Istaknuti naučnik u oblasti genomike i biotehnologije, profesor dr Miodrag Grbić bio je gost Dana naučne dijaspore 2024, koji su održani u okviru Festivala umjetnosti, nauke i kulture (FUNK) Univerziteta Crne Gore. Tim povdom, razgovarali smo sa profesorom Grbićem kao nekim ko već godinama doprinosi razvoju nauke na međunarodnom nivou i sarađuje sa akademskom zajednicom u Crnoj Gori.
Profesor Grbić je vanredni profesor na Univerzitetu Zapadni Ontario (Kanada) i rukovodilac programa genomike zglavkara i poljoprivrednih genoma. Diplomske i magistarske studije završio je na Univerzitetu u Novom Sadu, dok je doktorsku titulu stekao na Univerzitetu Wisconsin-Madison, SAD. Nakon postdoktorskih studija na Univerzitetu u Kembridžu, UK, osnovao je svoju laboratoriju u Kanadi.
Veliki je zaljubljenik u Boku Kotorsku gdje često boravi.
Predvodio je tim koji je prvi sekvencirao genom helicerata (paukolike životinje) – dvotačkaste grinje Tetranychus urticae, jednog od najvažnijih poljoprivrednih štetočina. Kao gostujući profesor na Univerzitetu Crne Gore, Univerzitetu La Rioja u Španiji i Univerzitetu u Beogradu, profesor Grbić aktivno doprinosi razmjeni znanja između Crne Gore i međunarodne naučne zajednice. U ovom intervjuu otkriva detalje o svojim istraživanjima, značaju održivih nanomaterijala i mogućnostima za primjenu naučnih dostignuća u Crnoj Gori.
Saradnja sa naučnicima Crne Gore
PR UCG: Na koji način ste povezani sa UCG i Crnom Gorom? Da li postoje neki tekući ili planirani projekti koji uključuju naučnu zajednicu u Crnoj Gori?
PROF. DR GRBIĆ: Od prošle godine moja supruga, dr Vojislava Grbić, takođe molekularni biolog, i ja smo gostujući profesori na UCG na inicijativu rektora dr Vladimira Božovića. Trenutno radimo na genomskom projektu porijekla Kratošije i jednoj nevjerovatnoj genomskoj priči – kako je, vjerovatno iz Crne Gore, Kratošija prenesena u Italiju kao Primitivo i u Kaliforniju kao Zinfandel. Ovo radimo sekvencirajući genome Kratošije, Zinfandela i Primitiva, kao i uzoraka iz Hrvatske, poslednjim tehnologijama „long-range sequencing“ u saradnji sa Španijom i pravljenjem filogenetske mape odakle je Kratošija potencijalno donesena u Ameriku. Ovo je takođe pokrenuto sa crnogorske strane od dr Božovića, i nadam se da bi, ako neki crnogorski doktorand dobije stipendiju iz Crne Gore, mogao da radi na ovom projektu u Španiji.
PR UCG: Kao gostujući profesor na nekoliko univerziteta, uključujući Univerzitet Crne Gore, kako vidite potencijal za saradnju i razmjenu znanja između Kanade i Crne Gore u oblasti biotehnologije i genomike?
PROF. DR GRBIĆ: Potencijala ima, ali koliko će se iskoristiti, to je veliko pitanje. U Crnoj Gori, u saradnji sa Španijom, uradili smo genomsku karakterizaciju genetskog diverziteta vinove loze u kolaboraciji sa Plantažama i timom dr Vesne Maraš. To istraživanje je objavljeno 2020. godine u Nature Scientific Reports.
U tom trenutku Crna Gora je imala najbolje karakterisanu genetiku vinove loze u okruženju i potpuni pedigre svih vinovih loza. Pronašli smo 51 sortu vinove loze nepoznatu nauci, utvrdili da je pedigre vinove loze po genetskoj strukturi sličan sa Bordoom, Burgundijom i La Riojom, gdje je jedna dominantna sorta (u slučaju Crne Gore, Kratošija) osnova pedigrea, i utvrdili smo genetske roditelje Vranca. Međutim, ovo otkriće, koje je stvorilo resurse za tipično crnogorsko vinogradarstvo za sledećih 150 godina i borbu protiv klimatskih promjena, prošlo je praktično nezapaženo. Još gore, Odsjek za istraživanje Plantaža je ukinut, pod parolom „ne treba nam nauka“, dr Maraš je napustila Plantaže i, umjesto da se ovaj sektor, koji ima izuzetne resurse, razvija, trenutno ne znamo šta se dešava sa ovim sortama koje smo spasli od nestajanja. Ohrabrujuće je da čujemo da Plantaže ponovo formiraju „rasformirani“ sektor za razvoj. Ovo samo ilustruje da, iako se nekada radi vrhunska nauka, ako društvo nije spremno da je implementira… džaba smo krečili. Jedan strani kolega mi je rekao: „Da je ovo otkriveno u Francuskoj, podigli bi vam spomenik.“ Međutim, veoma je važna edukacija firmi i građana da shvate kako se nauka može implementirati u praksi, jer je osnova tehnologija 21. veka genomika.
PR UCG: Učestvujete na “Danima naučne dijaspore” na Univerzitetu Crne Gore. Kakav je značaj ovakvih događaja za povezivanje istraživača na globalnom nivou i koliko oni mogu doprinijeti napretku oblasti poput genomike i nano-materijala?
PROF. DR GRBIĆ: Ova ideja o Danima dijaspore bila je odlična inicijativa dr Veljka Milutinovića, člana CANU-a, koja je sada već uzela zamah. Za malu zemlju sa bogatom naučnom dijasporom, važna je ova komunikacija kako bi se uhvatio priključak sa svjetskom naukom i obezbijedila razmjena znanja i ideja. Mislim da je ilustrativan primjer da privreda treba da bude spremna da usvoji i iskoristi rezultate nauke. Materijal vinove loze o kojem smo govorili zahtijeva dodatne eksperimente, karakterizaciju sorti, mikrovinifikaciju, izbor sorti za nova vina, klonsku selekciju, tako da sama nauka može da donese rezultate, ali ako se oni ne primijene u privredi, ostaju samo naučni rad i papir na kojem su napisani. Potencijalna dobrobit od nauke vraća se društvu samo kroz ekspanziju privrede i jačanje ekonomije i turizma.
Svila paukove grinje: Prirodni nanomaterijal budućnosti
PR UCG: S obzirom na široke primjene nanomaterijala, kako vidite upotrebu prirodnih nanomaterijala dobijenih iz svile paukove grinje u oblastima poput medicine, poljoprivrede ili industrije?
PROF. DR GRBIĆ: Upotreba nanomaterijala doživljava nevjerovatnu ekspanziju u mnogim sektorima. Nanomaterijali se traže u poljoprivredi za aplikaciju đubriva i pesticida, u industriji deterdženata za nosače enzima, u kozmetičkoj industriji i najviše u biomedicini i farmakologiji. U 2021. godini tržište nanomaterijala u farmaceutskoj industriji iznosilo je 136 milijardi dolara. Naročito iz perspektive „zelene tranzicije“ traže se nanomaterijali koji neće zagađivati čovjekovu sredinu i koji neće imati negativna dejstva na živi svijet. Pošto je pregljeva svila prirodan nanomaterijal proteinskog sastava, definitivno njegov potencijal primene postoji u svim ovim sektorima.
PR UCG: S obzirom na sve veće interesovanje za održive i ekološki prihvatljive materijale, kako zamišljate budućnost prirodnih nano-materijala i kakav uticaj mogu imati na industrije koje trenutno zavise od sintetičkih alternativa?
PROF. DR GRBIĆ: Odlično pitanje, a odgovor bih počeo sa citatom: “Prediction is very difficult, especially about the future” Nielas Bohr-a. Trenutna mantra je “zelena tranzicija” i ovaj pristup je nešto što je ključno da pokuša da zaustavi klimatske promene koje smo u Antropocenu prouzrokovali putem “neodrživog razvoja”. Da li je za to već kasno, ne znam, a najgore je što u razgovoru sa ljudima u Crnoj Gori mnogi toga još nisu svJesni. No, da se vratimo na temu: ekološki prihvatljivi materijali u svim segmentima društva su ključni, od građevinarstva do medicine i industrije u širem smislu. U ovom sektoru genomika igra ključnu ulogu, jer u principu svi ovi materijali bi trebalo da budu prirodnog porijekla. Nema “zlatnog metka” kojim će nauka promijeniti svijet, već treba maksimalno smanjivati efekte staklene bašte, konzervirati energiju i odnositi se domaćinski prema prirodi. Pođimo od malih stvari. Samo jedan primjer: vuna od ovaca se u Crnoj Gori spaljuje! Ova vuna, pregledajući literaturu, može da se koristi za proizvodnju izolacionog “ekološkog” materijala u građevinarstvu. Prema tome, umjesto spaljivanja i emitovanja gasova staklene bašte, stimulacija sektora zelene tranzicije u Crnoj Gori mogla bi da krene od korišćenja ovog resursa, recikliranja, nekorišćenja plastičnih kesa koje proizvode mikro i nano plastiku u prirodi, koju na kraju konzumiramo i koja je povezana sa nizom oboljenja. Takođe, sadnja, a ne krčenje vinograda i višegodišnjih poljoprivrednih kultura doprinosi sekvestriranju ugljenika i smanjenju efekata staklene bašte. Ovo je ekološka alternativa za koju Crna Gora ima veliki potencijal, ako može da se odupre nekontrolisanoj gradnji i betoniranju koji rade suprotno. Tako da ne bih želeo da predviđam bombastičnu futurističku viziju, već da kao društvo krenemo od naoko malih stvari i razvijamo zelenu i održivu svest te sa mnogo malih pomaka napravimo kvantni skok.
Inspiracija za istraživanje
PR UCG: Šta vas je inspirisalo da istražujete baš ovo područje nano-materijala dobijenog iz svile paukove grinje i kako se ovaj materijal razlikuje od drugih sintetičkih nanomaterijala?
PROF. DR GRBIĆ: Ideja je proizašla iz dva izvora: prvi je bio genomika, jer je naš konzorcijum 2006. godine dobio, u konkurenciji od 500 projekata iz cijelog svijeta, finansiranje od američkog Ministarstva energije za projekat da sekvencira prvi genom Helicerata (druge najveće grupe terestrijalnih organizama posle insekata, koja uključuje potkovičaste krabe, škorpije, pauke, pregljeve i krpelje [https://jgi.doe.gov/news_11_11_23/]) koju je predstavljao naš model organizam, koprivin pregalj, Tetranychus urticae, jedna od najznačajnijih štetočina u poljoprivredi. Ovaj projekat je stvorio prvu sekvencu genoma Helicerata s idejom da se razviju metode bazirane na genomskim tehnologijama za suzbijanje koprivinog preglja, jednom riječju da mu nađemo “Ahilovu petu” baziranu na analizi genoma. Međutim, za mene kao evolucionog biologa koprivin pregalj, koji se na engleskom zove Two-spotted spider mite (pregalj-pauk), predstavljao je evolucionu zagonetku. Kao što znamo, pauci predu paukovu mrežu satkanu od proteina fibroina, koji se smatra jednim od potencijalno najinteresantnijih biomaterijala. Međutim, akarine/pregljevi ne predu svilu i, na primjer, svima poznata kućna grinja ne prede svilu. Kopkalo me je kako koprivin pregalj prede svilu, zbog čega se i zove pregalj-pauk. Mora da ima u genomu gene za fibroine koji prave svilu, i pošto smo sekvencirali genom, uspjeli smo da ih pronađemo. Tako da se ovaj projekat razvio iz čiste naučne znatiželje s idejom da odgonetnemo ovu zagonetku. Kada smo imali genom, mogli smo da počnemo…
PR UCG: Nanomaterijali imaju brojne primjene, ali mnogi sintetički nanomaterijali izazivaju zabrinutost za zdravlje. Možete li nam objasniti kako prirodni nanomaterijali dobijeni iz svile paukove grinje mogu riješiti ove probleme i koje potencijalne prednosti nude?
PROF. DR GRBIĆ: Kada smo počeli da analiziramo ovu svilu u Belgiji koristeći tehnologiju koja je razvijena za paukovu svilu, naišli smo na mnoge teškoće. Prvo, ova svila, kada smo je stavili na osjetljive vage, skoro da nije imala težinu. Kada smo htjeli da je stavimo u uređaje koji su se koristili za mjerenje izdržljivosti paukove svile, ovo nije bilo moguće, pošto je ova svila bila skoro nevidljiva. Posle smo pokušali s hemičarima da je razložimo, ali enzimi koji bi trebali da „sijeku“ proteine nisu funkcionisali, pa ni uobičajene baze i kiseline. Belgijski saradnici su nam rekli da je ovaj materijal nemoguć za rad i da ne možemo ništa da uradimo. To je ostalo tako dok nismo otišli u Španiju i dok nismo pukom slučajnošću naišli na nano-specijalistu dr. Mariselu Velez (inače suprugu dr Jose Miguela Zapatera, s kojim smo radili genetiku vinove loze u Crnoj Gori). Kada je Marisela vidjela svilu, oduševila se govoreći mi: „Ovakav uniforman biomaterijal nikada nisam vidjela, izgleda kao niti karbonskih vlakana.“ Kada je uređajima koji se koriste u nano-tehnologiji izmjerila prečnik niti i njihovu rezistentnost, ispostavilo se da se radi o prirodnom, proteinskom bio-nano-materijalu, duplo jačem od svile pauka. Ovaj rad o genomu i prvim karakteristikama svile objavljen je 2012. u časopisu Nature.
Trenutno smo svi izloženi mikroplastici, što je jedan vid zagađenja čovjekove sredine plastikom. Međutim, u mnogim proizvodima, od kozmetike i poljoprivredne hemije do medicine, koriste se ili neorganski nanomaterijali (titanijum dioksid, cink oksid, srebro u različitim formama, silika) ili sintetički nanomaterijali kao polistiren ili sintetički nanomaterijali bazirani na ugljeniku. Svi ovi sintetički i neorganski nanomaterijali mogu da izazovu zapaljenja, toksičnost za ćelije, oksidativni stres ćelija i tkiva i da se nagomilavaju u tkivima, indukujući patološke procese. S druge strane, potreba za nanomaterijalima, naročito u medicini, je sve veća – od nano-molekula za praćenje transplantiranih ćelija do sistema za dirigovanu „isporuku“ leka u pojedina tkiva ili tumore, ili nano-nosača za vakcine. Naš nanomaterijal, proizveden od prirodne svile preglja, pokazao se da nije citotoksičan i da se usvaja od strane ćelija raka u „in vitro“ kulturi. U principu, on bi kao materijal proteinskog porijekla pripadao „zelenim nanomaterijalima“, koji bi trebali da budu razgradljivi na pojedine aminokiseline i materijal koji ne bi trebao da izazove imuni odgovor pri korišćenju na ljudima, što bi bilo idealno za nano-medicinu.
PR UCG: U svojoj prezentaciji pominjete korišćenje kombinacije genomike, ćelijske i molekularne biologije i biotehnologije za razvoj ovog nano-materijala. Možete li jednostavno objasniti kako se ove oblasti uklapaju u vaše istraživanje?
PROF. DR GRBIĆ: Genomika je baza tehnologija budućnosti. Ilustrovaću ovo kao jedan primjer kako možemo da proizvodimo ove nanomaterijale industrijski, bazirane na sekvenci genoma. Naime, izdvajati i proizvoditi svilu u prirodi od strane preglja nije ekonomično. Međutim, kada znamo sekvencu gena fibroina, koji gradi svilu, možemo da ovaj gen prebacimo u bakterije ili kvasce i da proizvodimo ovaj materijal u bioreaktorima, gdje bi ovi organizmi proizvodili proteine svile. Ovo bi bilo ekonomično, kvalitet proizvoda bi bio homogen i bilo bi moguće povećati proizvodnju do industrijskog nivoa. Međutim, ovo nije jednostavan proces. Treba napraviti konstrukciju gena koji će biti u stanju da pravi nanopartikule, treba znati svojstva pojedinih djelova ovog složenog proteina, taj DNK konstrukt treba ubaciti pod kontrolu određenog promotora kod kvasaca ili bakterija, optimizovati proizvodnju u bioreaktoru, napraviti proceduru za prečišćavanje ovog proteina iz „supe“ svih proteina u bioreaktoru, tako da to sve predstavlja jedan multidisciplinarni projekat koji uključuje stručnjake za strukturu proteina, molekularne biologe, bioinformatičare, genetičare kvasaca i bakterija i stručnjake za analizu dobijenih nanopartikula.
PR UCG: Vaš rad na sekvenciranju genoma dvotačkaste grinje predstavljao je značajan podvig. Kako je ovo genomsko znanje uticalo na razvoj novih nano-materijala i sa kakvim ste se izazovima suočili tokom tog istraživanja?
PROF. DR GRBIĆ: Sekvenciranje genoma i očitavanje niza nukleotida A, T, C i G u molekulu DNK bilo kog organizma (koji predstavlja naše „uputstvo za upotrebu“) i, po analogiji sa kompjuterskom terminologijom, predstavlja „softver“ koji govori kako organizmi kao biohemijske mašine funkcionišu. Ova sekvenca nukleinskih kiselina u molekulu DNK određuje nasledne osobine i biohemijske odlike jednog organizma. Kompletna sekvenca genoma jednog organizma sadrži u sebi sve informacije neophodne za razvoj organizma, njegovo ponašanje, fiziologiju, biohemijske procese koje organizam može da izvrši, sve do podataka o njegovoj otpornosti na bolesti i nasledne osobine koje će se preneti na potomstvo. Sekvenciranje genoma koprivinog preglja, koje je počelo 2006. godine, a završeno 2009. (rad je objavljen u Nature 2012), predstavlja prvi genom Helicerata, druge najbrojnije grupe organizama na zemlji, i jedan od prvih genoma jedne od velikih štetočina u poljoprivredi. Genom je, u principu, bilo lako sekvencirati kada je dobijen grant za to. Međutim, najteži dIo je predstavljalo sastavljanje i anotiranje genoma, interpretacija gena i razumevanje biologije ove vrste bazirane na genomskoj sekvenci, kao i u nekoj mjeri skepticizam u naučnim krugovima da je jedna „banalna štetočina u poljoprivredi“ postala prvi genom u okviru ove grupe. Puristi su željeli genom pauka ili škorpiona bez ekonomskog značaja, međutim, naša orijentacija na ekonomski važnu štetočinu se pokazala kao ispravna i omogućila je brz transfer fundamentalne nauke u aplikativne tehnologije, uključujući i svilu, a i novi način ekološkog suzbijanja ove štetočine koristeći RNAi kao metod za isključivanje gena ove štetočine (predavanje dr. Vojislave Grbić na kongresu dijaspore).
Rad sa mladim istraživačima
PR UCG: Kako svoja istraživanja integrišete u nastavu i mentorišete mlade naučnike?
PROF. DR GRBIĆ: U nastavi se trudim da uključim naše rezultate istraživanja i da zainteresujem studente da se uključe u naše projekte. Interes i entuzijazam su ključni. Kao gostujući profesor u Španiji, Srbiji i Crnoj Gori, gde inače izvodimo neke genomske projekte, pokušavamo da uključimo studente direktno u istraživanja. Međutim, ovo nije jednostavno, pošto studenti moraju da imaju osnove iz molekularne genetike, bioinformatike i potreban im je trening pre nego što mogu da se uključe u istraživanja. Takođe, život u nauci nije lak i mogu da vidim kako su se interesi i karijere omladine promenili. Naročito mi je bilo ilustrativno, po povratku iz Amerike 1997. u naše selo u Boki, da vidim kako su se od ranijih karijera mlađeg naraštaja u bivšoj Jugoslaviji, gdje su djevojčice htjele da budu ljekari ili nastavnici, a dječaci inženjeri ili kosmonauti, promijenile želje. Kada sam djecu u selu pitao šta žele da budu kada odrastu, djevojčice su željele da budu pjevačice ili manekenke, a dječaci mafijaši. To je bila frapantna profesionalna i karijerna promjena, ali to odražava promociju i vrednovanje različitih profesija u društvu.
PR UCG: Koje vještine smatrate najvažnijim za mlade naučnike zainteresovane za karijeru u ovoj interdisciplinarnoj oblasti?
PROF. DR GRBIĆ: Za mlade naučnike najvažniji su volja, interes i naučna radoznalost. Sve ostalo se može naučiti, a naravno i engleski jezik, kako bi mogli pratiti svjetsku nauku.
