A kémikus, akinek a Simpson család jósolta meg a Nobel-díját

A Simpson család egy 2010-es epizódjában a Nobel-díj átadását nézik a tévében, és közben Nobel-bingóként találgatják, ki az esélyes az elismerésre. A bingókártyán ott van Bernard L. Feringa holland kémikus neve is, aki végül 2016-ban két társával megosztva tényleg megkapta a kémiai Nobel-díjat a molekuláris gépek tervezéséért és szintéziséért.

„Kutatgattam, tanítgattam, nem is gondoltam a Nobel-díjra – mondta Feringa, amikor megkérdezték tőle, hogy számított-e az elismerésre. – Aztán egyszer felhívott egy kolléga az Illinois-i Egyetemről, hogy benne vagyok a tévében. A Simpson családban. Az Egyesült Államokban, főműsoridőben, a Simpson család megjövendölte a Nobel-díjamat, ennél nagyobb megtiszteltetés nem érheti az embert.” A sorozatnak egyébként William Moerner esetében is igaza volt: ő két évvel Feringa előtt, 2014-ben nyerte el a díjat.

A Nobel-díjas Feringa most Budapesten járt, először a Budapesti Műszaki Egyetemen egy kerekasztal-beszélgetésen vett részt, majd az ELTE Természettudományi Karán tartott előadást. A Műszaki Egyetemen egyébként egy héten belül ő már a második Nobel-díjas, a múlt héten Krausz Ferenccel beszélgethettünk a legújabb kutatásairól.

Feringa – két másik kutatótársával megosztva – azért kapta meg az elismerést, mert elsőként készített olyan molekuláris rotorlapátot, ami folyamatosan ugyanabba az irányba forgott, és a molekuláris motornál mintegy tízezerszer nagyobb üveghengert forgatott meg. Az ő nevéhez fűződik a „nanoautó” megalkotása is. Bár utóbbi csak jó szemléltetése a technológia működésének, a molekuláris nanotechnológia, amivel foglalkozik, millió probléma megoldását kínálhatja a jövőben a lokálisan ható antibiotikumoktól kezdve az öntisztító felületeken át a szén-dioxid-megkötésig.

Feringa egy tízgyerekes családban nőtt fel egy holland faluban, a német határhoz közel. Már gyerekkorában is érdekelte a természet, de a tudomány felé igazán a középiskolában fordult, amikor fizika-, kémia- és biológiaórákon kinyílt előtte a világ. A Groningeni Egyetemen folytatta a tanulmányait, ahová később kutatóként is visszatért.

„Sokat inspirálódom az anyatermészetből – mondta a kutató a sajtónak. – Rengeteg ihletet nyerek abból, hogyan mozognak az izmaink, hogyan működik a látás, milyen dinamikus funkcionális mozgások vannak a természetben. Mi teszi lehetővé, hogy tudjunk menni, lóbálni a karjainkat, hogyan szállít el a szervezet egyes vegyületeket? A testünknek apró gépek adják az üzemanyagot. Ezek a kicsi forgó motorok, az ATP-ázok néhány nanométeresek, a nap 24 órájában olyan üzemanyagot gyártanak, ami aztán energiával látja el a szervezetet. Ez az üzemanyag teszi ki a testtömegünk felét. Így működik a biológia: az emberi testtömeg fele mindennap újrahasznosodik az apró gépek által. Számomra ez lenyűgöző. Itt vannak ezek a kis gépek, amik ilyen komplex feladatokat látnak el. És ez az egyik legnagyobb kihívás is az emberiség jövőjében: hogyan hasznosítsuk újra a megtermelt anyagokat? A műanyagot, az okostelefont, a különböző fémeket. Még nem vagyunk hozzá elég okosak. A testünk meg közben újrahasznosítja a testsúlyunk felét. Meg kell tanulnunk, hogyan csinálja.”

„Minden, amit magunk körül látunk, molekulákból és atomokból épül fel. Abban mi, emberek már nagyon jók vagyunk, hogy önállóan mozgó dolgokat hozzunk létre. A következő lépés az kell, hogy legyen, hogy alkalmazkodó, érző, saját magukat beállító molekuláris eszközöket gyártsunk. A minap elvágtam az ujjamat, nem kellett semmit sem csinálnom azon kívül, hogy tisztán tartottam, a testem megjavította magát. Ezt még nem tudjuk leutánozni. Ez a jövő technológiája” – mondta.

Feringa 1999-ben alkotta meg az első molekuláris motort, ami gyakorlatilag egy rotálódó molekula, aminek fény hatására indul meg a mozgása. Az első kísérletekben a kutató UV-fényt használt, de hamar kiderült, hogy infravörös fénnyel, sőt, cukorral is működik a technológia. A megoldás lépcsőfok többek között a lágy robotika, a reszponzív anyagok és az okosgyógyszerek felé is.

A kutató az ELTE Természettudományi Karán tartott előadásában a Wright testvérek felfedezéséhez hasonlította a molekuláris motor kidolgozását.

„A repülőgépeket a madarak ihlették, de nem lemásoltuk őket, hanem továbbfejlesztettük. Még mindig nem tudunk galambot építeni. A Boeingnek nincs sok köze a madarakhoz azon kívül, hogy repül”

– mondta.

A technológia egyik legnagyobb vívmányának az okostelefont tartja, de úgy gondolja, hogy a következő generációk már erre fognak úgy tekinteni, mint ahogyan a mostani fiatalok a CD-re. Az okostelefon Feringa szerint tökéletes példája annak is, hogy az alapkutatás hogyan szivárog át a kereskedelembe: a fizika megalkotta a tranzisztorokat, a kémia a folyadékkristályos anyagokat és az akkumulátorokat, a mérnökök az eszközt, az informatika pedig a programokat. Mindez alapkutatásból indult, és hosszú évek alatt lett belőle kereskedelmi termék. Úgy gondolja, a saját technológiája nagyjából ennek az útnak az elején áll.

Feringának és kutatócsapatának jelenleg egyik fő kutatási iránya az olyan antibiotikumok létrehozása, amik lokálisan, csak a probléma helyén fejtik ki a hatásukat. Ez megelőzne rengeteg olyan mellékhatást, amivel az antibiotikumok szedése együtt jár, és segíthetne az egyre nagyobb problémává váló antibiotikum-rezisztencia legyűrésében is.

Az első publikációt 2013-ban tették közzé erről, akkor azt demonstrálták, hogy diazo-vegyületeket UV-fénnyel hogyan tudnak ott aktiválni, ahol szükség van rá. Ez azt jelenti, hogy a hatóanyagok inaktív állapotban kerülnek be a szervezetbe, majd amikor a kívánt helyre érnek, UV-fénnyel aktiválják őket, és csak ekkor fejtik ki a hatásukat. Ezzel elkerülhető például az, hogy az antibiotikum a hasznos bélbaktériumokban kárt tegyen.

„A terület az elmúlt időben gyakorlatilag felrobbant. Az antibiotikum-rezisztencia nagyon komoly probléma, nem hiába nevezi az Egészségügyi Világszervezet az emberiség ketyegő időzített bombájának. Én nagyon optimista vagyok a már elért eredmények alapján” – mondta Feringa.

Ő és kollégái jelenleg sejttenyészeteken dolgoznak, de globálisan már vannak állatkísérletes kutatások is, sőt, a témában egy kutatás a klinikai kísérletek fázisában van. A Nobel-díjas tudós és csapata egy, a fluorkinolonok családjába tartozó antibiotikummal komoly sikereket ért el, a hatóanyag egészen addig inaktív állapotban maradt, amíg fény segítségével „be nem kapcsolták”. Ezután a hatóanyag magától „kikapcsol”, vagyis inaktiválódik, ami azért nagyon hasznos, mert a környezetbe sem kerülnek ki aktív antibiotikumok. A módszer a biofilmképződés ellen is működik – ez gyakorlatilag a baktériumok túlélési stratégiája, illetve védelmi mechanizmusa, minden olyan felszínen megtörténhet, ahol a baktériumok megtapadhatnak és szaporodni tudnak.

„Világszerte több kutatócsoport dolgozik ezen most, de azt is érdemes megjegyeznünk, hogy a baktériumok több millió éve túlélnek, nagyon jól tudnak alkalmazkodni. A megoldás még messze van a valós felhasználástól, de a következő években realitássá válhat” – tette hozzá Feringa. A módszerénél áttörést jelentett az, amikor rájöttek, hogy az ilyen kikapcsolás-bekapcsolás infravörös fénnyel is működik – az UV-fény ugyanis káros a szervezetre, az infravörös viszont nem, ráadásul mélyebbre is jut a testben.

A kutatócsoport nemcsak antibiotikumokkal, hanem a kemoterápiás szerek javításával is foglalkozik. „Mindenki ismer valakit, aki átesett már kemoterápián. Ismerjük a borzasztó mellékhatásait. Betegek leszünk, kihullik a hajunk, mert sok más sejtre is hat a szervezetben. Az én álmom az, hogy egyszer az új képalkotó technológiákkal megtaláljuk a kicsi tumorokat is, majd olyan kemoterápiát alkalmazunk, ami a testben sehol máshol nem hat, csak ott, ahol kell. Ha megvilágítod, a megfelelő helyen aktiválódik a szervezetben. Nagyon pontos precíziós terápia. Még nem vagyunk ezen a szinten, de talán tíz év múlva már realitás lehet. És akkor könnyebben elérhetjük ezeket a tumorokat a mellékhatások nélkül.”

Nemcsak a kemoterápia precíziós terápiájának fejlesztésével dolgoznak a daganatos betegségek gyógyításán, hanem a tumorok „molekuláris lyukasztásával” is. „Fogunk egy pókfehérjét, amiről tudjuk, hogy képes lyukat ütni a sejtmembránon. A fehérjéket a célsejten aktiváljuk, bekapcsoljuk, és kilyukasztjuk velük a sejtmembránt. Ezt megcsináltuk rákos sejtekkel is, lyukat fúrtunk beléjük. A jövőben talán ilyen molekuláris műtétekre is használhatjuk a technológiát” – mondta Feringa.

Az orvosi felhasználáson túl a molekuláris nanotechnológiát rengeteg más területen fel lehet majd használni – mondta a kutató. Beszélt öntisztító felületekről, amik lehetővé tehetik, hogy a porosodó napelemek magukat „söpörjék le”, öngyógyító anyagokról, amik segítségével az autót nem kell szerelőhöz vinni a kisebb karcok miatt, mert az anyag megjavítja saját magát. A Telex kérdésére, hogy a technológia segíthet-e például a szén-dioxid kinyerésében az atmoszférából, a kutató azt mondta: itt is elég, ha a természetből nyerünk inspirációt.

„Megnéztük, hogyan repülnek a madarak, aztán építettünk egy repülőt. A természetben a zöld növények felveszik a szén-dioxidot a levegőből, és a napfény segítségével cukrot, cellulózt, olajat csinálnak belőle. Nem tudom, hogy az Európai Uniónak miért nincs olyan programja, miért nem tesz pár milliárd eurót bele abba az alapkutatásba, hogy mesterséges fotoszintézist idézzünk elő, vagy valamilyen más módszerrel szén-dioxidot vonjunk ki a levegőből. Nem pont úgy, ahogy a növények teszik. Nem úgy repülünk, ahogy a madarak repülnek. A növények fotoszintézisének hatásfoka kevesebb mint egyszázalékos. Igazán silány. Gyönyörű, fantasztikus, de silány. Miért ne építhetnénk egy olyan rendszert, ami képes a levegőben lévő szén-dioxidot olyan anyagokká konvertálni, amikből műanyagot lehet csinálni, vagy üzemanyagot a repülőknek? Úgy gondolom, hogy ez megvalósítható lehet. De szükség van hozzá befektetésekre és nagyjából harminc-negyven évre. Így képesek lehetünk elérni a karbonsemlegességet, mert mindent újrahasznosítunk.

Tanulnunk kell az anyatermészettől és lefordítani a megfelelő technológiára. Nem lesz egyszerű, mert ha az lenne, már megcsináltuk volna. De javíthatunk a természet megoldásain.”

Feringa a kerekasztal-beszélgetésen sokat emlegette Karikó Katalint is, akit példaként hozott fel arra, hogy mennyire fontos az alapkutatás, illetve az is, hogy a tudósoknak milyen kitartónak kell lenniük, ha hisznek egy módszer működésében. „Gondoljunk csak a Covidra, arra, hogy Karikó Katalin mit vitt véghez. Ez mind alapkutatás volt negyven évvel ezelőtt. Az emberek eleinte kételkedtek benne. Aztán egyszer csak az alapkutatásból új innováció lett. Én nagyon hiszek az egyensúlyban: először biztosra kell menni, hogy az alap megfelelő, ezután lehet csak az ipar és a társadalom számára gyakorlatban termékeket fejleszteni. Ha egyvalamit kiemelhetek, akkor az az, hogy megfelelő tudományos alapra kell építeni. És jól tanítani a fiatalokat. Mert ha a mai helyzetre tanítjuk őket, akkor a mi munkánkat fogják végezni. De tíz-húsz év múlva ők lesznek az ipar innovátorai. Ők fogják vezetni a társadalmunkat. A jövőre kell őket tréningeznünk. Ez pedig az egyetemek feladata.”

Feringa azt is többször kiemelte, hogy a fiatal kutatóknak a legfontosabb, hogy kérdéseket tegyenek fel, és hogy bízzanak a szerencsés véletlenekben: előadásában elmondta, hogy egy nagyon fontos áttörést úgy értek el a laboratóriumában, hogy az egyik diák fáradtan, talán kicsit másnaposan is rossz, potenciálisan veszélyes oldattal dolgozott, de ezzel megoldotta a kutatócsoportot foglalkoztató egyik nagyon régóta megoldatlan problémát. „Azt javasolnám az itt ülő diákoknak, hogy bízzanak a véletlenekben is. De azért ne robbantsák fel a laboratóriumot” – mondta.