A proteinek hordozzák az életet, megértésükhöz pedig látnunk kell őket háromdimenziós valójukban, vallja Perczel András fehérjekémikus, az idei Bolyai-díj kitüntetettje. Az egyetemi tanár szerint az oktatásnak kapcsolatot kell teremtenie az ijesztően komplexszé lett világ és az emberek között.
Perczel András szerves kémikus, a Magyar Tudományos Akadémia levelező tagja 1959-ben született Budapesten. 1985-ben diplomázott vegyészként az Eötvös Loránd Tudományegyetemen (ELTE). A diplomaszerzés után az ELTE szerves kémia tanszékén helyezkedett el. Jelenleg is ott dolgozik, 2001-től egyetemi tanárként. Szakterülete a fehérjék és a peptidek szintézise, spektroszkópiai vizsgálata és térszerkezetük kutatása. Több mint 170 tudományos tanulmányt írt, az idén Bolyai János alkotói díjjal tüntették ki.
Leggyakrabban a DNS kapcsán kerül be a hírekbe a modern molekuláris biológiai, szerves kémiai kutatás. A fehérjék háttérbe szorulnak, talán kissé unalmasnak is tűnnek. Miért fontosak mégis?
– Éppen az mutatja a fehérjék jelentőségét, hogy már sok mindent tudunk róluk. Az utóbbi évtizedekben pedig több olyan módszert fejlesztettek ki, amelyek szélesre tárták a fehérjekutatás lehetőségeit. Rá tudunk bírni baktériumokat, hogy a nekünk tetsző fehérjéket állítsák elő, az úgynevezett magmágneses rezonanciát, NMR-t alkalmazó berendezéssel és a röntgenkrisztallográfia segítségével pedig a fehérjék háromdimenziós alakját, szakszóval a térszerkezetét is meg tudjuk határozni. Jogosan merül föl tehát a kérdés: hogyan tovább? Ha a DNS-molekula hordozza az információt, akkor a fehérjék hordozzák magát az életet. Az élő szervezetek működését ugyanis fehérjék irányítják, és az összes betegség gyógyítása fehérjékhez kapcsolható kérdéseket, kihívásokat vet föl. Amikor például a gyógyszermolekula megközelíti a célsejtet, ott egy receptorfehérjéhez kötődik először.
– Jobban értjük a fehérjék működését, mint az örökítőanyagét?
– Ez koránt sincs így. Ahhoz, hogy a legegyszerűbb baktériumok működni tudjanak, négy-öt ezer fehérjének kell tökéletesen együttműködnie, térben és időben pontosan koordinálva. Amikor Craig Venter nemrég megrázta a világot azzal, hogy mesterségesen hozott létre bakteriális genomot, a szintetizált kromoszómát ő is lefagyasztott baktériumokba ültette be. Azokban már készen volt a DNS utasításait végrehajtani képes fehérjekészlet, ezt ugyanis jelenleg még képtelenek vagyunk mesterségesen előállítani. A fehérjék világa nagyon sokszínű, ma már milliós nagyságrendben ismerünk fehérjéket, amelyek mind különböznek egymástól. Ennek ellenére azt gondoljuk, hogy a valószínűleg létező fehérjetípusoknak csak a tizedét ismerjük. És az sem mindegy, hogy mit nevezünk ismeretnek. Nem elég ugyanis tudnunk, hogy milyen aminosavak hosszú sora épít föl egy fehérjét, ha nem ismerjük az egész molekula alakját, téralkatát, nem érthetjük meg igazán a működését.
– Összevethető a fehérjekutatás fejlődése a DNS vizsgálatának tempójával?
– E két tudományterület jórészt párhuzamosan halad. Ne gondoljuk azonban, hogy a DNS-t már „értjük”. Ha a sejtekben lévő DNS-molekulát kihúznánk egyenesre, egyméteres fonalat kapnánk. A sejt mérete azonban ennek milliomodrésze, a mikrométeres tartományba esik. Hogy van ez a molekula olyan ügyesen összetekerve, hogy bármikor leolvasható maradjon róla az információ? Erről csak sejtéseink vannak. Az évtizedek tudományos eredményei azonban tetten érhetők a díjakban. Az utóbbi időszak orvosi és kémiai Nobel-díjainak felét fehérjekutatásért vagy a kutatás során alkalmazott technikák kifejlesztéséért adták. A fehérjék jelentősége tagadhatatlan, és jobban is kutathatók, mint sok más makromolekula.
– Ahogy a legtöbb sikeres kutatóról, önről is az a történet járja, hogy már a gimnáziumban is doktoranduszokat megszégyenítő kutatást folytatott.
– Ahogy minden legendának, ennek is van valóságtartalma. Érettségi után ebben az intézetben (az Eötvös Loránd Tudományegyetem szerves kémia tanszéke – M. Cs.) lettem laboráns, és itt hatalmas hagyománya volt a peptidkémiának. A peptidek aminosavegységekből felépülő láncszerű molekulák, mondhatni, a fehérjék darabjai. Így „környezeti hatásra” kezdtem polipeptidekkel foglalkozni rögtön az egyetemre kerülésemkor. Még pontosabban a téralkatuk érdekelt, tehát hogy hogyan tekeredik föl a lánc, hogy kialakuljon a molekula térbeli alakja.
– A fehérjék, bár a molekulák között óriások, szemmel, sőt fénymikroszkóppal is láthatatlanok. Hogyan lehet mégis vizsgálni az alakjukat?
– A kutatásainkhoz fejlett eszközökre és jelentős számítógépes kapacitásra van szükség. A fehérjék szintézisére, tehát a kívánt molekulák létrehozására sokkal biztosabban működő módszereket fejlesztettek már ki. Meg tudjuk tenni, hogy egy addig nem létező fehérjét papíron megtervezünk, majd olyan DNS-szakaszt ültetünk egy baktériumba, amely alapján a sejt legyártja a molekulát. A térszerkezet meghatározása azonban, bár a tudományterület rengeteget fejlődött, még ma is sok emberi munkát igényel. Első lépésként izoláljuk a vizsgált fehérjét, és oldat formájában betöltjük az NMR-berendezésbe. Ez a gép erős mágneses teret gerjeszt, amely hat a molekula atomjaira. A mágnesesség hatására a különböző molekularészletek máshogy reagálnak, megváltozott viselkedésüket pedig érzékelni tudjuk. A mérés eredményeképpen távolságadatokat kapunk, megtudjuk, hogy a fehérje aminosavjai milyen messze vannak egymástól. Ezután számítógép segítségével addig alakítjuk a fehérje formáját, míg az összes távolság megfelel a mérésnek. Ez a munka általában hónapokig tart.
– Miért érdekes annyira a fehérjék alakjának ismerete?
– A funkciójuk megértése szinte elképzelhetetlen anélkül, hogy ismernénk a téralkatukat. A fehérjék azonban, főként oldatfázisban, láthatatlanok, így jobb híján modelleket alkotunk. Ha rendelkezünk például egy receptormolekula térbeli modelljével, olyan gyógyszermolekulát tudunk tervezni, amely képes hozzákötődni. A térszerkezet ismerete a műanyagiparban is elengedhetetlen. Ha tudjuk, hogyan kapcsolódnak egy anyag molekulái, tervezhetünk akár ellenálló, mégis biológiai úton lebomló változatokat is.
– Mikor jutunk el oda, hogy NMR-mérés nélkül, pusztán matematikai módszerekkel tudjuk felrajzolni a térbeli alakot?
– Ez hatalmas áttörés lenne, de addig még biztosan kiosztanak a részeredményekért néhány Nobel-díjat. Aki ezt megoldja, az munkanélkülivé teszi a szerkezetkutatókat, de ők biztosan találnának más kutatandó kérdéseket maguknak. A jelenlegi helyzet szerint azonban sokkal egyszerűbb kérdésekre sem tudunk választ adni. Vannak fehérjék, amelyek maguktól is föltekerednek, és vannak, amelyeknek más fehérjék segítségére van szükségük. Aztán vannak olyanok, amelyek kicsapódás után visszanyerik téralkatukat, mások nem. Alig értjük, hogy mi okozza e különbségeket. Kutatócsoportunk most például a világ legkisebb, húsz aminosavból felépülő fehérjéjével foglalkozik. Ez magától fölveszi térszerkezetét, amelyet kénatomokból álló „hidak” stabilizálnak, és része a cukorbetegség egyik legmodernebb gyógyszerében lévő fehérjekomplexnek. Azt vizsgáljuk, hogy hogyan változik a térszerkezet, ha kicseréljük a molekula részleteit. Ha irányítani tudnánk, hogy a molekula akkor tekeredjen föl, amikor mi akarjuk, ezáltal az inzulin remek alternatíváját nyerhetnénk a cukorbetegség gyógyításában.
– Eddig a stabil térszerkezet fontosságáról beszéltünk. Ezt azonban cáfolni látszik egy másik kutatási témájuk, a térszerkezettel nem rendelkező, rendezetlen fehérjék csoportja. Mi az ő feladatuk?
– Valóban a klasszikus felfogás szerint a fehérje működése többé-kevésbé állandó térszerkezetet kíván. Vannak azonban olyan, úgynevezett belső rendezetlen fehérjék, amelyek nem egy vagy két, hanem százmillió különféle térszerkezetű formában létezhetnek. Ebből a szempontból a szabad polipeptidekre hasonlítanak, amelyeknek ugyancsak nincs állandó téralkatuk, mégis képesek ellátni biológiai funkciót. E rendezetlen fehérjékről alig tudunk valamit. Közülük a kalpasztatinfehérje térszerkezetét vizsgáljuk, amely egy másik fehérje, a kalpain gátlójaként fontos szerepet játszik a sejtosztódás és -mozgás szabályozásában. A fehérjék ugyanis nem egymagukban töltik be funkciójukat, hanem egymás működését szabályozzák. A szabályzás gyakran úgy valósul meg, hogy az egyik fehérje, enzim egy meghatározott ponton vágja ketté a másik fehérjét. Ha ismerjük ennek a mechanizmusát, olyan molekulákat tervezhetünk, amelyek ellátják feladatukat, de a természetes szabályozó molekulájuk nem tudja őket elhasítani, így tovább működhetnek. Azt mondhatjuk, hogy a kívánságaink szerint működő fehérjék előállítása nem más, mint a fehérjék háziasítása.
– Ön külföldön manapság az egyik legelismertebb magyar kutató. Bostonban, Oxfordban és másutt is végzett kutatómunkát. A magyar felsőoktatás és természettudományos kutatás jelenlegi lehetőségeit tekintve felmerül a kérdés, hogy miért dolgozik még mindig itthon?
– Talán több NMR-vizsgálatot végezhetnék, talán több tehetséges doktorandusz közül válogathatnék, talán nem kellene a legapróbb dolgokat is közbeszerzéssel beszereznem, ha elfogadom az állást a Massachusettsi Műszaki Egyetemen, ahová csábítottak. De árnyoldalai is lettek volna. Könnyebben dolgozik ugyanis az ember este nyolc óra után vagy hét végén akkor, ha úgy érzi, hogy egy országért, egy nemzetért dolgozik, amelynek tagja. Nagy erőt ad, hogy itthon vagyok. Az itthonlét másik előnye az, hogy nem váltam hontalanná. Amikor utaztunk, azt kezdtem érezni, hogy megszűntek szakmai és személyes kötődéseim. Mondhatnám, azért kötődöm ehhez az országhoz, mert Perczel Mór rokona vagyok, de valójában nem ennyire patetikus számomra ez a kérdés. Egyszerűen úgy érzem, hogy ide születtem, ezért nekem itt kell tennem azt, amit esetleg külföldön jobb körülmények között végezhetnék. Ennek ellenére fontos szétnézni a világban, megtanulni, amit lehet, ám a tudást haza kell hozni, itt kell hasznosítani.
– Legalább két oldala van a felsőoktatás válságának. Az intézmények anyagi nehézségei mellett az egyetemre kerülő hallgatók felkészültsége, érdeklődése soha nem látott mélységekbe zuhant az utóbbi évtizedekben. Ön szerint ebben szerepe van például a gimnáziumi kémiaoktatásnak is?
– A pedagógia egy szakma. Azt szoktam mondani, hogy szerves kémikusként én elég jól főzök. Azt azonban nem állítanám, hogy szakács vagyok. A szakács ugyanis nemcsak öt embernek, hanem ötszáznak is képes jól főzni. Az oktatással ugyanígy vagyok. Lehetnek ötleteim, hiszen nem kétséges, hogy jobban kellene csinálni, de nem vagyok tanár. Az egyetemi diákok mentalitását illetően egyetértek önnel. A változás talán ott fogható meg leginkább, hogy míg korábban a mennyiségi tudás volt az előny, mára megelőzte a minőségi tudás. Az információ megszerzése sokkal könnyebbé vált, de ez nem jelenti azt, hogy az emberek okosabbá váltak, sőt a motivációjuk inkább csökkent. Az oktatás, ahogy az életvitelünk egésze, végtelenül pragmatikussá vált. Csak a megfogható az érték, csak a sok pénz számít sikernek. Meg kell értetni a diákkal, hogy a tudás nagyobb valószínűséggel nyújt jobb életlehetőségeket.
– Nehéz helyzetben van a kémia a többi természettudományhoz viszonyítva is, hiszen a „vegyi” anyagok szitokszóvá váltak. A kémikusokat pedig sokszor természetellenes mérgeket keverő technokratákként jelenítik meg a laikusok számára.
– Ez részben azért van így, mert a világról meglévő tudásunk olyan összetetté vált és hatalmassá nőtt, hogy alapos előképzés nélkül szinte lehetetlen felfogni. Az emberek elveszítették a kapcsolatot a tudománnyal, ezzel együtt a világ megismerésének motivációja is elveszett. Borzasztó érzés, hogy olyan elvont világ felé haladunk, amelyben nem tudunk tájékozódni. Így könnyen áldozatokká válhatunk, és nem csak átvitt értelemben. Amikor Angliában kitört a kergemarhakór-pánik, ötször több tönkrement farmer lett öngyilkos, mint ahányan meghaltak a Creutzfeldt–Jakob-betegségben. Az oktatási rendszernek először ezeket a kérdéseket kellene megválaszolnia.
2011. június 11.
