Bliže smo otkriću bioloških markera za teške oblike COVID-19

U časopisu Journal of translational Medicine krajem prošle godine objavljen je znanstveni rad koji potpisuje i jedna naša znanstvenica. Dr. sc. Martina Bradić, inače iz Križevaca, danas radi na institutu za istraživanje raka Memorial Sloan Kettering u New Yorku i jedan je od autora rada vezanog za istraživanje COVID-19. Na Sveučilištu u Zagrebu završila je studij molekularne biologije, potom je magistrirala biotehnologiju na Agronomskom fakultetu, a onda doktorirala populacijsku genetiku na lisabonskom Universidade Nova. Novi se rad odnosi na prvu longitudinalnu studiju (promatranje istih pacijenata tijekom duljeg razdoblja) epigenetskog profila kritično oboljelih od COVID-19 koji su stavljeni na respirator te prepoznavanje metilacijskog potpisa kojim je moguće predvidjeti preživljenje.

Možete li nam reći nešto više o radu koji ste s kolegama nedavno objavili?

Nedavno sam s kolegama iz Katara objavila znanstveno-istraživački rad u časopisu Journal of Translational Medicine u kojem smo pokazali da su DNK metilacijske promjene na genima koji reguliraju imunitet povezane s preživljavanjem pacijenata koji su bili zaraženi COVID-19 te u vrlo kritičnom stanju. DNK metilacija jedna je od formi epigenetske promjene (to su promjene koje nisu na samom DNK kodu, već promjene koje podrazumijevaju dodatak metilne skupine na citozin bazi na DNK molekuli, koje mogu regulirati ekspresiju gena). Ovo je istraživanje specifično po tome što smo pratili kliničke parametre kod pacijenata na intenzivnoj njezi tijekom duljeg razdoblja. Za to vrijeme uzimani su uzorci krvi prije oporavka ili smrtnog ishoda pacijenata. S obzirom na specifičnost studije, mogli smo napraviti usporedbu između oporavljenih i umrlih pacijenata i pronaći epigenetske promjene koje su se dogodile. Prijašnje su studije pokazale da DNK metilacija ima važnu ulogu u regulaciji gena imunosnog sustava kod pacijenata zaraženih COVID-19. No u svom istraživanju potvrdili smo neke od tih metilacijskih promjena i isto tako pronašli neke nove promjene te smo utvrdili da neke od njih mogu služiti kao potencijalni biološki markeri za teške oblike COVID-19, a što je još interesantnije, neki od tih markera bili su promijenjeni samo kod pacijenata koji nisu preživjeli. Promjene koje smo pronašli još su daleko od kliničke primjene kao biološki marker, ali su svakako korak naprijed u razumijevanju bolesti i nastavljanju novih istraživanja.

Koliko znamo, fauna je vaš osnovni znanstveni fokus, možete li nam nešto više reći o svojim dosadašnjim otkrićima?

Iako sam veći dio svog istraživanja posvetila fauni, dio istraživanja također se odnosi i na mikrobe, no moj osnovni znanstveni fokus nisu specifični organizmi, već genom i promjene koje se događaju u njemu pod utjecajem vanjskih faktora. U svojoj znanstvenoj karijeri tako sam se bavila razumijevanjem genetskih promjena vezanih za prilagodbu na specifične ekološke uvjete, tretman lijekovima ili promjena genoma povezanih s bolešću. Iako sam počela kao molekularni biolog, moj je znanstveni pristup danas isključivo računalnog karaktera i bavim se uglavnom analizom i interpretacijom velike količine podataka koje dobivamo sekvenciranjem genoma. Fokus mojih najranijih istraživanja za vrijeme doktorskog studija temeljio se na promjenama u genomu slijepe pećinske ribe, organizma koji se prilagodio uvjetima života u spiljskom sustavu na lokacijama Srednje Amerike, točnije Meksika. Interesantna je to prilagodba jer se dogodila u nekoliko nezavisnih događaja što su potvrdila moja ranija istraživanja, a to nam je omogućilo istraživanje važnog pitanja, a to je jesu li uvijek isti dijelovi genoma odgovorni za takvu prilagodbu. Tu smo i otkrili da su se ribe prilagodile pećinskim uvjetima pod utjecajem prirodne selekcije te da je gubitak vida povezan s promjenama na istim dijelovima genoma u različitim populacijama riba. No istraživački put odveo me je dalje prema kliničkim istraživanjima. Tako sam neko vrijeme provela proučavajući mehanizme rezistentnosti na antibiotike koji se koriste u liječenju spolno prenosivih bolesti. Poslije se zaredao niz projekata vezanih za dijabetes, fibrozu pluća, a nedavno i COVID-19. U njima smo također izučavali genetske ili epigenetske mehanizme vezane za te bolesti koristeći kliničke podatke pacijenata te genomske i računalne tehnike. Od nedavno radim na institutu za istraživanje raka Memorial Sloan Kettering kao računalni biolog na projektima koji su od izrazite kliničke važnosti za liječenje raka, točnije sarkoma – kancerogenih tumora vezivnog tkiva. U tim istraživanjima koristimo informacije o genetskim mutacijama pacijenata i proučavamo kako te mutacije regiraju na tretman lijekovima. Najviše smo zapravo fokusirani na imunoterapiju, pristup liječenju kojim se aktivira imunološki sustav pacijenta kako bi se sam mogao boriti protiv raka. Sa kolegama sa instituta sam također objavila nekolicinu radova koji su značajni za individualnu terapiju pacijenata sa sarkomom koji imaju specifične promjene u genomu, a trenutno završavamo istraživanje u kojem smo pokazali da u sarkoma pacijenata aktivacija transpozona- (elemenata u ljudskom genomu koji su virusnog porijekla) može izazvati imunološki odgovor protiv stanica raka što će svakako omogućiti testiranje novih lijekova za ovu vrstu karcinoma.

Često se govori o šestom izumiranju, napisano je i nekoliko knjiga, jesmo li doista toliko 'krivi' za ovo stanje u prirodi? Koja je stvarna istina o životinjskim vrstama danas?

Kao prvo mislim da je važno napomenuti da je izumiranje vrsta dio normalnog evolucijskog procesa te se događa konstantno. Evolucija se zapravo događa zahvaljujući ravnoteži izumiranja – kraja jedne vrste i specijacije – evolucijski proces nastajanja nove biološke vrste. Znanost je do sada utvrdila koja je stopa izumiranja u određenom razdoblju "normalna" što se naziva i "background rate", no postoje razdoblja kada se to izumiranje događalo po puno većoj stopi – to se onda zove masovno izumiranje. Masovno izumiranje govori nam da su se dogodile određene promjene u prirodi koje su to uvjetovale. Do sada se dogodilo pet takvih masovnih izumiranja, a svih pet posljedica su prirodnih fenomena (npr. vulkanske aktivnosti i sl.). Šesto je pak izumiranje, ako se dogodi po predviđanju mnogih, posljedica djelovanja čovjeka na okoliš. Činjenica je da je čovjek svojim djelovanjem već ugrozio jako velik broj vrsta što su pokazala mnoga istraživanja, a glavno je pitanje je li ta brojka viša od one "normalne". U znanstvenom svijetu vode se velike rasprave o metodama koje se koriste i organizama koji se uzimaju za procjenu tih stopa. Izumiranje nije evidentno kod svih vrsta, ali po mnogim procjenama jako puno vrsta iznad je te normalne stope izumiranja i bioraznolikost se općenito izuzetno smanjila što upućuje na to da smo vjerojatno ušli u šesto izumiranje.

Koje su razlike između Amerike i Europe kada je o znanosti riječ i jesu li velike?

To je vrlo široka tema i svakako ne bih voljela generalizirati, već samo govoriti o vlastitim iskustvima na temelju svog rada u nekoliko institucija u Europi i Americi. U Americi definitivno ima više mogućnosti, radnih mjesta, novca za istraživanja koji uvelike dolazi ne samo iz nacionalnog instituta za znanost nego i velikog broja privatnih donora I farmaceutske industrije. Međutim i kompeticija je svakako puno veća jer se ovdje za financiranje projekata i za radna mjesta na institutima i sveučilištima natječete s daleko više ljudi. Ovdje ne postoji stalan posao kao što smo mi to možda u Hrvatskoj naučili i gotovo svaka znanstvena pozicija na ovaj ili onaj način ovisi o tome koliko se novca slijeva u instituciju putem projekata. Prema mojim iskustvima također mislim da je akademska zajednica u Americi znatno manje formalna od Europe. Ovdje se puno više cijene ideje negoli titule, a i entuzijazam prema stvaranju novih ideja i isprobavanju novih rješenja mnogo je veći. Mislim da u Europi ima puno više stava: "Ma to sigurno neće uspjeti, zašto uopće trošiti vrijeme", dok će u Americi reći: "Zvuči odlično, pokušajmo". Ulaganje u "high risk-high return" puno je veće što svakako ima golem utjecaj na nova otkrića, no možda je razlog samo to što si institucije ovdje to mogu i priuštiti.

Reklo bi se kako su određena hrvatska područja i habitati doista sačuvani. Gdje se skrivaju možda najveće tajne u nas?

Poznato je da Hrvatska vrvi autohtonom florom i faunom. Naša je zemlja jedinstvena po tome što ima vrlo veliki broj otoka koji su odvojeni habitati, često specifični po svojoj mikroklimi, što svakako pogoduje razvoju jedinstvenih oblika flore i faune. To su pravi genetski resursi za proučavanje od kojih bismo mogli svašta naučiti iz područja evolucije. No rijetko koja država na svijetu ima toliko površine u krškom području kao Hrvatska. Mislim da imamo negdje oko nekoliko tisuća spilja i jama. Ja sam tu vjerojatno pomalo pristrana jer sam provela velik dio svog istraživanja na genetskoj adaptaciji na spiljske uvijete, no spilje zasigurno skrivaju veliki broj endemskih vrsta, jer se te vrste moraju prilagoditi životu u specifičnim uvjetima kao što su vječni mrak, nedostatak hrane, niska i stalna temperatura te velika vlažnost zraka. Zbog tih uvjeta spiljski su organizmi razvili i različite promjene poput gubitka vida, pigmentacije i slično te su odličan model za proučavanje općih načela evolucije kao i mehanizama adaptacije na okoliš.

Razvoj životinjskog svijeta u prirodi skriva i brojne tajne evolucije. Koliko smo danas blizu konačnom odgovoru o evoluciji prirode i čovjeka?

To je zaista vrlo kompleksno pitanje za koje teško da postoji konačan odgovor. Naprotiv, smatram da nam tehnološki razvoj u biologiji zapravo otvara sve više i više pitanja. Prije razvoja genomskih tehnika kojima možemo danas učinkovito izolirati i sekvencirati DNK iz organizama mnogi odgovori vezani uz evoluciju su nam bili nedostupni, posebno kad se radi o evoluciji čovjeka jer malo je eksperimenata koje tu možemo provoditi. No iz genomskih podataka prikupljenih iz različitih ljudskih populacija i paleontolških nalaza, te matematičkih modela istih do danas smo naučili zaista puno o tijeku evolucije čovjeka, za što je i dodijeljena Nobelova nagrada 2022. Kad se radi o evoluciji prirode i organizama tu svakako govorimo o dinamičkom, a ne statičkom procesu. Priroda se konstanto mijenja i te promijene utječu na fiziološke, a na poslijetku i na genetske promjene organizama koji tu žive. Uzmimo za primjer bolesti. Zapravo je svaka bolest koja se pojavljuje u ljudskoj ili životinjskoj populaciji novo evolucijsko pitanje. Dobar primjer je tu opet Covid gdje se može postaviti pitanje -zašto su pojedine populacije ili pojedinci otporniji na bolest, ili pak s druge strane kako virus evoluira i konstantno stvara nove mutacije ne bi li bio uspješan inficirati domaćina. I tu su evolucijska istraživanja imala važnu ulogu u pronalasku da ljudi sa genetskom varijantom na trećem kromosomu koja potječe od europskog neandertalca imaju učestaliju hospitalizaciju i teže oblike bolesti. A što se virusa tiče, tu također vidimo da se on konstanto mijenja (evoluira) pod utjecajem vanjskih čimbenika što je u ovom slučaju cijepivo i lijekovi koje koristimo. Mi danas imamo prilično dobre tehnologije i matematičke modele koji nam omogućavaju otkrivati beskonačne tajne evolucije.

Koje svoje istraživanje držite najvažnijim?

Smatram da su moja ranija istraživanja na konvergentnoj evoluciji slijepe pećinske ribe imala važnu ulogu u “otvaranju vrata” za mnoga druga istraživanja. Razlog tome je da smo tim istraživanjima utvrdili da je ova vrsta ribe nastanila pećine za vrijeme dva različita geološka razdoblja i da se prilagodila na pećinske uvijete u pet nezavisnih događaja te smo detaljno opisali genetičku raznolikost i povezanost između tih populacija. Zbog toga možemo sad ove nezavisne populacije koristiti kao svojevrstan evolucijski eksperiment u prirodi i one nam omogućavaju da koristimo ovu ribu kao model organizam za istraživanje genetskih osnova i evolucije mnogih svojstava koja su nastala kao prilagodba na spiljske uvijete. Tako se sada ova riba koristi kao model u razumijevanju metaboličkih promjena, dijabetesa, biologije spavanja i sl. No također smatram da moja trenutna istraživanja vezana uz imunoterapiju sarkoma imaju također iznimnu važnost jer svaki i najmanji pomak u razumijevanju procesa koji omogućuju uništavanje stanica raka po meni je više nego impresivan jer ima direktan učinak na ljudske živote.