O Έλληνας επιστήμονας που φέρνει την «επανάσταση» στην κρυογονική ηλεκτρονική μικροσκοπία

 Για τους περισσότερους από όσους δεν έχουν σχέση με τη βιολογία και συγγενείς ακαδημαϊκούς χώρους, ο όρος κρυογονική ηλεκτρονική μικροσκοπία λογικά δεν λέει απολύτως τίποτα. Ας το δούμε σε αδρές γραμμές.

Η κρυογονική ηλεκτρονική μικροσκοπία είναι μία τεχνολογία αιχμής μέσω της οποίας οι επιστήμονες μπορούν να δουν, με πολύ μεγάλη ακρίβεια, δείγματα που έχουν ψυχθεί σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, προκειμένου να διατηρήσουν τη δομή τους.

O Δρ. Παναγιώτης Καστρίτης που είναι Επίκουρος Καθηγητής «Κρυο-ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Μεμβρανικών Πρωτεϊνικών Συμπλοκών» στο Ινστιτούτο Βιοχημείας και Βιοτεχνολογίας του Πανεπιστημίου Martin Luther της Γερμανίας καθώς και συνεργάτης Ερευνητής στο Ινστιτούτο Χημικής Βιολογίας του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών, μίλησε στο reader.

Από τον Μάρτιο του 2023, είναι και επικεφαλής του ευρωπαϊκού προγράμματος Hot4Cryo, ύψους 2.5 εκατ. ευρώ, που απώτερο σκοπό έχει να φέρει αυτή την τεχνολογία για πρώτη φορά στην Ελλάδα και γενικότερα στη νοτιοανατολική Ευρώπη. Για να είμαστε πιο ακριβείς, να μεταδώσει τη γνώση από τη χρήση αυτής της τεχνολογίας και στη χώρα μας.

Η συγκεκριμένη χρηματοδότηση είναι τρομερά ανταγωνιστική και δίνεται αποκλειστικά σε επιστήμονες διεθνούς φήμης ώστε να μεταλαμπαδεύσουν τεχνολογίες στις «αναπτυσσόμενες» χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, στις οποίες συγκαταλέγεται, αυτή την στιγμή και η Ελλάδα, λόγω της μακροχρόνιας κρίσης. Ας πάρουμε όμως τα πράγματα από την αρχή.

Τι είναι η κρυογονική ηλεκτρονική μικροσκοπία;

«H συγκεκριμένη τεχνολογία μάς βοηθάει να παίρνουμε εικόνες τεράστιας ανάλυσης, δηλαδή χάρη σε αυτή μπορείς να δεις όχι μόνο κύτταρα και τις δομές του, αλλά ακόμα και άτομα».

Αυτό ήταν ουσιαστικά ένα από τα πρώτα πράγματα που μου είπε ο κ. Καστρίτης προσπαθώντας να μου εξηγήσει τι είναι αυτή η μέχρι πρότινος άγνωστη σε μένα τεχνολογία στην οποία εκείνος έχει αφιερώσει ένα μεγάλο μέρος της ζωής του.

Πόσο καιρό όμως υπάρχει αυτή η τεχνολογία;

«Η τεχνολογία της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, είναι μία πολύ παλιά μέθοδος. Γεννήθηκε στη Γερμανία τη δεκαετία του 1930. Ουσιαστικά, χάρη σε αυτή γνωρίζουμε όσα ξέρουμε για τα κύτταρα και το πώς είναι η δομή τους. Σκέψου απλά τις εικόνες των κυττάρων που είχαμε στα σχολικά βιβλία της βιολογίας», μου εξηγεί.

Ωραία μέχρι εδώ αλλά τι διαφορά έχει η κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία από τη σκέτη ηλεκτρονική μικροσκοπία; «Η κρύο-ηλεκτρονική μικροσκοπία είναι μία πιο μοντέρνα μέθοδος. Σε αυτή παγώνεις το δείγμα σου με σκοπό να διατηρήσει αυτό τη δομή του. Τα ηλεκτρόνια έχουν πολύ υψηλές ενέργειες και καταστρέφουν το δείγμα. Έτσι, αν το έχεις παγώσει, η καταστροφή είναι πολύ μικρότερη. Πολύ απλά γιατί τότε τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με ένα στερεό και όχι με ένα υγρό. Ουσιαστικά, λοιπόν, το προστατεύεις».

Το αποτέλεσμα είναι ότι αυτή η επαναστατική τεχνολογική μέθοδος μας προσφέρει μία πολύ πιο ακριβή απεικόνιση των δειγμάτων μας. Για να έχουμε και μία τάξη μεγεθών και της επίδρασης σε διάφορους τομείς, στη συγκεκριμένη τεχνολογία δόθηκε και το Νόμπελ Χημείας το 2017.

Πριν συνεχίσουμε στα υπόλοιπα, να πούμε ότι ο Παναγιώτης Καστρίτης σπούδασε και πήρε το πτυχίο του από το τμήμα Βιολογίας του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών. Έφυγε στο εξωτερικό για να κάνει κάποιες μετρήσεις και τελικά η πραγματικότητα τον κράτησε εκεί, κι ας μην το είχε στα πλάνα του. Τώρα, διευθύνει τα εργαστήριά του τόσο στη Γερμανία όσο και στο Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών.

Επικεντρώνεται στη μελέτη του πώς αλληλεπιδρούν τα μόρια εντός των κυττάρων των οργανισμών, καθώς αυτές οι αλληλεπιδράσεις καθορίζουν τη λειτουργία του κυττάρου. Τον ρώτησα αν θα μπορούσε να κάνει τα πράγματα που κάνει σήμερα αν είχε μείνει στην Ελλάδα.

«Αυτά που κάνουμε στο εξωτερικό, εμείς τουλάχιστον, δεν θα μπορούσαμε να τα κάνουμε στην Ελλάδα. Αν συνέβαινε αυτό, θα ήταν μόνο μέσω συνεργασιών. Αυτός ο τρόπος όμως αφορά και εμένα που ζω στο εξωτερικό και μόνος μου δεν θα μπορούσα να κάνω τίποτα από όσα κάνω». Και εδώ μου λέει κάτι πολύ ενδιαφέρον το οποίο μάλλον τείνουμε να ξεχνάμε σκεπτόμενοι ότι η επιστήμη λειτουργεί με όρους άλλων εποχών.

«Η έρευνα πλέον δεν είναι ένας ερευνητής που είναι μέσα στο εργαστήριο και κάνει 24ωρες βάρδιες περιμένοντας να έχει τα τέλεια αποτελέσματα και να κάνει μία σημαντική ανακάλυψη από το πουθενά για να πάρει Νόμπελ. Πλέον η έρευνα είναι μία απίστευτα συνεργατική διαδικασία. Χρειάζεται να είσαι επικοινωνιακός, να μιλάς με τους ανθρώπους, προκειμένου όλες αυτές οι ιδέες να έχουν ανταπόκριση και να βρεις ανθρώπους που θα δουλέψουν μαζί σου».

Και το Hot4Cryo;

Επιστρέφουμε στην κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία και στη σχέση της με την Ελλάδα. Προκειμένου να προχωρήσει αυτή η διαδικασία χρειάζονται πολύ ακριβά όργανα που εγκαθίστανται σε ειδικά διαμορφωμένους χώρους. Όπως θα καταλάβατε, από τα συμφραζόμενα, τα όργανα αυτά δεν υπάρχουν ούτε στην Ελλάδα ούτε στην ευρύτερη περιοχή της νοτιοανατολικής Ευρώπης. Κάπου εδώ είναι που μπαίνει ο κ. Καστρίτης και το project Hot4Cryo.

«Αυτή τη στιγμή τέτοια μικροσκόπια δεν υπάρχουν ούτε στην Ελλάδα ούτε γενικότερα στη νοτιοανατολική Ευρώπη αλλά θα έρθουν γιατί η διοίκηση του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών διεκδίκησε μία σημαντική χρηματοδότηση. Εγώ, λοιπόν, είμαι ο υπεύθυνος να φέρω τη γνώση από τη Γερμανία, να στήσω εργαστήριο ηλεκτρονικής μικροσκοπίας και να εκπαιδεύσω επιστήμονες προκειμένου να γίνουν ειδικοί στη συγκεκριμένη μέθοδο» μου λέει ο κ. Καστρίτης.

Συμπληρώνει μάλιστα ότι «το ΕΙΕ, ένα μοναδικό ερευνητικό κέντρο, πήρε αυτή τη χρηματοδότηση από το Greece 2.0 και από την Ευρωπαϊκή Τράπεζα Επενδύσεων. Το ΕΙΕ επέλεξε με τα χρήματα που έλαβε να κάνει ανανέωση κτιρίου (πρόκειται για ένα ιδιαίτερα εντυπωσιακό κτίριο που όμως είναι του 1958) αλλά και να επενδύσει σε μοντέρνο, μοναδικό ερευνητικό εξοπλισμό. Τόσο η ανακαίνιση όσο και ο εξοπλισμός συμπεριλαμβάνουν τις αίθουσες των μικροσκοπίων καθώς και τα ίδια τα μικροσκόπια».

Κρυο-ηλεκτρονικά μικροσκόπια στο εργαστήριο του Καστρίτη στην Γερμανία. Το ΕΙΕ θα φέρει την τελευταία γενιά τέτοιου τύπου μικροσκοπίων στην Ελλάδα. | ©Kastritis Lab, 2024

Ποιος είναι επιγραμματικά ο στόχος του Hot4Cryo;

«Ο πρώτος στόχος είναι να επιταχύνουμε τη διαδικασία ενσωμάτωσης, εγκατάστασης και χρήσης των κρυο-ηλεκτρονικών μικροσκοπίων που θα μπουν στο ΕΙΕ. Ο δεύτερος στόχος είναι να υπάρξει επικοινωνία του έργου, ώστε επιστήμονες στην Ελλάδα και στο εξωτερικό να έρθουν και να μετράνε τα δείγματά τους στα συγκεκριμένα κρυο-ηλεκτρονικά μικροσκόπια. Ο κεντρικός στόχος είναι ένας: Η διεξαγωγή πρωτοποριακής βιολογικής έρευνας, ανταγωνιστικής σε παγκόσμιο επίπεδο».

Να δούμε ξανά και το τι μας προσφέρει η κρυογονική ηλεκτρονική μικροσκοπία; «Οι εφαρμογές είναι πάρα πολλές. Σκέψου απλά ότι όλες οι εικόνες που υπάρχουν για να καταλάβουμε πώς δομείται το κύτταρο είναι από αυτή τη μέθοδο. Αυτή η μέθοδος μας παρέχει τις τελείως βασικές γνώσεις της κυτταρικής και δομικής βιολογίας. Με άλλα λόγια, το πώς είναι μία κυτταρική δομή τρισδιάστατα – μας βοηθάει δηλαδή να καταλάβουμε πώς είναι η ύλη».

Η προώθηση της γνώσης για την ύλη είναι και πρέπει να είναι αυτοσκοπός για επιστήμες όπως η βιολογία. Παράλληλα βέβαια υπάρχουν και πολύ συγκεκριμένες εφαρμογές. «Το πιο σημαντικό παράδειγμα που μπορώ να σου δώσω είναι ο κορονοϊός. Ακούγαμε διάφορα πράγματα περί δήθεν μη ύπαρξης του κορονοϊού. Εμείς, λοιπόν, πήραμε τα δείγματα και είδαμε τον ιό. Όλες αυτές οι απεικονίσεις που υπάρχουν στο ίντερνετ ή δείχνουν τα ΜΜΕ είναι βάση επιστημονικών δεδομένων κυρίως από ηλεκτρονική μικροσκοπία. Αυτή τη στιγμή, γνωρίζουμε την δομή του κορονοϊού σε τεράστια λεπτομέρεια».

«Αν ξέρεις, λοιπόν, πώς ενώνονται δύο κομμάτια παζλ, μπορείς και να τα διαλύσεις. Άρα, η ηλεκτρονική μικροσκοπία, βοηθάει να καταλάβουμε τις δομές κατά τη διάρκεια της λοίμωξης. Γνωρίζοντας αυτό σχεδιάζουμε φάρμακα που πάνε και εμποδίζουν τον ιό να εισέρχεται στα κύτταρά μας». Εφαρμογές μπορούμε να βρούμε και στη βιοτεχνολογία και σε πολλούς ακόμα τομείς. Μάλιστα, η πληροφορική παίζει τεράστιο ρόλο στην ανάλυση των δεδομένων μας: Μιας και αναλύουμε δεκάδες χιλιάδες εικόνες ανά πείραμα, χρειάζεται τεράστιος αποθηκευτικός χώρος (της τάξεως των petabytes), κάρτες γραφικών τελευταίας τεχνολογίας, και υπερσύγχρονοι αλγόριθμοι μηχανικής εκμάθησης/τεχνητής νοημοσύνης.

Κλείνοντας τη συζήτησή μας και έχοντας καταλάβει πολύ περισσότερα από όσα θα περίμενα όταν είδα για πρώτη φορά τον όρο, ρώτησα τον Παναγιώτη Καστρίτη αν υπάρχει κάτι που θα ήθελε να προσθέσουμε. Ήθελε για ακόμα μία φορά να τονίσει ότι πλέον η επιστημονική έρευνα είναι μία πολύ πιο συνεργατική διαδικασία από αυτό που έχουμε στο μυαλό μας. Η ίδια η κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία είναι ένα πολύ καλό παράδειγμα διότι η απεικόνιση της ύλης σε μεγάλες αναλύσεις αποτελεί σημαντικότατο βήμα για την κατανόηση της λειτουργίας της.

Πηγή φωτογραφιών: Kastritis Lab, 2024