot. Ennek felhasználásával Simon Ágnes kolléganőm - aki két éve szintén Akadémiai Ifjúsági Díjat kapott - modellezte a foszfodiészteráz-6-enzimet az ismert 5-ös típus alapján, és megnézte, hogyan kötődnek meg benne a molekulák. A foszfodiészteráz-6-nak van egy olyan "zsebe", amelyben a foszfodiészter-kötés hasítása zajlik, ez a cGMP-molekulákat bontó katalitikus részben (alegységben) található, és van egy olyan része, amely megakadályozza, hogy a cGMP-molekulák bejussanak a kötőzsebbe. A Sildenafil erősebben kötődik ebbe a kis "zsebbe", mélyedésbe, és lassabban is jön ki, mint a cGMP. A Sildenafil ezzel gátolja a cGMP-molekulák hasítását.

A foszfodiészteráz-6 gátló része lefedi a zsebet, de ez a fedél ugrál, nincs mereven lekötve. A zsebbe így akár cGMP-molekula, akár Sildenafil bejuthat. Sötétben a zseb jórészt le van fedve, kevés cGMP vagy gátlószer fér hozzá, tehát a cGMP bontását a fedél és a Sildenafil egyaránt gátolja. Amikor fény éri a fotoreceptorsejtet, és beindul az aktivációs sorozat, a G-fehérje felemeli a fedelet. A gátlószer nagyobb, mint a cGMP, és jelenlétében a fedél nem tud rendesen visszacsukódni. Ezért amikor fényinger érkezik, a fedél sokkal könnyebben felemelkedik. A Sildenafil hatása tehát abban rejlik, hogy megkönnyíti a fényre adott választ: megkönnyíti a fedő lepattanását a kötőzsebről, és elősegíti, hogy távoztával a zsebbe cGMP-molekula kerüljön, amelyet az enzim elhasít. A fény hatására így relatíve több cGMP-molekula bomlik el, mint gátlószer nélkül: ezt észleljük serkentésként.

- A kísérletekből vonható le következtetés az emberi látásra?

- A következtetésekkel óvatosan kell bánnunk: a patkányretina sokban különbözik az emberétől, és azt sem szabad elfelejteni, hogy izolált szövettel dolgozunk.

- Meseírói fantáziáját már csak a kutatáshoz hívja elő?

- Nem lettem író. Időnként kísérletezem írással, de nem nevezném sikeresnek: általában nem tudom befejezni, amit elkezdek. Remélem, egyszer eljutok oda, hogy írásaimmal a tudományt népszerűsítsem. Ezen a téren nagy a kutatók elmaradása.

A népszerűsítést rendkívül fontosnak érzem, mert - akármilyen kis töredéke is a GDP-nek - sok pénz megy el kutatásra. Látnunk kell, hogy az emberek eltartják a tudóstársadalmat és a kutatókat segítő szerelőket, takarítókat, irodai dolgozókat. Ezért a kutatók kötelességének érzem, hogy érthető módon számoljanak be arról, amit elértek vagy el szeretnének érni. A tudományos kutatást ugyanakkor nemcsak az emberi fejlődés, hanem a túlélés szempontjából is alapvetőnek tartom.

S. V.
Smausz Kolumbán Tomi fizikus, az MTA-SZTE Lézerfizikai Kutatócsoport tudományos munkatársa.

- Az olvasók bizonyára fölkapják majd a fejüket: Miért hívják önt Tominak?

- Azért, mert engem Tominak kereszteltek. Talán egyedül én szerepelek ilyen néven Magyarországon. A bevándorlási hivatal átírta a nevemet Tamásra, de amikor állampolgárságot kaptam, Tomiként anyakönyveztek, ahogyan mindig is hívtak. Ebből néha bonyodalmak származnak: nem értik például, miért a "becenevemen" írok hivatalos levelet.

- Honnan került Magyarországra?

- Erdélyből származom, a Szatmár megyei Tasnádszántóról. A kolozsvári Babeş-Bolyai Tudományegyetem fizikus szakáról jöttem át Szegedre diplomamunkát készíteni.

- Hogyan lett fizikus?

- Már kicsi koromtól kezdve izgatott minden természettudományos és technikai érdekesség. Tulajdonképpen informatikus akartam lenni - akkor kezdett divatba jönni az informatika, amikor középiskolába mentem. A szatmárnémeti Kölcsey Ferenc Elméleti Líceumban azonban csak matematika-fizika tagozat indult, az informatika tagozatot nem akkreditálták. Persze, továbbra is informatikusnak készültem, de Boga Katalin - aki szigorú, de jó tanárnő volt - megszerettette velem a fizikát. Versenyekre kezdtünk járni, magyarországi megmérettetéseken is részt vettünk, így végül az egyetemen már fizikus szakra jelentkeztem.

- Hogyan készült a "koprodukciós" szakdolgozat?

- Optikatanárom, Karácsony János régóta kapcsolatban áll a Szegedi Tudományegyetem Optikai és Kvantumelektronikai Tanszékével, ahol Bor Zsolt akadémikus ajánlott diplomamunka-témát. Először negyed- és ötödévben töltöttem Szegeden két-két hónapot. Megtetszett a labor: a kutatás újdonság volt számomra. Ötödév végén jelentkeztem a szegedi doktori képzésre. Felvettek, de "határon túli" ösztöndíjat nem sikerült szereznem Kolozsváron. Ennek ellenére eljöttem Szegedre, s végül Bor professzor úr támogatása mellett, témavezetőm, Hopp Béla és Szörényi Tamás segítségével pályázati pénzekből, néhány hónapos szerződésekkel kezdtem el dolgozni. A tandíjat laboratóriumi gyakorlatok vezetésével "váltottam ki", kollégiumi elhelyezést pedig irodai munkáért kaptam cserébe.

- Otthon románul tanulta a tárgyakat?

- Nem, magyarul. A képzés hasonlított a bolognai rendszerhez: négy év után egyetemi diplomát kaptunk, és csak annak kellett az ötödik évet elvégeznie, aki kutatóként akart dolgozni. Ötödévben mindenki román előadásokra járt, de akkor már kevés óránk volt.

- Díjnyertes dolgozatának címe "Az impulzuslézeres anyagátvitel alkalmazási lehetőségei a biológiában és orvostudományban". Milyen módszert használt a munka során?

- Alapvetően kétféle módszerre támaszkodtam. Az egyik a "lézeres abláció", ami azt jelenti, hogy ha egy elég nagy energiájú impulzuslézerrel "meglövünk" egy céltárgyat, a besugárzott területről atomok, ionok, nanométeres vagy akár mikron méretű részecskék robbannak ki. Ezek helyén éles peremű gödör marad vissza, és ha az elrepülő anyagot felfogjuk egy hordozón, vékonyrétegeket állíthatunk elő.

- Mire való egy ilyen vékonyréteg?

- Különböző bevonatokat készíthetünk belőle, melyek segítségével például szervezetbaráttá tehetjük az emberi testbe beültetendő protéziseket. Ezek anyagaként gyakran használnak titánt, amely általában biokompatibilisnek számít, néha azonban mégis kivált allergiás reakciókat. Ezért hidroxiapatit vékonyréteggel próbálják "természetesíteni" például a titánból készített fogimplantátumokat, mert ennek az anyagnak a szerkezete nagyban hasonlít a csontéhoz. De mi lehetne természetesebb, mint maga a fog? Ezért mi - forradalminak nevezhető - újításként őrölt foggyökerekből készítettünk lézeres eljárással biokompatibilis bevonatot titánmintákra. Az újfajta réteggel kapcsolatos sejttani kísérletek jelenleg is zajlanak.

A másik módszer az "előreirányuló lézeres átvitel" (laser induced forward transfer) - sajnos, magyarul nincs még elfogadott neve. Először a lézer hullámhosszán átlátszó hordozóra fényelnyelő vékonyréteget viszünk fel. Ha ezt "meglőjük" a hordozón keresztül, akkor leválik, és egy megfelelően közel elhelyezett célfelületre átmásolódik. Ennek az eljárásnak a segítségével egy folytonos, egyszerűen előállítható vékonyrétegből mikromintázatot lehet kialakítani a másik hordozón. Mi kidolgoztuk a folyamat módosított változatát, az abszorbeáló réteggel elősegített lézeres átvitelt, melynek lényege, hogy az előbb említett vékonyréteg (általában egy 50-100 nanométer vastag fémfilm) elnyeli a lézerfény energiáját, elforr és magával viszi a felületére felvitt "hasznos" anyagot. Ezzel a módszerrel lehetővé válik a lézersugárzásra amúgy igen érzékeny biológiai anyagok, de akár élő emberi sejtek szabályozott átvitele is. A távoli jövőben talán a szövetet alkotó sejtek homogén sejtkultúráiból emberi szövetet is fel tudnak így építeni, hogy a beteg, sérült részek helyett beültessék a szervezetbe.

Mostanában kezdenek divatba jönni a bioszenzorok. Ezek általában olyan biológiai eredetű anyagokon alapulnak, amelyek bizonyos szennyeződés, vagy a szervezetben betegségek során megjelenő anyagok, antitestek hatására megváltoztatják valamely mérhető fizikai tulajdonságukat: ezáltal egyszerűen kimutathatóvá válnak szennyeződések, vagy akár betegségek is. A lézeres eljárás segítségével többfajta anyag rávihető egyetlen "csipre", így több komponens detektálható.

- Vannak kedvenc munkái?

- Nagyon élveztem a sejtekkel végzett kísérleteket. Először csak olvastunk a módszerről, és nehezen tudtuk elképzelni, hogyan működik, hiszen a sejtek iszonyú gyorsulásnak vannak kitéve: számításaink szerint a gravitáció tízmilliószorosát kell elviselniük. A hordozóra "átlőtt" sejtek mégis elkezdtek osztódni, differenciálódni.

Szintén érdekes a lézeres szórási interferencián alapuló véráramlásmérés, amivel kapcsolatban már végeztünk néhány kísérletet. Ha egy érdes felületet lézerrel megvilágítunk, szemcsés interferenciaképet látunk. Amikor a szóró részecskék elkezdenek mozogni, akkor az interferenciakép változik. A vörös lézer fénye áthatol a bőrön, és a vérben levő vörösvértesteken szóródódik. Az így kialakuló interferenciakép megfelelő rögzítésével és feldolgozásával következtetni lehet a véráramlás sebességére.

A mérés során nem kell behatolni a szervezetbe. Az égett vagy beültetett bőrfelületen anélkül ellenőrizhető a véráramlás, hogy hozzáérnénk a bőrhöz. Léteznek már "érintésmentes", Doppler-effektuson alapuló lézeres mérések, de ezek drágák, és egyszerre csak nagyon kis területet vizsgálnak. Az interferenciás módszerrel gyors változásokat is lehet detektálni nagyobb felületen: például az agyi vagy szemfenéki erek véráramlása is nyomon követhető valós időben. Az eljárással, ami alapvetően egyszerűnek tűnik, mások is kísérleteznek, de kereskedelmi forgalomra alkalmas eszközt még nem állítottak elő. Kutatásaink sikere nagyban függ attól, sikerül-e szűkös tanszéki forrásainkat egyéb financiális támogatással kiegészíteni. Én reménykedem benne, hogy találunk támogatókat.

S. V.
Kredics László a Magyar Tudományos Akadémia Mikrobiológiai Kutatócsoportjának tudományos munkatársa a Szegedi Tudományegyetem Mikrobiológiai Tanszékén.

- Akadémiai Ifjúsági Díját a Trichoderma fonalasgombatörzsek biológiai növényvédelemben való felhasználhatóságának vizsgálatáért kapta. Mi inspirálta arra, hogy hivatásaként a növényvédelemmel kapcsolatos kutatást válassza? A véletlen vagy a tudatos pályaválasztás?

- Édesanyám kertészmérnökként növényvédelmi kutatásokkal foglalkozott, így jóvoltából már gimnazista koromban megismerkedhettem a biológiai növényvédelem néhány gyakorlati alkalmazási lehetőségével, megfigyelhettem, hogyan használják fel például a ragadozó és a parazita rovarokat a kártevő rovarok ellen. Már akkor nagyon tetszett a gondolat, hogy a vegyszeres védekezés alternatívájaként a kártevők természetes ellenségeinek felhasználásán alapuló, környezetkímélő megoldások is alkalmazhatók a növényvédelemben. Amikor aztán szegedi tanulmányaim során megtudtam, hogy az egyetem Mikrobiológiai Tanszékén a biológiai növényvédelemben felhasználható Trichoderma fonalasgombával kapcsolatos kutatások folynak, diplomázóként bekapcsolódtam a Trichoderma-kutatócsoport munkájába, Manczinger László szakmai irányításával. Az Akadémiai Ifjúsági Díjat az Antal Zsuzsannával és Szekeres Andrással közösen végzett, Nagy Erzsébet MTA-kutatócsoport-vezető és Vágvölgyi Csaba tanszékvezető által messzemenően támogatott kutatómunka elismeréseként vehettem át.

- Milyen szervezetek a fonalasgombák, köztük a Trichodermák, és miben különböznek a mindenki által jól ismert kalapos gombáktól?

- A Trichoderma nemzetségbe ivartalan, konídiumnak nevezett spórákkal szaporodó penészgombák tartoznak. A kalapos gombáktól eltérően nem képeznek termőtestet, tehát tönköt és kalapot, megjelenési formájuk csak a gombafonalak szövedékéből álló micélium. Talajlakó szervezetek, ökológiai szerepük az, hogy részt vesznek a humuszképzésben a talajba került elhalt növényi részek lebontása útján. Ebben cellulózbontó képességük játszik nagy szerepet, melyet egyébként a biotechnológiai ipar ki is használ.

- Milyen növényi kártevők ellen érdemes "bevetni" a Trichoderma-törzseket és hogyan pusztítják el a kórokozókat? Alkalmasak lehetnek például olyan, nagy gazdasági károkat okozó növényi betegségek leküzdésére, mint a szőlő szürkerothadása, vagy a gabonaféléinket veszélyeztető fuzáriumos megbetegedés?

- A Trichodermák a gazdanövény parazitáit többféle módon is károsíthatják; például úgy, hogy hatékonyan versenyeznek az élőhelyért és a tápanyagokért a növénykártevő gombákkal, vagy gombaellenes hatású vegyületeikkel közvetlenül gátolják azok életműködéseit, de ezen túl parazitizmusra is képesek. Ez utóbbi rendkívül érdekes folyamat, melyben egy gomba egy másik gombának az élősködője. A Trichoderma ebben az esetben a növénykártevő gomba fonalai köré képes csavarodni, majd mechanikai úton, illetve kitin-, glukán- és fehérjebontó enzimek felhasználásával behatol a "célgomba" fonalainak belsejébe, és tápanyagként felhasználja annak tartalmát. A Trichodermákelsősorban növénykórokozó gombák, például a komoly gazdasági károkat okozó Fusarium, Rhizoctonia, Pythium, Sclerotinia, vagy a szürkerothadásért felelős Botrytis elleni biológiai védekezésben használhatók fel, egyes fajok ezenkívül a növénykártevő fonálférgeket is képesek megtámadni.

- Mekkora áttörést jelenthetnek majd vizsgálati eredményei a nagyüzemi gazdálkodásban, a mezőgazdaságban, vagy kutatásai még csak kísérleti stádiumban vannak?

- A biológiai védekezéssel kapcsolatos igazi áttörés - hazánkban, de a világ legtöbb részén is - sajnos, még várat magára. Bizonyos országokban - például az Egyesült Államokban, Izraelben, Spanyolországban vagy Új-Zélandon - ugyanakkor számos olyan biológiai készítmény van már kereskedelmi forgalomban, amelyek a Trichoderma nemzetségbe tartozó, élő fonalasgombákat tartalmaznak. Kutatócsoportunk vizsgálatai azonban már csak az alapkutatási tevékenység körébe sorolhatók. Az ilyen jellegű termékek fejlesztésének ez az első, de egyben az egyik legfontosabb lépése, mely az ígéretes törzsek kiválasztását, részletes fiziológiai és molekuláris biológiai jellemzését, a biológiai védekezés szempontjából kedvező tulajdonságaik nemesítés útján történő fokozását, valamint a gyakorlati alkalmazásukból eredő esetleges kockázatok felmérését célozza.

- Milyen kockázatokra kell itt gondolnunk? Például arra, hogy ezek a Trichoderma-törzsek ártalmasak lehetnek az emberre vagy az állati szervezetekre?

- A Trichoderma nemzetségnek pillanatnyilag három-négy, a növényvédelem céljaira jó hatékonysággal felhasználható faja ismert. A kockázatot az jelenti, hogy az ezekkel rokon fajok egy része maga is kártevő, illetve kórokozó. A csiperke- és a laskagomba termesztése során hazánkban is egyre gyakrabban fordul elő a súlyos gazdasági veszteséget okozó ún. zöldpenész-tünetegyüttes, melynek kialakulásáért a növényvédelem céljaira felhasználható Trichodermákkal közeli rokonságban álló fajok a felelősek. További Trichoderma-fajok pedig, viszonylag ritkán ugyan, de képesek a legyengült immunrendszerű betegekben súlyos, esetenként halálos kimenetelű fertőzéseket okozni.

- Fontos feladat tehát a nemzetség fajainak pontos elkülönítése, megkülönböztetése egymástól. Hogyan és milyen módszerekkel történik a biológiai védekezés céljaira ígéretes törzsek és a velük közeli rokonságban álló káros törzsek megkülönböztetése?

- A gombatermesztésben károkat okozó, illetve az emberi megbetegedéseket előidéző Trichoderma-törzsek ugyan más fajokba tartoznak, mint a biológiai védekezés céljaira alkalmas törzsek, azonban morfológiai bélyegeik alapján még a gyakorlott kutató számára is nehéz feladat egymástól megkülönböztetni őket. Az egyes törzsek pontos azonosítása céljából ezért molekuláris biológiai módszereket alkalmazunk. Nagy hangsúlyt helyezünk emellett a számunkra káros folyamatokat okozó törzsek részletes vizsgálatára is, hogy az ebből származó információk felhasználásával minimalizálni tudjuk a Trichoderma-törzsek biológiai védekezésben történő felhasználásának kockázatait.

- Ahhoz, hogy a Trichoderma-törzsek bevethetők legyenek majd a növényvédelemben, nagyüzemi méretekben kell élő fajokat ,,előállítani. Feltehetően számos kérdés felvetődik majd a biotechnológiai folyamat során, például az, nem történik-e mutáció a termelés során, ami megváltoztathatja a fajok tulajdonságát,és ezzel hatását, hatékonyságát is?

- A Trichoderma-törzseken alapuló készítmények előállítása fermentációs technológiák segítségével történik. Bár konkrét esetről nincs tudomásom, a hatékonyságot is befolyásoló esetleges mutációk fellépését nem lehet kizárni. Ennek kiküszöbölésére mindenképpen célszerű a gyártási folyamatot a törzs hatékonyságának vizsgálatára irányuló ellenőrzésekkel végigkísérni.

- Alkalmasak lesznek-e ezek a gombatörzsek arra is, hogy segítségükkel visszaszorítsuk vagy megakadályozzuk a behurcolt idegen fajok, például a parlagfű, a selyemkóró, az akác terjeszkedését?

- Az általunk vizsgált Trichoderma nemzetségbe tartozó gombák gyomnövények elleni biológiai védekezésre nem alkalmasak, erre a célra bizonyos rozsdagombafajok felhasználása tűnik ígéretesnek.

- Elképzelhető-e - kutatásai fényében -, hogy a kémiai növényvédelmet lassan kiszoríthatja a biológiai növényvédelem?

- A termesztett növényeket károsító szervezetek, köztük a növénykártevő gombák, világszerte súlyos gazdasági károkat okoznak. Az ellenük való védekezés azonban mind a mai napig elsősorban kémiai növényvédő szerekkel történik, ami nagy mértékben terheli a környezetet és veszélyezteti az emberi egészséget. A biológiai védekezési módszerek mindenképpen alkalmasak lehetnek arra, hogy a kémiai növényvédelmet bizonyos területeken visszaszorítsák, racionalizálják. A biológiai védekezést napjainkban főként integrált növényvédelmi stratégiák részeként alkalmazzák, melyek során a csökkentett mennyiségű kémiai növényvédő szerrel párhuzamosan a növényvédő szerekkel kompatibilis, hatékony biológiai módszereket vetnek be.

- Milyennek látja a hazai kutatás helyzetét, és benne saját lehetőségeit?

- Pozitív fejlemény, hogy Magyarország Európai Unióhoz csatlakozásával új pályázati és együttműködési lehetőségek nyíltak meg a hazai kutatók előtt. Ez azonban messze nem jelenti azt, hogy ne akadna bőven tennivaló hazánkban a kutatás-fejlesztési ágazattal kapcsolatban, hiszen az egyetemek és a Magyar Tudományos Akadémia egyaránt forráshiánnyal küzdenek. Az MTA költségvetési helyzete engem személy szerint is érint, mivel egy akadémiai kutatócsoport kutatójaként tevékenykedem, éppen most nyújtjuk be pályázatunkat a csoport további működésére. Magyarország jelenleg a bruttó hazai termék közel egy százalékát fordítja kutatás-fejlesztésre, ami messze elmarad az Európai Unió által 2010-re kitűzött háromszázalékos céltól. A hazai kutatás méltán elismert versenyképességének megőrzése érdekében ezen változtatni kell. Olyan feltételeket kell teremteni, hogy a külföldi tanulmányútra induló fiatal kutatók ne végleg távozzanak, hanem hazatérve Magyarországon kamatoztassák megszerzett tudásukat és tapasztalataikat. 


- yka -



Természet Világa, 137. évfolyam, 7. szám, 2007. július
http://www.termeszetvilaga.hu/
http://www.chemonet.hu/TermVil/