Μια από τις πιο σύγχρονες απεικονιστικές μεθόδους μελέτης βιολογικών μορίων, η κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία (Cryo-EM), που έχει χαρακτηριστεί ως «επανάσταση» στη δομική βιολογία, αποκτά το πρώτο της εξειδικευμένο εργαστήριο στη νοτιοανατολική Ευρώπη και αυτό θα βρίσκεται στο Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών (ΕΙΕ), στην Ελλάδα. Επικεφαλής για την οργάνωσή του είναι ένας Έλληνας ερευνητής με διεθνή πορεία, ο καθηγητής του Τμήματος Βιοχημείας και Βιοτεχνολογίας του Πανεπιστημίου Χάλλε-Βιτεμβέργης, Παναγιώτης Καστρίτης.
Το εργαστήριο θα διαθέτει τέσσερα υπερσύγχρονα μικροσκόπια Cryo-EM: τα Krios G4, Aquilos 2, Talos L120C (S)TEM και Spectra 200 (S)TEM. Έχουν ήδη υπογραφεί οι συμβάσεις προμήθειας των Cryo-EM και γίνονται οι ανακαινίσεις των χώρων που θα τα στεγάσουν.
Το εργαστήριο θα αποτελεί τμήμα του νέου Κέντρου Αριστείας Theranostics, που σχεδιάζεται στο Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών για την έρευνα και καινοτομία στη διάγνωση και θεραπεία του καρκίνου, με χρηματοδότηση από το Ταμείο Ανάκαμψης.
Η κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία είναι μια βραβευμένη με Νόμπελ τεχνική που φέρνει επανάσταση στην παρατήρηση των μορίων. Μέχρι πρότινος, η παρατήρηση των πρωτεϊνών ή άλλων μορίων και των πολύπλοκων μηχανισμών τους σε ατομικό επίπεδο ήταν μια πρόκληση. Το Cryo-EM δίνει στους επιστήμονες την ευκαιρία να παρατηρήσουν λεπτομερώς με ισχυρούς ηλεκτρομαγνητικούς φακούς βιολογικά δείγματα που έχουν καταψυχθεί απότομα σε υγρό άζωτο. Οι εικόνες που προκύπτουν συνδυάζονται και αναλύονται από ειδικό λογισμικό για να αποκαλύψουν τελικά την τρισδιάστατη δομή ενός μορίου της πρωτεΐνης ή των συμπλόκων της. Τελικός στόχος, είναι να επιτευχθεί η πλήρης κατανόηση της λειτουργίας των κυττάρων.
Έχοντας λάβει ευρωπαϊκή χρηματοδότηση ERA Chair για την ανάπτυξη του εργαστηρίου κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας στο ΕΙΕ, ο Παναγιώτης Καστρίτης έχει αναλάβει να στήσει το εργαστήριο και έχει ήδη συγκροτήσει την πολυεπιστημονική ομάδα που αναλαμβάνει όλα τα στάδια προετοιμασίας και ανάλυσης των δειγμάτων. Η ομάδα εκπαιδεύεται, μέσω επισκέψεων στα μικροσκόπια του εργαστηρίου του στη Γερμανία, ώστε να χειρίζεται τα μηχανήματα και τα δεδομένα. Επίσης, ο κος Καστρίτης μεταφέρει την τεχνογνωσία λειτουργίας του εργαστηρίου, ώστε να δημιουργήσει γέφυρες συνεργασίας με άλλα ερευνητικά ιδρύματα στην Ελλάδα, στη νοτιοανατολική Ευρώπη, αλλά και στον υπόλοιπο κόσμο. «Η εξωστρέφεια είναι απίστευτα σημαντική για αυτήν την τόσο ακριβή και πολύτιμη τεχνολογία που θα έρθει στην Ελλάδα», επισημαίνει ο κος Καστρίτης στο ΑΠΕ-ΜΠΕ.
Το ταξίδι του Παναγιώτη Καστρίτη στον μικρόκοσμο των κυττάρων ξεκίνησε από τις σπουδές του στη Βιολογία στο Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών. Στα μαθήματα της Μοριακής Βιοφυσικής, με καθηγητή τον Σταύρο Χαμόδρακα, πρωτεργάτη της υπολογιστικής βιολογίας στην Ελλάδα, ο κος Καστρίτης εντυπωσιάστηκε από τη δομική βιολογία, όπου γίνεται προσπάθεια κατανόησης της λειτουργίας των κυττάρων με αναλυτικές μεθόδους.
«Είναι προφανώς εντυπωσιακό για όλους μας ότι αποτελούμαστε από δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων κύτταρα, τα οποία επικοινωνούν. Μέσα από το μάθημα της Βιοφυσικής συνειδητοποίησα ότι υπάρχουν συγκεκριμένοι βιοφυσικοί νόμοι με τους οποίους καταλαβαίνουμε πώς λειτουργεί το κύτταρο. Ουσιαστικά, ο άνθρωπος έχει δημιουργήσει φυσικά μοντέλα, σχετικά επιτυχημένα στην κατανόηση της λειτουργίας των πρωτεϊνών μέσα στο κύτταρο και αυτή η μαθηματικοποίηση του κυττάρου με εντυπωσίασε», θυμάται.
Κατά τη διάρκεια της διπλωματικής του εργασίας, ο κος Καστρίτης έλαβε ευρωπαϊκή χρηματοδότηση, μέσω πρωτοβουλίας του καθηγητή Βιοχημείας, Κωνσταντίνου Βοργιά, για να επισκεφθεί το εργαστήριο Φασματοσκοπίας Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR) στο Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης. Εκεί, απέκτησε το διδακτορικό του στην υπολογιστική δομική βιολογία, το οποίο διακρίθηκε ως το καλύτερο διδακτορικό του Κέντρου Βιομοριακής Έρευνας Bijvoet του Πανεπιστημίου, το 2012.
Στη συνέχεια, πραγματοποίησε μεταδιδακτορική έρευνα στο φημισμένο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (EMBL) στη Χαϊδελβέργη, ένα από τα ερευνητικά κέντρα που ανέπτυξαν και τελειοποίησαν τη μέθοδο της κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας. Εκείνη την περίοδο, οι δημοσιεύσεις για τις πρώτες δομές πρωτεϊνικών συμπλόκων που παρατηρούνταν με κρυοηλεκτρονικά μικροσκόπια, σε ατομική, δηλαδή πολύ υψηλή, διακριτικότητα, συζητούνταν έντονα στην επιστημονική κοινότητα.
Μέχρι τότε, οι δύο βασικές μέθοδοι παρατήρησης των κυττάρων ήταν η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ και το NMR, ωστόσο με την κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι έχουν τη δυνατότητα να δουν σε υψηλή ανάλυση πολύπλοκα βιολογικά μόρια που δεν μπορούν να αναλυθούν με τις άλλες μεθόδους, προκειμένου να καταφέρουν να κατανοήσουν στο μέλλον τη συνολική λειτουργία του κυττάρου.
Η κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία, αν και γνωστή από τη δεκαετία του 1960, γνώρισε πραγματική έκρηξη τα τελευταία χρόνια, καθώς, όπως εξηγεί στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ο κος Καστρίτης, «το μικροσκόπιο έγινε πιο σταθερό και με νεότερης τεχνολογίας κάμερες και την ίδια περίοδο έγινε επανάσταση στο hardware, στις κάρτες γραφικών, καθώς και στα προγράμματα ανάλυσης δεδομένων που χρησιμοποιούνται. Επίσης, ο τρόπος παρασκευής του δείγματος έγινε σχεδόν αυτοματοποιημένος. Για τους λόγους αυτούς, το 2017 δόθηκε το βραβείο Νόμπελ Χημείας στους επιστήμονες που εξέλιξαν τη μέθοδο αυτή.»
Το 2018, ο Παναγιώτης Καστρίτης ανέλαβε να δημιουργήσει το εργαστήριο Cryo-EM στο Πανεπιστήμιο Χάλλε – Βιτεμβέργης, όπου έχει χειριστεί χρηματοδοτήσεις πολλών εκατομμυρίων ευρώ και έχει δημοσιεύσει έρευνες στα κορυφαία επιστημονικά περιοδικά όλου του κόσμου. Επίσης, από το 2023 είναι επισκέπτης ερευνητής στο Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών και έχει λάβει την ευρωπαϊκή χρηματοδότηση ERA Chair ύψους δυόμισι εκατομμυρίων ευρώ για να μεταφέρει τη γνώση της κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας στην Ελλάδα.
Μέσα από όλο αυτό το ταξίδι στον κόσμο των κυττάρων με τη βοήθεια του Cryo-EM, ο κος Καστρίτης παρατηρεί το πόσο έχει αλλάξει η εικόνα του κυττάρου στο μυαλό του. «Το κύτταρο ουσιαστικά για μένα είναι ένα σύνολο. Αυτή η απίστευτη πολυπλοκότητα του κυττάρου είναι δυσνόητη όταν είσαι φοιτητής. Ακόμα και σήμερα, όμως, δεν γνωρίζω περισσότερα επί του συνόλου του. Μπορεί να καταλαβαίνεις ότι οι μαθηματικές εξισώσεις και οι πειραματικές μέθοδοι μπορούν να προβλέψουν και να αναλύσουν κάποια πράγματα, αλλά τελικά όλη αυτή η πολυπλοκότητα του κυττάρου παραμένει και πάλι ένα αναπάντητο ερώτημα. Πλέον, όμως, αυτή την πολυπλοκότητα μπορούμε να την προσεγγίσουμε συστηματικά σε όλο και μεγαλύτερο βαθμό. Είναι απίστευτη η διαφορά κατανόησης βιολογικών μακρομορίων και των δράσεών τους με την κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία.»
Ποιος είναι, όμως, ο τελικός στόχος αυτής της κατανόησης, τον ρωτάμε. «Η κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία είναι ένας τελείως καινούριος τρόπος να προσπαθείς να καταλάβεις τη λειτουργία του κυττάρου. Αυτό που κάνω μέσα από την έρευνά μου είναι να παίρνω κύτταρα, να τα ‘σπάω’ και να βλέπω τι έχουν μέσα, δηλαδή να κατανοήσω πώς είναι το περιεχόμενο του κυττάρου και τι δομή έχει. Κάθε εικόνα που λαμβάνουμε, κάθε δομή που λύνουμε, αποκαλύπτει τελείως καινούρια γνώση για τη λειτουργία του κυτταρικού μεταβολισμού. Θέλω μέσα από την έρευνά μου να κατανοήσω τη δομή της ζωής. Και μέσα από αυτή την κατανόηση, σε συνεργασία με άλλους βιολόγους πιο εξειδικευμένους στα ιατρικά ή βιοτεχνολογικά θέματα, προχωρούμε στην επίλυση αναπάντητων ερωτημάτων γύρω από τον καρκίνο, το Αλτσχάιμερ και άλλες ασθένειες», καταλήγει.
Της Μαρίας Κουζινοπούλου
