Tyrinëjimai

Prof. dr. Osvaldas RUKÐËNAS, dr. Virginija BUKELSKIENË

Iðtirti antibiotikø ir analgetikø veikimà, patobulinti astmos ir diabeto gydymà, sukurti poliomielito, tymø, kokliuðo vakcinas, tobulinti chirurginæ technikà (širdies chirurgijos, organø transplantacijos ir kt.), sukurti gyvybæ palaikanèius aparatus bûtø buvæ neámanoma be maþøjø mûsø broliø – laboratoriniø gyvûnø – aukos. Lietuvoje per metus tyrimams panaudojama apie 20 tûkst. gyvûnø. Daugiausia tai laboratorinës pelës.

Eksperimentai su gyvybe: paminklas neþinomai pelei

V. Naujiko nuotr.

Analizuodamas gyvûnus þmogus paþásta save

Vakarø medicinos pagrindai – Graikijoje, graikø filosofai buvo pirmieji praktikai, panaudojæ vivisekcijà (gyvo organizmo pjaustymà) mokslo tikslais. Pirmajame medicinos rankraštyje –„Corpus Hippocraticum“ (apie 400 m. pr. m. e.) – apraðyti keli gyvûnø panaudojimo pavyzdþiai. Klaudijus Galenas (130–200 m.) gyvûnø skrodimo duomenis panaudojo þmogaus kûno sandarai apraðyti, jis pirmas pradëjo biologinius eksperimentus su gyvûnais. Ásigalëjus krikðèionybei eksperimentiniai mokslai nutrûko, ir tik XV amþiuje, Renesanso epochoje, atgijo eksperimentinë medicina ir biologija.

XIX a. pabaigoje atrasti anestetikai, o tai suteikë galimybæ eksperimentuojant nuskausminti gyvûnus. 1859 m., paskelbus È. Darvino veikalà „Rûðiø kilmë“, gyvûnai pradëti naudoti kaip þmogaus modelis. 1865 metais publikuojamas Klaudijaus Bernardo veikalas „Medicinos eksperimentø ávadinis kursas“, kuriame metodologiškai pagrindþiami fiziologiniai eksperimentai. Sëkminga mikrobiologijos raida, R. Kocho veikalas „Postulates“ (1884 m.), vakcinø ir antiserumø gamyba, tolesnë farmakologijos, toksikologijos, virusologijos, imunologijos bei farmacijos pramonës plëtra skatino naudoti gyvûnus eksperimentiniais tikslais.

Moraliniai darbo su gyvûnais principai

Mokslo minèiai þengiant pirmyn, vis daþniau atsigræþiama á patá gyvûnà, jo fiziologines reikmes, pagaliau – á jo kanèià eksperimento metu. Apie tai diskutuojama ir 1789 m. išleistoje J. Benthamo knygoje „Ávadas á moralës ir teisës kodeksà“. XIX amþiaus pabaigoje Anglijoje buvo priimtas ástatymas, draudþiantis þiauriai elgtis su gyvûnais. Anglijoje, o vëliau ir Prancûzijoje kilo judëjimas prieð gyvûnø naudojimà eksperimentams. 1875 m. Anglijoje ákurta gyvûnø teises ginanti „Viktorijos gatvës draugija“, o 1876 m. priimtas pirmas eksperimentiniø gyvûnø apsaugos ástatymas. 1831 m. britø fiziologas M. Holas pateikë 5 principus, kuriais, jo manymu, turëtø vadovautis eksperimentatoriai, dirbantys su gyvûnais. Pirmasis – eksperimentas negali bûti atliekamas, jei reikiama informacija gali bûti gaunama stebëjimo (ar kitu) bûdu. Antrasis – eksperimentas negali bûti atliekamas be aiðkiai apibrëþto ir realiai pasiekiamo tikslo. Treèiasis – mokslininkas turi gerai þinoti savo kolegø darbus, kad bûtø iðvengta betikslio kartojimo. Ketvirtasis –eksperimentai pateisinami tik tada, kai gyvûnui sukeliama kiek ámanoma maþesnë kanèia, o eksperimentiniam darbui parenkami kiek ámanoma þemesnio išsivystymo, maþiau jautrûs

gyvûnai. Penktasis – kiekvienas eksperimentas su gyvûnais turi bûti paruoštas ir atliekamas taip, kad gauti rezultatai bûtø aiðkûs ir patikimi, kad bandymø nereikëtø kartoti. M. Holas mirë 1857 m., taèiau daugeliu jo rekomendacijø pasinaudota net po 100 metø.

Pagrindinius laboratoriniø gyvûnø mokslo principus suformulavo du britø mokslininkai – zoologas V. M. S. Russellas ir mikrobiologas R. L. Burchas. Šie principai iðdëstyti 1959 m. iðleistoje knygoje „Humaniðkos eksperimentinës technikos principai“. Autoriai iðplëtojo trijø R koncepcijà: Refinement – tobulinimas, Reduction – sumaþinimas, Replacement – pakeitimas. Pirmoji R – tobulinimas – reiškia, kad gyvûnø skausmà ir stresà eksperimento metu bûtina maþinti, tobulinant visas eksperimentines procedûras. Tam reikia humaniðko poþiûrio á gyvybæ, gerai išmanyti gyvûno fiziologijà, anestezijos metodus, kombinuoti in vitro ir in vivo tyrimo metodus, o svarbiausia – dirbant galvoti apie gyvûnà! Antroji R – sumaþinimas. Patariama sprendþiant problemà gerai iðmanyti teorinius aspektus, susipaþinti su literatûros duomenimis, atliekant eksperimentus standartizuoti ir kontroliuoti gyvûnø aplinkà, ðërimà, parinkti labiausiai tikslui tinkamà gyvûnø rûðá, standartizuoti jø genotipà bei fizinius duomenis. Remiantis šiais principais, patikimø rezultatø galima pasiekti naudojant maþiau gyvûnø. Treèioji R – pakeitimas. Tai reiškia, kad, jei ámanoma, vietoj gyvûnø naudojamasi literatûriniais duomenimis, fizikiniais ir cheminiais metodais, matematiniais ar kompiuteriniais modeliais, gyvûnø vivariumø-veislynø ákurti prain vitro ir in silico technika, vaizdo filëjusio amþiaus septintojo deðimtmeèio mais, þemesnio iðsivystymo organizpradþioje Zoologijos ir parazitologijos mais, þmonëmis savanoriais. Paskuti(dabartiniame VU Ekologijos) instituniais metais pasigirsta siûlymø plësti trite bei Vilniaus universitete. Po ketvirjø R koncepcijà, pridedant naujas R sàèio amþiaus pastatyti nauji Vilniaus univokas: Responsibility (atsakomybë), tuversiteto bei Biochemijos instituto larint omeny þmogaus atsakomybæ boratoriniø gyvûnø vivariumai, dar po prieð gyvûnà, ir Rehabilitation (rekeleriø metø – Imunologijos instituto abilitacija), t. y. rûpinimasis gylaboratoriniø gyvûnø veislynas. Pastavûnu po eksperimento. rieji du laboratoriniø gyvûnø centrai Remiantis trijø R princiðiuo metu yra didþiausi Lietuvoje, nors pais buvo parengti svariš viso yra arti 20 biomedicininës moksbiausi ðiuo metu darbà su lo krypties institucijø, vykdanèiø ekspelaboratoriniais gyvûnais rimentus su laboratoriniais gyvûnais. reglamen-tuojantys doKalbant apie eksperimentiná darbà su kumentai – 1985 m. prigyvûnais, ádomiausi šiuo metu vykdoimta Europos Tarybos mi projektai yra keli. Vienas ið jø – Bio„Stuburiniø gyvûnø, chemijos instituto mokslininkø vykdonaudojamø eksperimentams mas kancerogenezës proceso tyrimas. ar kitiems mokslo tikslams, apsaugos Projekto esmë – vëþiniø làsteliø proliEuropos konvencija“ bei 1986 m. Euferacijos reguliacijos analizë. Eksperiropos Ekonominës bendrijos parengta mentai atliekami kompleksiðkai – in vit„Stuburiniø gyvûnø, naudojamø ekspero, panaudojant modelines làsteliø kulrimentams ir kitiems mokslo tikslams, tûras, ir in vivo, transplantuojant ðias apsaugos direktyva“. làsteles á pelës organizmà. Eksperimen

Plëtojantis mokslui atsiranda naujø, tinës in vitro procedûros susijusios su tikslesniø, etiniu poþiûriu priimtinesniø piktybinio proceso reguliacijos molekumetodø, kurie galëtø bûti naudojami liniame lygmenyje galimybiø paieška. biomedicinos tyriKitas tyrimo etapas muose. Taèiau, ne– navikiniø làsteliø paisant to, net ir XXI amþiuje gyvûnai vis Didelë dalis informaciþinomos genetinës modifikacijos reikðdar yra ir, manoma, jos, gaunamos atliekant mës vertinimas gydar ilgai bus naudojami eksperimentiniame darbe. Reikia eksperimentus su gyvûnais, yra panaudojama vame organizme –tokiø làsteliø dauginimosi efektyvumo ieðkoti metodø, leipaèiø gyvûnø gerovei. analizë, navikø fordþianèiø diagnozuomavimosi daþnio ti naujas ligas, tobubei jø jautrumo chelinti chirurgines procedûras ir gydymo moterapiniams agentams tyrimas. Vykschemas, ávertinti naujø biologiðkai akdomas kompleksinis darbas, nagrinëtyviø produktø efektyvumà ir cheminiø jantis piktybinës làstelës kai kuriø remedþiagø saugumà. Á daugelá ðiø klauguliaciniø sistemø reikðmæ ir vaidmená simø galima atsakyti tik atlikus tyrimus tiek modelinëje sistemoje, tiek gyvame su gyvais organizmais. Svarbu nepaorganizme. miršti ir to, kad didelë dalis informaciKità darbà, vykdomà Biochemijos jos, gaunamos atliekant eksperimentus instituto bazëje, kuriame naudojami lasu gyvûnais, yra panaudojama paèiø gyboratoriniai gyvûnai, remia Lietuvos vûnø gerovei – juk gyvûnai irgi serga, valstybinis mokslo ir studijø fondas. Tai tad juos reikia gydyti, operuoti, o tam keturiø institucijø (VU ligoninës Sanreikia atitinkamø þiniø. tariðkiø klinikø, Biochemijos, VU Eksperimentinës ir klinikinës medicinos ir Laboratoriniø gyvûnø mokslas VU Imunologijos institutø) mokslininkø vykdomas projektas „Kamieniniø Lietuvoje làsteliø integracija, jø išgyvenimas ir funkcinis pajëgumas patologiniame þi

Tiksliø duomenø apie tai, kada Liedinyje. Ikiklinikiniai tyrimai“. Biochetuvos mokslininkai pradëjo naudoti gymijos instituto tema – suaugusio indivûnus eksperimentiniame darbe, sunvido kamieniniø miogeniniø làsteliø, ku rasti. Vieni ið pirmøjø laboratoriniø skirtø transplantuoti á paþeistà ðirdá,

jautrumo citotoksiniams agentams tyrimas ir optimaliø citoterapijos sàlygø parinkimas. Eksperimentai atliekami kartu su Santariðkiø klinikø kardiochirurgais. Pirmoje darbo stadijoje iðskiriamos kamieninës làstelës ið gyvûno skeleto skersaruoþio raumens, jos padauginamos, tiriamas jø jautrumas toksinams. Po to làstelës paþymimos ir transplantuojamos á autologinio organizmo infarkto paþeistà ðirdá. Stebimas gyvûno sveikimo procesas, o baigus eksperimentà, padedant Valstybinio patologijos centro mokslininkams, ávertinamas transplantuotø làsteliø integracijos patologiniame þidinyje efektyvu

V. Naujiko nuotr.

Biochemijos instituto vivariumo vyr. laborantei Ingai Tarasovai savanoriðkai padeda Gamtos mokslø fakulteto biologijos II k. studentas Viesturas Ermanis

mas.

VU Gamtos mokslø fakulteto Biochemijos ir biofizikos katedros mokslininkai neurofiziologinius eksperimentus, kuriems naudojami laboratoriniai gyvûnai, atlieka ne tik paèioje katedroje, bet ir uþsienyje – Norvegijoje, Danijoje, Suomijoje. Tiriami regimosios informacijos apdorojimo ávairiuose nervø sistemos lygiuose mechanizmai, motorinës veiklos integracijos nugaros smegenyse principai, gyvûnø stresà sukeliantys veiksniai.

VU Gamtos mokslø fakulteto Biochemijos ir biofizikos katedros bei Biochemijos instituto mokslininkai daly- vauja COST programos B24 veiklos „Laboratoriniø gyvûnø mokslas ir gerbûvis“ darbe. Šios programos tikslas –pagilinti þinias, kurios bûtinos tam, kad gyvûnai tyrimams bûtø naudojami bioetiniu ir moksliniu poþiûriu pagrástai. Specialus projekto tikslas – papildyti esamas ir paruošti naujas šios veiklos srities ES direktyvas ir rekomendacijas. Nauda Lietuvai bus daugialypë – bus suderinti teisës aktai, parengta dirva naujiems juridiniams dokumentams kurti, atnaujintos mokymo programos, kaupiamos þinios moksliniams projektams. 1996 m. Laboratoriniø gyvûnø mokslo Lietuvos asociacijos atliktais statistiniø tyrimø duomenimis, Lietuvoje per metus panaudojama apie 20 tûkst. gyvûnø. Daugiausia tai laboratorinës pelës.

Su gyvûnais dirba tik kompetentingi specialistai

Kiekvieno tyrëjo moralinë pareiga –saugoti gyvybæ. Pagal Europos laboratoriniø gyvûnø mokslo asociacijø federacijos (FELASA) rekomendacijas skiriami keturi darbo su laboratoriniais gyvûnais kompetencijos lygiai – A (gyvûnø priþiûrëtojai), B (gyvûnø technikai), C (mokslininkai), D (gyvûnø gerbûvio specialistai). Tad norint dirbti su laboratoriniais gyvûnais, reikia išklausyti specialius kursus, nes nei biologinis, nei medicininis ar veterinarinis iðsilavinimas nesuteikia tokios teisës. Ðiuo metu Lietuvoje geriausiai parengiami A ir C kategorijø specialistai. A kategorijos darbuotojus paprastai apmoko aukðtesniø kategorijø specialistai darbo vietoje. C kategorijos kompetencijà galima ágyti vienu ið trijø bûdø: klausant kursus, organizuojamus uþsienio universitetuose; dalyvaujant vasaros mokyklose, organizuojamose bendromis kolegø ið Europos, Skandinavijos bei Baltijos ðaliø pastangomis; klausant laboratoriniø gyvûnø mokslo kursà Vilniaus universitete. Pirmasis bûdas Lietuvos mokslininkams gana sudëtingas, nes paprastai tokie kursai brangiai kainuoja. Antrasis bûdas patrauklesnis, nes kursai organizuojami Baltijos ðalyse, dalyviai daþnai atleidþiami nuo mokesèio, galima uþmegzti ryšius su uþsienio mokslininkais. Jau buvo organizuotos 6 tokios mokyklos, jose apie 40 Lietuvos mokslininkø gavo C kategorijos sertifikatus. Vykdant TEMPUS-PHARE programos projektà „Tarpdisciplininiø neurobiologijos magistriniø studijø programa“ 1997 m. VU Gamtos mokslø fakulteto Biochemijos ir biofizikos katedroje buvo pradëtas skaityti laboratoriniø gyvûnø mokslo kursas – kartu su Lietuvos kolegomis paskaitas skaito ir pasaulinio lygio profesionalai, kolegos ið Kuopio, Helsinkio (Suomija) universitetø.

B kategorijos specialistai paprastai rengiami darbo vietoje pagal FELASA patvirtintas programas. D kategorija suteikiama gyvûnø gerbûvio specialistams, paprastai vivariumø ir veislynø vadovams. Tokio lygio specialistø poreikis Lietuvoje nëra didelis, o rengimo sànaudos nemaþos, todël juos racionaliau bûtø rengti specializuotuose uþsienio šaliø centruose.

Ðvietëjiðka veikla

Biochemijos institute, vadovaujant Lietuvos jaunøjø gamtininkø centrui, organizuojami „Jaunøjø biochemikø“ mokyklos uþsiëmimai, skirti moksleiviams, besidomintiems biologija, biochemija. Greta kitø temø, nagrinëjami ir ávairûs laboratoriniø gyvûnø mokslo aspektai, atliekami tam tikri bandymai su gyvûnais. Tokiø uþsiëmimø metu stengiamasi parodyti, kad yra daug bendra tarp þmogaus ir gyvûnø, kartais eksperimentuose gyvûnus galima pakeisti alternatyviais modeliais. Tokiu bûdu galima sumaþinti skaièiø gyvûnø, naudojamø sprendþiant funda

mentalias kos gyvûnø globos, laikymo ir naudojinustatoma, kad neuþtikrinamos tinkasveikatos apsaugos problemas: tiriant mo ástatymas“, „Laboratoriniø gyvûnø mos gyvûnø laikymo sàlygos arba nesiÞIV infekcijà, vëþá, Alzheimerio ligà. veisimo, dauginimo, prieþiûros ir translaikoma numatyto eksperimento proVisa tai padeda moksleiviams susidaportavimo veterinarijos reikalavimai“ tokolo. Priklausomai nuo Etikos komiryti teisingesná vaizdà apie problemas, (1997 m.), „Laboratoriniø gyvûnø nausijos rekomendacijø, Valstybinë maissusijusias su gyvûnø panaudojimu dojimo moksliniams bandymams metoto ir veterinarijos tarnyba iðduoda, atmokslo tikslais. diniai nurodymai“ (1999 m.), „Gyvûnø naujina ar sustabdo leidimà atlikti eks

Á lietuviø kalba jau iðversti pirmieji veþimo taisyklës“ (1999 m.); LR Sveiperimentus su stuburiniais laboratoripagrindiniai juridiniai dokumentai –katos apsaugos ministerijos norminis niais gyvûnais bei turi teisæ ir galimy„Stuburiniø gyvûnø, naudojamø moksaktas „Geros laboratorinës praktikos bes kontroliuoti, ar eksperimentai atlo ir kitais tikslais, apsaugos Europos taisyklës“ (1999 m.). liekami pagal leidimo sàlygas. Konvencija“ ir „Eutanazijos rekomenLabai svarbûs mokymo poþiûriu yra dacijos“. Be to, finansiškai remiant „Laboratoriniø gyvûnø naudojimo Tyrëjai parengti, bet bazës UFAW (University Federation of Animal moksliniams bandymams metodiniai Welfare) 2001 m. išleistas V. Ðimkevinurodymai“, nes juose nurodyta, kad skurdþios èienës ir O. Rukðëno vadovëlis lietuviø leidimà atlikti eksperimentus su labokalba „Laboratoriniø gyvûnø mokslo ratoriniais gyvûnais galima iðduoti tik Visame pasaulyje eksperimentai su pagrindai“. tuo atveju, kai nors vienas grupës tyrëgyvûnais yra tarsi po padidinamuoju jas turi C kategorijos sertifikatà. Ðis stiklu. Juos stebi visuomenë, reglamen

Teisinis pagrindas ástatymas apibrëþë eksperimentavimo tuoja grieþti ástatymai, rezultatus atisu gyvûnais tvarkà ir pagrindë poreiká dþiai seka ir vertina medicinos speciaLietuva dar nëra ratifikavusi „Stuburiniø gyvûnø, naudojamø mokslo ir kitais tikslais, apsaugos Europos Konvencijos“, taèiau jau priimtas visas ástatymø ir poástatyminiø aktø rinkinys. Tai 1997 m. priimtas „Lietuvos Respublimokytis laboratoriniø gyvûnø mokslo srityje. Juridiniu poþiûriu reikšmingas þingsnis buvo Laboratoriniø gyvûnø naudojimo Etikos komisijos prie Valstybinës maisto ir veterinarijos tarnybos ákûrimas 1999 metais. Pagrindinës Etikos listai, mokslininkai. Eksperimentai su gyvûnais turi bûti moksliðkai pagrásti, tokiam darbui turi bûti naudojami tik specialiai tam veisti ir eksperimentams skirti gyvûnai, jie turi bûti auginami standartinëse, rûðiai pritaikytose sàlygose. Deja, Lietuvoje padëtis tuo klaukomisijos veiklos sritys – Europos Sàsimu nëra gera. Nors tyrëjai parengti, jungos reikalavimø ágyvendinimas, ástajø darbai negali lygintis su uþsienio kotyminës bazës tobulinimas, paraiðkø legø darbais. Pagrindinë prieþastis –gauti leidimà atlikti eksperimentus su skurdi materialinë laboratoriniø gyvûlaboratoriniais gyvûnais svarstymas ir nø laboratorijø bazë, nëra modernaus rekomendacijø teikimas Valstybinei Europos Sàjungos reikalavimus atitinmaisto ir veterinarijos tarnybai. Etikos kanèio laboratoriniø gyvûnø veislyno. komisijos nariai turi dideles teises, jie Priraðyta daug projektø, pagrindþiangali gauti reikalingà informacijà ið èiø bûtinybæ gerinti gyvûnø laboratorimoksliniø ir gamybiniø organizacijø, jø materialinæ bazæ, daugelis komisijø bet kuriuo metu áeiti á gamybines, ekskonstatavo, kad taip dirbti negalima, o perimentines ir gyvûnø laikymo patalkai kurios gamyklos nutraukë veiklà, pas, patikrinti, ar laikomasi leidime apnes negali uþtikrinti Europos standarraðyto eksperimentø protokolo, teikti tus atitinkanèios biologinës produkcirekomendacijas Valstybinei maisto ir jos vertinimo, panaudojant gyvûnus, taveterinarijos tarnybai sustabdyti leidièiau reikalai nepasitaisë... Belieka tikëmo atlikti eksperimentus galiojimà, jei tis, kad laikui bëgant ir ši þmogaus labui labai reikalinga mokslo sritis bus pastebëta. Paminklai gyvûnams – mokslo visuomenës padëka

„Paminklas neþinomai pelei“ pastatytas 2004 metais Kinijoje, Medicinos mokslø akademijos teritorijoje. Tai yra mokslinës visuomenës padëka eksperimentiniams gyvûnams – pelëms, jûrø kiaulytëms, triuðiams ir beþdþionëms, kurie þuvo, kuriant vakcinà prieð sunkø ûminá respiraciná sindromà (SÛRS).

Kinijoje prie Vuhano universiteto 2004 metais pastatytas ir paminklas SÛRS vakcinos kûrimo aukoms – 38 Rhezus beþdþionëms. Ant ðio paminklo iðkalti þodþiai: „Laboratoriniams gyvûnams, kurie þuvo, kad þmonës bûtø sveiki“.

1935 m. Peterburge, Eksperimentinës medicinos instituto sodelyje, pastatytas paminklas šuniui. Akademikas I. Pavlovas, atlikæs daugybæ eksperimentø su ðunimis, pats paruoðë ðio paminklo eskizà. Tai ðuo, sëdintis ant pjedestalo. Pjedestalo ðonuose – 4 dideli bareljefai, vaizduojantys laboratorijos darbà. Po jais – akademiko þodþiai apie eksperimentø prasmæ ir reikðmæ þmonijos gerovei.

Molekuliniai kompiuteriai – netolimoje ateityje Prof. habil. dr. Eugenijus BUTKUS

Kuo supramolekulë skiriasi nuo paprastos molekulës? Pastaraisiais metais pastebëtos ádomios sudëtingø organiniø medþiagø savybës – jø molekulës tarsi savaime ið daugybës molekuliø sudaro tvarkingus darinius, kurie pasiþymi neáprastomis savybëmis. Susidarantys nauji dideli agregatai pavadinti supra

Gamtos ávairovë didþiulë. Visa, kas molekulëmis. Supramolekulës gali bûti naudojamos konstruoti mus supa – tai daugybë cheminiø memolekuliniams árenginiams, tarp jø ir kompiuteriø elementams. dþiagø, apie kuriø molekuliø struktûrà, savybes, reaktingumà ir t. t. net Molekuliniai jungikliai, molekuliø vëriniai ir kiti miniatiûriniai nesusimàstydavome. Prieðdëliai „suelementai apibûnami terminu „nanotechnologija“. Supramoleper“ ir „supra“ paprastai naudojami kulës atlieka funkcijà, kurià atlikdavo lempos, tranzistoriai, laiapibûdinti tam, kas reiðkia „daugiau negu áprasta“. Pavyzdþiui, superliatydai. Kaip perëjimas nuo elektroniniø lempø prie tranzistoriø vas – laipsniavimo aukðèiausias laipssukëlë perversmà technikoje, taip tolesnë miniatiûrizacija nenis gramatikoje, superlaidininkas –abejotinai leis molekules panaudoti technikoje. Taigi molekulimedþiaga, kuri pasiþymi ypatingu laidumu srovei – be varþos, „supraorbiniai kompiuteriai jau neatrodo nereali svajonë. tinis“ medicinoje reiðkia „iðdëstytas virð akiø orbitos“. Taigi supramolekulë yra kaþkas daugiau nei áprasta molekulë. Ji susideda ið daugelio moantrinë struktûra, nes poromis sàveisupramolekuliø susidarymas þinolekuliø ir yra sudëtingas darinys. Jakauja timino-adenino ir citozino-gumas, taèiau ilgà laikà nebuvo atkreipme atskiri komponentai susijæ silanino nukleotidai. 1 pav. pavaizduotas dëmesys á toká paprastà reiðkiná pnesne sàveika nei cheminis ryðys –ti vandeniliniai ryðiai tarp vandens kaip kristalø susidarymas ið organitarpmolekulinëmis jëgomis. Ðios jëmolekuliø ir DNR molekulëje. Dauniø molekuliø. gos – vandenilinis ryðys – ir kitos sàgybë biologiniø procesø remiasi speveikos laiko molekules tarpusavyje. Taigi áprastos molekulës nuo supracifine supramolekuline sàveika, pavyzdþiui, fermento sàveika su substraKompiuteriai –molekuliø ir skiriasi tuo, kad pastatu, baltymø funkcijos, molekuliø atið supramolekuliø? rosios atsiranda susidarant sàveikoms paþinimas (angl. molecular recognitarp áprastø molekuliø, kuriose atotion) ir kt. Supramolekuliø chemija yra tarpmai susijungæ cheminiais ryðiais. ToSupramolekulës yra sudëtingesnës disciplininë sritis, siejanti chemijà, kios sàveikos seniai þinomos biologinei áprastos molekulës, jos gali susibiologijà ir fizikà. 1987 m. Nobelio joje, kur sudëtingos biomolekulës, toformuoti, kai sudaromos prielaidos premija buvo paskirta Cramui, Lehkios kaip DNR ir RNR, suformuoja tarpmolekulinei sàveikai. Chemijoje nui ir Pedersenui uþ „Molekuliø, kudvigubà spiralæ dël vandeniliniø ryðiø tarp atskirø nukleotidø grandþiø. Toks ryðys susidaro tarp vandens molekuliø, ir, nors jo molekulinë masë nedidelë, dël to vandens savybës tokios unikalios, jos galiausiai nulëmë gyvybës atsiradimà ir egzistavimà Þemëje. Vandenilinis ryðys ypaè paplitæs biologinëse sistemose – ðio ryðio susidarymu remiasi DNR 1 pav. Vandeniliniai ryðiai (taðkinë linija) tarp vandens molekuliø (kairëje), DNR molekulëje (viduryje) bei supramolekulë, susisukusi á spiralæ (deðinëje)

riø labai selektyvi struktûrinë-specifinë sàveika, vystymà ir panaudojimà“. Jie pirmieji sukonstravo ir susintetino tokias struktûras, kurios pradëjo supramolekuliø chemijà.

Supramolekulinë chemija nagrinëja struktûras, sudarytas ið riboto ar begalinio skaièiaus molekuliø, sàveikaujanèiø tarpusavyje silpnomis, nekovalentinëmis jëgomis. Supramolekuliniuose agregatuose daugiausia aptinkama fragmentø, galinèiø sàveikauti vandenilinio ryðio dëka. Ðis ryðys – viena ið stipriausiø nekovalentiniø tarpmolekuliniø jëgø. Jam susidaryti reikalingos polinës funkcinës grupës, turinèios elektronø donoriná bei teigiamai poliarizuotà vandenilio atomà.

Supramolekulinei strukûrai susiformuoti padeda tinkamas struktûrinis bei erdvinis fragmentø atitikimas – vadinamasis komplementarumas: jose turi bûti grupiø, galinèiø tarpusavyje sàveikauti. Tokia sàveika bûdinga nukleotidams, kurie tik tam tikromis poromis sudaro vandenilinius ryðius, nulemianèius dvigubos DNR spiralës struktûrà (1 pav.). Ádomu, kad ir cheminiu bûdu susintetintos

2 pav. Didþiausia nebiologinë supramolekulë dodekaedronas –C 2900 H 2300 N 60 P 120 S 60 O 200 F 180 Pt 60 , susidariusi ið tri(4'-piridil)metanolio ir diplatinos komplekso (diametras 7,5 nm) (virðuje). Supramolekulës, sudarytos ið rotaksanø – þiedø, pervertø per tiesià molekulæ ir judanèiø priklausomai nuo terpës rûgðtingumo (apaèioje).

3 pav. Supramolekulës, sudarytos ið tinkamos struktûros ciklø, tarp kuriø yra kanalai. Á juos gali ásiterpti kitos molekulës – kanaluose iðsidësto tirpiklio molekulës. Deðinëje – vandenilinio ryðio spiralë.

spiralës formos molekulës, primenanèios biomolekuliø dvigubos spiralës VU chemikai sintetina struktûrà (1 pav.). supramolekules

Stengiantis suprasti ðiø silpnø jëgø veikimo ribas ir dësningumus bei gaVilniaus universiteto Chemijos falimà praktiná pritaikymà naudojami kulteto Organinës chemijos katedros modeliniai junginiai su tiksliai parinkStereocheminiø tyrimø grupëje sinta junginio struktûra, geometrija ar tetinamos supramolekulës, sudarytos simetrija. Keièiant tarpusavyje sàveiið fiksuotos erdvinës struktûros fragkaujanèiø supramolekuliniø vienetø mentø, kuriuose ávestos grupës, gastruktûrà galima lengvai keisti ir palinèios sudaryti vandenilinius ryðius. ties darinio geometrijà, agregacijos Pradþioje gana nedidelës molekulës laipsná, stabilumà ir gali jungtis poromis, o tokt. Toks polimolekuliau – á didesnius darinius. linis organizuotas Naudojant sintetinius Susidariusiose struktûrojunginys neretai tusantykinai nedidelës se atskiros molekulës iðri savitø cheminiø molekulinës masës junsidësto tvarkingai. Taèiau bei fizikiniø savybiø. ginius siekiama paþinti jose lieka kanalai, á kuPaprastai parenkakai kuriuos biologinius riuos gali ásiterpti maþesmi tokie cheminiai reiðkinius ir cheminiais nës, pavyzdþiui, tirpiklio junginiai, kurie gali metodais juos tirti. molekulës. Kai kurie atosudaryti vandenilimai ðiuose asociatuose iðnius ryðius. Tuomet sidësto spirale, atkartojatam tikromis sàlygomis susiformuoja ma DNR spiralë. Taigi tokios suprasupramolekulës. Gaunami dideli momolekulës gali perneðti vaistus ar kilekuliø agregatai, todël tai galima vatus reikalingus junginius á làstelæ. Be dinti molekuliø architektûra (2 pav.). to, naudojant pradinius chiralinius Supramolekulës daþnai formuojasi junginius – molekules, kurios yra savaime, tvarkingai iðsidësto á tam tikveidrodiniai viena kitos atspindþiai, –ras struktûras. 2 pav. pavaizduota disintetintos chiralinës struktûros. Todþiausia nebiologinë supramolekulë, kios yra gamtinës biomolekulës. Kai sudaryta ið tûkstanèiø atomø, sudakurie mûsø laboratorijoje gauti suranèiø didelá policikliná asociatà. pramolekuliø pavyzdþiai pateikti 3

Supramolekulëms konstruoti daþpaveiksle. Jame matyti ertmës, kurionai naudojamos ávairios molekulës, se gali bûti ásiterpusios maþesnës mokuriose keli ciklai susineria tarpusalekulës. Pavaizduota ir spiralë, kurià vyje arba per tiesinæ molekulæ pervesudaro atskiri atomai, susijungæ vanriamas þiedas. Tokie junginiai vadinadeniliniu ryðiu. mi rotaksanais, juose atskirø fragmentø padëtis kinta priklausomai Supramolekulës –nuo ávairiø faktoriø – ðviesos, terpës, krûvio (2 pav., apaèioje). Nenuostanaujausiø tyrimø pagrindas bu, kad vis konkreèiau pradedama kalbëti apie molekuliø matmenø árenSupramolekuliø taikymo sritys laginius, prietaisus, galiausiai kompiubai ávairios. Pastaraisiais metais nauterius ir pan. jø funkcionaliø medþiagø kûrimas ta

po pagrindiniu chemikø uþdaviniu. Kai kada sritys, kuriose tos medþiagos taikomos, gali atrodyti labai fantastiškos.

Visø pirma naudojant supramolekules modeliuojami procesai, kurie vyksta biologiniuose objektuose. Naudojant sintetinius santykinai nedidelës molekulinës masës junginius siekiama paþinti kai kuriuos biologinius reiðkinius ir cheminiais metodais juos tirti. Medicinoje supramolekulës gali „nuneðti“ vaistus organizme á reikiamà vietà, kuriami neuromolekuliniai tinklai ir molekuliniai árankiai genomui reguliuoti. Kita panaudojimo sritis – medþiagø mokslai, kurie glaudþiai siejasi su nanomokslais. Supramolekulës yra jø pagrindas, nes eksperimentai atliekami molekuliø lygmenyje. Molekulës turi sudaryti taisyklingai iðsidësèiusias struktûras, kuriø savybës bûtø reguliarios reikiamu atstumu ir vietoje. Ðis naujas reiðkinys vadinamas molekuliø saviorga

4 pav. Supramolekulinis agregatas su prijungtais elektrai laidþiais molekuliniais elementais nizacija. Vis dëlto reiktø pasakyti, kad prieð pradedant konkreèiai taikyti supramolekules dar teks iðspræsti nemaþai klausimø, susijusiø su jø ir mikroskalës dydþiø komponentø sujungimu.

Supramolekulinës struktûros gali bûti naudojamos energijai laikyti, saulës energijà paversti kitomis energijos rûðimis. Pavyzdþiui, fotoaktyvi supramolekulë, suþadinta saulës ðviesos, akumuliuoja energijà, vyksta keletas cheminiø virsmø, kuriø metu per laidø molekuliná benzeno-acetileno laidininkà perneðami elektronai prie katalizatoriaus pavirðiaus, kuriame ið vandenilio jonø H + susidaro molekulinis vandenilis H 2 . Kontroliuojant energijos srautus per supramolekules galima reguliuoti liuminescencijos intensyvumà ir trukmæ. Kondensuotø medþiagø fizikoje formuojami supraklasteriai, nanoskopiniø dydþiø sistemos, kurioms bûdingi kvantiniai efektai. Kitos taikymo sritys susijusios su molekuliø atpaþinimu, „sumanioms“ medþiagomis – membranomis, jutikliais, optiniais diagnostiniais árenginiais, srovei laidþiais sluoksniais ir kitomis ne maþiau ádomiomis sritimis (4 pav.).

F o t o g r a f i j ø k o n k u r s a s „VU atributika – uþ Lietuvos ribø“

Visus VU akademinës bendruomenës narius, susirengusius á kelionæ, raginame nepamirðti fotoaparato ir Jums mielo suvenyro su VU þenklu. Áamþinkite já egzotiðkose ar labiausiai ásimintinose vietovëse. Nuotraukas siøskite „Spectrum“ redakcijai el. paštu spectrum@crspectrum@cr.vu.lt. arba atneðkite á Informacijos ir ryðiø su visuomene skyriø (CR, 354 kab.). Bûtina nurodyti nuotraukos autoriaus pavardæ, trumpai apraðyti nuotraukos turiná. Þurnale atspausdintø nuotraukø autoriai bus apdovanoti specialiais prizais. Keliaukite, fotografuokite ir siøskite mums. „Spectrum“ redakcija Jono Jakubonio (KomF) nuotr. Kuprinë pabuvojo Ispanijoje