MetaPHoDcast zapisi 07: Jernej Turnšek, biotehnolog

JERNEJ TURNŠEK (@SynEnthu) je doktorski študent bioloških in biomedicinskih ved na Univerzi Harvard v ZDA. Zaposlen je v laboratoriju prof. Pamele Silver, kjer s pristopom tarčne proteomike raziskuje...

JERNEJ TURNŠEK (@SynEnthu) je doktorski študent bioloških in biomedicinskih ved na Univerzi Harvard v ZDA. Zaposlen je v laboratoriju prof. Pamele Silver, kjer s pristopom tarčne proteomike raziskuje biosintezo celičnih sten kremenastih alg.

V času študija biotehnologije na Biotehniški fakulteti UL je kot član študentske raziskovalne ekipe leta 2010 osvojil 1. nagrado na mednarodnem tekmovanju iz sintezne biologije iGEM na MIT v ZDA, leto zatem pa še zlato medaljo na tekmovanju iz bionanotehnologije BIOMOD na Harvardu. Kot strokovni sodelavec je bil eno leto zaposlen na ljubljanskem Kemijskem inštitutu, po zagorovu diplomskega dela, za katerega je prejel Prešernovo nagrado UL in Krkino nagrado, pa se je odpravil v tujino. Sprejet je bil na doktorski študij na ETH Zürich, vendar se je odločil za pot čež lužo, kjer je najprej v biotehnološkem start-upu Ginkgo BioWorks načrtoval, gradil in testiral mikroorganizme za produkcijo industrijsko pomembnih spojin, nato pa svojo pot nadaljeval s študijem na Harvardu.

Jernej Turnšek (foto: Alina Chan)

 

1. Kakšne okoliščine so te privedle na trenutno raziskovalno ustanovo?

Vse se je začelo leta 2010, ko sem v raziskovalni skupini prof. Romana Jerale na Kemijskem Inštitutu v Ljubljani sodeloval pri projektu iz sintezne biologije iGEM (International Genetically Engineered Machines) in na srečanju več kot 130 študentskih ekip iz celega sveta na MIT v Bostonu osvojil prvo mesto. Leto kasneje sem se ponovno vrnil v Boston, kjer sem v okviru tekmovanja iz biomolekularnega dizajna BIOMOD osvojil zlato medaljo. Priložnost sodelovanja v obeh ekipah in uspehi, ki so sledili, so mi odprli vrata v svet. Že kmalu po prihodu domov iz tekmovanja iGEM sem začel resneje razmišljati o opravljanju doktorata v ZDA. Prvi krog prijav leta 2011 je bil zame neuspešen in odločil sem se, da poskusim srečo v Evropi. Tako sem se septembra 2012 znašel v Zürichu na ETH, kjer sem bil sprejet v doktorski program sistemske biologije, in prav malo je manjkalo, da bi tam tudi ostal. V istem obdobju sem imel na mizi še ponudbo za delo v mladem biotehnološkem podjetju Ginkgo BioWorks v Bostonu in odločil sem se, da namesto doktorata v Švici skočim čez lužo, se preizkusim v industrijskem okolju in bolje spoznam Boston ter njegovo start-up kulturo. Takrat sem mislil, da bodo ZDA bolj prehodne narave, saj sem se želel vrniti nazaj na doktorat v Švico, a pot me je vodila drugam. Po ponovnem krogu prijav na doktorat v ZDA sem bil spomladi 2013 sprejet v program bioloških in biomedicinskih ved na univerzi Harvard in odločil sem se ostati na tej strani Atlantika. Začetek doktorata v ZDA je povezan s t.i. rotacijami, kjer študent nekaj časa preživi v različnih laboratorijih, nato pa izbere enega za razvoj doktorske teze. Sam sem opravil dve rotaciji. V prvi sem se ukvarjal z dineinom (dynein) – to je molekularni motor, ki po celicah prevaža tovor, in je tako ključen za njihovo normalno delovanje. V drugi pa sem na osnovi lastnega predloga začel s projektom, ki teče še danes. V laboratoriju prof. Pamele Silver na oddelku za sistemsko biologijo medicinske fakultete na Harvardu raziskujem molekularni mehanizem biosinteze celičnih sten diatomej.

 

2. Zakaj je tvoje raziskovalno področje zanimivo za nas?

Diatomeje ali kremenaste alge so mikroskopsko majhne enocelične alge, ki že več kot 200 milijonov let poseljujejo vsa vodna telesa na Zemlji. Ti organizmi so izjemno pomembni za ohranjanje globalnega ravnovesja našega planeta, saj proizvedejo 20% vsega kisika, ključni pa so tudi pri kroženju ogljika, dušika in silicija. Prav slednji je fokus mojega dela. Med vsemi bizarnostmi biologije diatomej, je verjetno najbolj fascinantna ta, da svojo celično steno zgradijo iz kremena oziroma silike (silicijevi in kisikovi atomi povezani v mrežo). Od tod tudi ime kremenaste alge. Ti organizmi so torej sposobni v morju (ali reki ali jezeru) poiskati silicijevo kislino (naravna oblika silicija v vodnih okoljih), jo prenesti v notranjost celice, tam pa oblikovati matematično natančno grajene materiale – silikate – ki v končni fazi tvorijo njihovo celično steno. Celične stene diatomej, človeške kosti, školjke in številni klifi po svetu, so vsi produkt sorodnih naravnih procesov biomineralizacije. Diatomeje so t.i. modelni organizem za njihov študij. To pomeni, da je z njimi sorazmerno enostavno delati v laboraratoriju, kar vključuje možnost genetske manipulacije, posledično pa študij bioloških procesov na molekularnem nivoju. Raziskave v preteklih 20 letih so pokazale, da so pri biomineralizaciji celičnih sten v diatomejah udeleženi specifični proteini, ki očitno dirigirajo silicijevim spojinam v celici, kam in kako. Obenem pa je na osnovi literature jasno, da številnih proteinov še nismo odkrili. Tako je moj cilj, da te proteine identificiram, pri čemer bom uporabil pristop tarčne proteomike. Če skušam to ponazoriti s prispodobo: proteinom znotraj celice bom pripel izjemno majhne zanke, ki mi bodo omogočile, da jih povlečem iz celice in nato analiziram. To je popolnoma svež pristop k sicer staremu  biološkem problemu, kar je prepoznala tudi ugledna ameriška privatna fundacija – Gordon and Betty Moore Foundation – ki mi je pred kratkim podelila financna sredstva za razvoj projekta. Vsega naštetega pa seveda ne bi bilo brez podpore vodje našega laboratorija, prof. Pamele Silver, ki mi je dovolila utreti si svojo pot.

 

3. Kaj tvoje raziskovalno delo prispeva v skupno zakladnico znanja?

V tem projektu se dotikam vprašanja, ki ima svoje korenine v sredini 19. stoletja, ko je živel “Einstein tedanje dobe”: Ernst Haeckel. Haeckel je bil renesančni človek in velik zagovornik tedaj cisto sveže  evolucijske teorije. S pomočjo mikroskopa in svojega izjemnega talenta za risanje je svetu predstavil arhitekturo mikroskopskega morskega sveta, vključno z diatomejami. Njegove risbe, zbrane v številnih knjigah, so se danes izjemno aktualne in predstavljajo enega izmed temeljev morske mikrobiologije. Poleg dejstva, da se gre za zelo zanimivo bazično biološko vprašanje, bi lahko na osnovi poznavanja molekularnih zakonitosti procesa biomineralizacije v diatomejah v prihodnosti razvili nove biološke ali kemijske načine sestavljanja nanomaterialov in/ali črpali navdih za bolj “organsko gradnjo” makroskopskih struktur. Gledano nekoliko širše bo moj projekt skupnosti predstavil novo molekularno orodje, ki ga bodo lahko raziskovalci uporabili pri študiju ostalih vidikov biologije diatomej kot je npr. študij fotosinteze. Lani spomladi je bila v ugledni znanstveni reviji Science predstavljena serija publikacij – plod večletne cezoceanske odprave Tara, – ki razkrivajo, kako malo zares vemo o mikrobiološki pestrosti svetovnih oceanov. Glede na to, da so diatomeje ključni mikroorganizmi v oceanih, bo moje delo dodalo kanček v rastočo zakladnico znanja o tem največjem svetovnem ekosistemu.      

 

4. Kateri del službe je najbolj in kateri najmanj prijeten?

Najbolj prijetnih delov službe je več. Na prvo mesto bi postavil udeležbo na znanstvenih konferencah, kjer ob predstavitvi svojih raziskav in druženju z znanstveniki s celega sveta dobiš svež pogled na svoje delo in ideje za naprej. Temu sorodna so številna predavanja in seminarji na univerzi. Izbor tem in predavateljev je izjemen. Lansko leto sem na primer imel priložnost poslušati in govoriti s prof. Jennifer Doudna, ki je ena izmed utemeljiteljic novih metod genskega inženiringa s pomočjo sistemov CRISPR in kanditatka za Nobelovo nagrado v zelo bližnji prihodnosti. Poleg konferenc in predavanj uživam v branju in pisanju o svojem področju in tudi širše. Najmanj prijetni so ves čas prisotni neuspehi v laboratoriju, kar je sestavni del eksperimentalne znanosti. S tem sem se sicer sprijaznil že pred začetkom doktorata, sedaj pa se trudim, da se me to čim manj dotakne, kar ni vedno lahko. Glede na to, koliko časa preteče za vsak, še tako majhen, korak v laboratoriju, je nujno, da se znaš iz vsakega neuspeha nekaj naučiti in nanj gledati s pozitivnimi očmi. Kozarec naj bo vedno na pol poln.

 

5. Kako lahko primerjaš razmere za raziskovanje v Sloveniji in na instituciji, kjer trenutno gostuješ?

S tehničnega vidika bi veliko večino eksperimentov, ki so del mojega doktorskega študija, lahko opravil v Sloveniji. Glede na to, da sem v laboratoriju začel s povsem novim projektom, sem številne postopke za svoje delo moral vpeljati sam. Okolje v širšem pomenu besede pa je težko primerjati. Boston je tudi v ameriškem okolju unikat in predstavlja znanstveno vozlišče v pravem pomenu besede, podobno kot San Franscisco s Silicijevo dolino. Tu so najboljše ameriške univerze, raziskovalni instituti in bolnišnice,  priložnosti za sodelovanja najrazličnejših vrst pa je tako ogromno. Ker je na tako majhnem območju tako veliko strokovnjakov iz različnih področij, so sodelovanja logistično enostavna, projekti pa se lahko h končnemu cilju premikajo sorazmerno hitro. Okolje me je seznanilo z ogromno dobrimi praksami tako v izobraževalnem sistemu kot tudi v akademskem in podjetniškem svetu.

 

6. Z besedo in sliko deli z nami kakšno navdušujočo podrobnost, povezano s tvojim raziskovanjem.

Delno tudi zaradi Haecklove zapuščine, se diatomeje danes v vsakdanu pojavljajo v številnih oblikah. Na fotografijah spodaj sta božični darili, ki so mi ju podarili sodelavci leta 2014 in 2015. Na prvi fotografiji držim kravato okrašeno z različnimi diatomejami, ki sem jo prvič preizkusil na konferenci v Seattlu lanskega julija, kjer je sama poskrbela za uspešno mreženje, načrt pa je, da z menoj roma na vse prihajajoče konference. Prva me čaka že konec januarja v Heidelbergu, le dobrih 5 ur stran od Jene, kjer je študiral in kasneje služboval Ernst Haeckel.

Kravato okrašena z različnimi diatomejami (foto: osebni arhiv JT)

Na drugi fotografiji je mikroskopski preparat, ki ga je pripravil Klaus Kemp, britanski umetnik in edini živeči specialist za mikromanipulacijo diatomej. 51 diatomej je razporedil v zvezdast vzorec, zaradi lastnosti mikroskopa, ki sem ga uporabil, pa je viden le njegov osrednji del. V viktorijanski dobi je bila ta “obrt” bolj razširjena, za natančno razmeščanje posameznih diatomej v čudovite geometrijske vzorce pa so uporabljali kar človeški las vpet v lesen nosilec.

51 diatomej razporejenih v zvezdast vzorec (osrednji del mikroskopskega preparata) (foto: JT)

Tretja fotografija prikazuje celice Thalassioira pseudonana (vrsta diatomej, ki jih raziskujem), kjer so vsi deli, ki vsebujejo silicij, obarvani modro. Celice te vrste so v obliki pločevinke, zato jih pod mikroskopom vidimo kot krog ali pravokotnik.

Celice Thalassioira pseudonana (foto: JT)

 

7. Kaj bi bil, če ne bi bil znanstvenik? Kakšne so bile tvoje alternative ob vpisu na univerzo?

Pogojnik je nemara celo odveč. Sem izjemno aktiven športnik in kljub doktoratu na Harvardu si tega ne dovolim vzeti, saj mi veliko pomeni. Do leta 2010 sem aktivno igral košarko na Polzeli, Vranskem, Celju in nazadnje v Ilirski Bistrici, kasneje pa se posvetil teku in ostalim vzdržljivostnim športom. Pred dobrim letom in pol sem opravil s prvim olimpijskim triatlonom, v letu 2016 pa je moj cilj končati polovični Ironman, kar vključuje 1,9 km plavanja, 90 km kolesarjenja in 21 km teka. Na Harvardu sem član kolesarske in triatlonske ekipe, s katerimi se udeležujem tudi tekem in študentskih prvenstev. Želim si, da bi nekega dne uspešno končal Ironmana na Havajih, kjer se je ta različica triatlona v 70ih letih prejšnjega stoletja tudi rodila. Ob vpisu na univerzo sem razmišljal se o študiju medicine, geografije in matematike. Mislim, da se bom k slednji še vrnil, pri čemer mi bodo morda v pomoč prav diatomeje.

 

8. Koga od nam znanih ali neznanih bi povabil na večerjo, če ne bi bilo nobenih omejitev?

Knjiga, ki je pomembno vplivala na način mojega razmišljanja, je Lateral Thinking, ki jo je napisal malteški zdravnik Edward de Bono. V njej s pomočjo geometrije predstavi koncept razmišljanja, ki ne vodi v C preko A in B, temveč preko 1 in 2. Takšno, včasih tudi namerno, nelinearno razmišljanje se mi zdi izjemno osvežilno, z njegovo pomočjo pa je lažje reševati probleme, tudi tiste onkraj laboratorija. Poleg Edwarda de Bona bi na večerjo povabil Dražena Petrovića, legendarnega, a žal prehitro preminulega, hrvaškega košarkarja. Njegova strast, delovna vnema in pristop h košarki presegajo okvire športa in so lahko zgled komurkoli na kateremkoli področju. Zanimivo pa bi bilo poklepetati tudi s Christopherjem McDaugallom, avtorjem svetovne uspešnice Born to run, v kateri razkriva skrivnosti najboljših tekačev na svetu, mehiških Indijancev iz plemena Tarahumara.

 

9. Če bi imel milijon evrov za poljubno raziskavo, kaj bi raziskoval?

Tudi v tem primeru bi ostal pri morjih, a ne pri teh na Zemlji. Obrnil bi se k Saturnovi luni Enceladus, ki, kljub nizki temperaturi na površju, trenutno spada med najbolj vroče kandidate za izvenzemeljsko življenje. Pod njenim ledenim oklepom se skriva slan ocean, za katerega znanstveniki domnevajo, da bi lahko nosil sledi življenja. To lanskoletno odkritje sproža številna nova vprašanja, ki bi jih milijon evrov lahko pomagalo razvozlati. Velika vprašanja torej.

 

10. Kaj boš počel čez 5 let in kaj čez 40 let?

Čez 5 let je vse mogoče. Nimam jasnega načrta. Privlačna se mi zdi ideja, da nekaj časa preživim na drugi strani ZDA, v Kaliforniji, kjer je ogromno priložnosti za delo na področju morske mikrobiologije, klima pa celo leto primerna za športe na prostem. Odvisno od tega, kako se bo razvil moj doktorski projekt, bi takrat morda že lahko bil blizu svoji lastni raziskovalni skupini. V vsakem primeru bom čez 5 let še vedno triatlonec, prav tako upam, da se bom do takrat naučil analognega DJ-anja. Kaj bom počel čez 40 let je težko reci. Vsekakor si bom želel biti v koraku s takratnim časom (kar je včasih težko že danes), verjetno bom več časa namenjal umetnosti, potovanjem poveznim s kulinariko, pisanju in filozofiji.

 

11. Priporočilo za knjigo/igro/film/spletno stran/podcast.

Knjigi: Edward de Bono: Lateral Thinking / Vladimir Bartol: Alamut

Igra: Bananagrams (besedna igra zelo podobna Scrabble-u)

Filmi: Pulp Fiction / The Theory of Everything / Ex Machina

Spletne strani: Laboratorij, kjer raziskujem / Osebna spletna stran / ScienceDaily / edX / Khan Academy / Triathlete

Videi povezani z mojim delom: Five Reasons to Thank Plankton / The Secret Life of Plankton / Ocean Drifters

Podcasti: NPR: Ted Radio Hour / The 5AM Miracle Podcast / Frekvenca X / Apparatus / Podrobnosti

 

12. S čim se zamotiš in kakšne izgovore si izmišljuješ, ko zavlačuješ ali odlašaš pri stvareh, ki jih moraš narediti (članek, doktorat)?

Ponavadi je to šport, kakšno opravilo v stanovanju, ali pa branje znanstvenih novic. Pri slednjem si ponavadi rečem, da je nujno širiti svoja obzorja in da bo to, kar berem, na dolgi rok gotovo zelo pomembno za moje delo.

 

13. Kaj bi ti lahko v tem trenutku izboljšalo kakovost življenja?

Toplejše zimske rokavice za pot s kolesom do laboratorija. Tekaške rokavice pod smučarskimi so očitno  premalo v vetru in pri -10 stopinjah Celzija.

 

Ana Slavec (foto: osebni arhiv AS)
Dr. Luka Ausec (foto: osebni arhiv LA)

Avtorja Meta PHoDcasta sta dr. LUKA AUSEC in ANA SLAVEC.

Luka je doktor bioloških znanosti, ki tekoče bere DNK, deloma pa tudi literaturo. Navdušuje ga pregibanje telesa in možgana v vse smeri, deloma tudi navznoter. Uživa v širjenju navdihujočih idej, deloma tudi v obliki čivkov.

Ana je sociologinja in doktorska študentka statistike. Rada postavlja vprašanja, tako v anketah kot tudi sogovornikom v intervjujih. Piše za blog Udomačena statistika, na Twitterju pa jo najdete kot @aslavec.

Preberite o ideji in začetnih ter vmesnih vtisih in poslušajte ostale epizode.