Интервјуа

Од физиката до биологијата: разговор со д-р Илија Дуковски од Универзитот во Бостон, дел 2

Ова е продолжение, односно вториот дел од интервјуто со д-р Илија Дуковски, физичар и квантитативен биолог кој веќе подолго време работи во лабораторијата на проф. Даниел Сегре по биоинформатика при Универзитетот во Бостон. Во првиот дел зборувавме за почетоците на неговата богата кариера како физичар, а во овој втор дел, се осврнуваме повеќе на неговиот премин кон биологијата.

д-р Илија Дуковски
Д-р Илија Дуковски гали мачка. Насловната фотографија најгоре го прикажува Илија како фотографира елен – фотографирањето е една од повеќето негови пасии.

AK: Како ти се роди идејата и интересот од физиката да се префрлиш во биологијата? Претходно спомна дека уште од мал имаш интереси во ова поле и спомна дека најверојатно таму лежи и идниот предизвик на физиката и генерално – симулационата наука во моделирањето на биолошките системи. Дали токму поттикнат од тој предизвик реши да се префрлиш во оваа лабораторија каде што се наоѓаш сега за да работиш во полето на биоинформатика? Ајде кажи ни конкретно како дојде до тоа и на каква тема работиш во овој момент.

ИД: Тој премин беше една комбинација на мој интерес и желба, и комбинација на случајност. Јас работев во силиконската индустрија, но за жал ја изгубив таа работа. Во тоа време, силиконската индустрија на некој начин се повлекуваше од местото каде што живеам во Бостон, а Бостон од друга страна пак е центар на биотехнологијата. Тоа е едно, а друго – биологијата мене отсекогаш ме интересирала, и самата статистичка физика е доста блиску до биолошките истражувања. Добар број на статистички физичари всушност завршуваат токму во биологијата. Ако одите на некоја типична конференција по статистичка физика деновиве, ќе видите дека добар број на проблеми со кои се занимаваат се од областа на биологијата. Значи, сведоци сме на некаква фузија помеѓу биологијата и статистичката физика во едно поле кое започна како биоинформатика, меѓутоа сега може да се каже дека се повеќе станува збор за некаква квантитативна биологија во која токму моделирањето, значи создавањето на математички модели ќе игра се поголема улога. Има методи и на она што денеска се нарекува машинско учење или вештачката интелигенција која исто така може да се каже дека ќе има се поголема улога. Може да се слушне дека ако 20-тиот век беше век на физиката, 21-от век веројатно ќе биде век на биологијата и мислам дека токму во тоа ќе видиме голем развој на теориските и компјутерските методи во биологијата.

АК: Да, впрочем биологијата и функционирањето, интеракцијата на клетките, на ткивата, на органите и како што се оди нагоре по скалилото на биологијата – екосистемите, тоа се исклучително комплексни системи со многу варијабли коишто бараат исклучителни модели и компјутациона моќ за полека да се разоткриваат. Тие системи, барем од она што го знаеме за универзумот, се најкомплексните системи коишто човекот ги познава во овој момент. Ајде сега едно техничко прашање: колку ти беше предизвик да ја научиш барем онаа основна литература во биологијата потребна за тебе како истражувач? Колку време одзема, колку време треба да се посвети на таа тематика за да се фузираат на некој начин, т. е. да се премостат овие две полиња?

ИД: Значи, тоа се два дела, два аспекта на тоа прашање. Техничкиот аспект, кога се однесува на методите, не е некој голем проблем затоа што методите кои сум ги изучувал во физиката се многу покомплексни од она што се користи во моделирањето во биологијата. Во тој смисол, физичарите се во некаква предност во однос на биолозите, едноставно затоа што методите се доста лесно преносливи од физиката во биологијата. Она што мене ми е тешко е дека биологијата содржи огромен број на податоци. Значи тоа се комплексни системи за кои литературата е огромна. Ако вие истражувате бактерии, имате огромен број на видови, огромен број на феномени, на хемиски реакции, на податоци за кои едноставно ако немате формална едукација во биологијата, доста тешко може да се фати чекор со биолозите. Меѓутоа тоа се решава на начин што работиме во тимови и секогаш имаме некој биолог покрај себе кој можам да го прашам за некое конкретно прашање и за некој конкретен податок.

АК: Силата е во тимската работа во овој случај…

ИД: Да, апсолутно се согласувам.

АК: Од трудовите коишто ми ги испрати имав можност да се информирам поспецифично околу темата на којашто истражувате во лабораторијата на проф. Сегре. Практично ги истражувате микробите, т. е. колонии на микроби, вклучително и нивниот метаболизам, нивната интеракција. Тоа тело на знаење подоцна го применувате и во функција на произведувањето лекови, истражувањето на микробите во човековиот организам, итн. Дали можеш да ни кажеш нешто повеќе околу тоа, односно какво поле е микробната екологија и каква е работата во лабораторијата на проф. Сегре?

ИД: Методите кои ги развиваме тука во лабораторијата на Даниел Сегре се еден обид да се премости нивото на кое се истражуваат микробиолошките системи. Значи почнуваме од едно микроскопско ниво на хемиски реакции на метаболизмот на поединечни клетки и се обидуваме да создадеме модели кои би оделе почнувајќи од метаболизмот на поединечна клетка, се до симулација на макроскопска колонија која може да биде од величина на неколку сантиметри и која е во интеракција во својата средина со други колонии од други организми. Тоа е релативно нов пристап и основата е во анализирањето на системот на метаболички и хемиски реакции кои се присутни во клетката, така што зборуваме за системска биологија. Не се фокусираме на одредена интеракција или одредена специфична хемиска реакција, туку се обидуваме од сите хемиски реакции кои се присутни во клетката, да создадеме една мрежа на хемиски реакции за која имаме методи да го решиме проблемот на алокација на ресурси во таа мрежа на хемиски интеракции, која пак ни кажува која е метаболичката активност на одреден бактериски вид во поголема колонија на многу клетки, кои од друга страна интерагираат со други видови и на тој начин градиме еден модел на екологија на еден комплексен биолошки систем. И како што спомнав, тоа може да биде систем на микробиомот кој е присутен во дебелото црево на луѓето на пример, може и да се работи за решавање на проблеми кои може да се присутни кај пациенти кои заболуваат од Кронова болест или имаат некој сличен проблем, до на пример, произведување на биогорива од некој растителен материјал, итн. Значи примената би била доста широка и се обидуваме да направиме некаков модел кој би имал доста широка примена.

АК: Како изгледа една типична микробна колонија и како изгледа една типична интеракција меѓу две микробни колонии коишто живеа една покрај друга? Дали нивната екологија многу се разликува од екологијата на макро ниво и како таа нивна интеракција влијае врз остатокот од животинскиот и растителен свет?

ИД: Интеракциите помеѓу бактериите во еден екосистем се доста сложени. Во суштина постојат две класи на интеракции – едната е компетиција кога два вида користат еден ист ресурс, една иста хранлива материја…

АК: Се натпреваруваат за истата…

ИД: Се натпреваруваат помеѓу себе, да. Меѓутоа и тоа е релативно лесно да се симулира и да се разбере. Од друга страна пак, бактериите лачат материи кои служат како храна за нивните „соседи“, односно за другите видови. Значи постои, не само компетиција – не само натпревар, туку и колаборација помеѓу бактериите. Иако ние кога ќе кажеме „колаборација“ или „соработка“ мислиме на некои виши организам како што се луѓето или некои цицачи, таква колаборација постои и на најелементарно ниво на бактерии. Тоа е доста сложен проблем да се разбере, односно која е еволутивната предност за еден организам да му помага на другиот да расне. Тоа е еден исклучително сложен систем кој е предмет на интензивни истражувања деновиве во микробиологијата и во екологијата.

АК: Значи бенефитот или користа да се соработува со друг вид е поголема отколку да се натпреварува во тој случај и тоа е интересен проблем да се истражи како одреден организам или одредена колонија на организми одлучува да го имплементира едниот или другиот начин на делување.

ИД: Да, токму така. И од еволутивна гледна точка тоа е доста тешко да се разбере затоа што онаа класична, стандардна дарвинистичка слика е дека организмите се во константна состојба на натпревар и најдобрите на некој начин опстануваат, односно оние со најдобар фитнес се тие кои се еволутивни победници. Меѓутоа, во систем во кој постои соработка, не е јасно што всушност се случува од еволутивна гледна точка и кога и како се појавуваат т.н. „лажговци“, односно зошто не се појавуваат во сите системи. Значи ако некој вид лачи материи коишто служат за храна, кој соработува со друг вид, може да се појават мутанти кои не лачат хранлива материја иако се потполно ист вид со овие кои соработуваат, меѓутоа тие не произведуваат хранливи материи.

АК: Или наречени уште и free riders.

ИД: Да, токму free riders. И меѓу другото можеш да претпоставиш дека не е возможно тие free riders да го превземат целиот систем затоа што системот ќе колапсира. Системот си наоѓа една точка кога имаш одреден број на оние кои се трудат и кои работат и кои создаваат, и одреден број на free riders кои ја користат ситуацијата. Која е нивната улога во еволутивна смисла – тоа се многу тешки прашања и мислам дека во моментот немаме одговор.

АК: Да… Интересно е и тоа што вашата работа може да се примени на многу повисоко ниво. Ми се чини дека не се сведува само на интеракција помеѓу бактерии и соработка или натпревар помеѓу истите, туку целата оваа теорија и целото ова моделирање може да го примениме и во социјални односи помеѓу луѓето. Во одредени случаи одредени луѓе соработуваат едни со други, во други случаи се натпреваруваат и тоа се двете страни на паричката. Дали и колку вашите модели коишто ги користат микробите како популација, може да се применат на едно бихејвиорално ниво во социјален контекст кај луѓето?

ИД: Па веројатно, секако дека постојат паралели, со тоа што предноста наша е што нашиот систем е многу поедноставен од системите со кои се занимава социологијата. И предноста наша е што ние можеме да правиме експерименти. Значи многу е потешко да се направи експеримент во социологијата отколку во она што ние го имаме. Во микробиологијата ние можеме да вршиме и генетски инженеринг и можеме да создаваме видови на начинот на кој ние сакаме и со тоа можеме да создаваме вештачки системи кои се полесни за проучување и кои може да ни дадат одговор на конкретни прашања. И мислам дека со текот на времето, тие две нивоа на микробиологија и микробиолошка екологија, и онаа екологија на големите системи како што се на пример шумите, мислам дека ќе дојдат до допирна точка во еден момент во иднина.

АК: Едноставно, нивото на контрола во експериментирањето со микроорганизмите е далеку, далеку поголема, отколку нивото на контрола да речеме во – психологијата или во другите социјални и општествени науки.

ИД: Да, дури и во макроекологијата е тешко да се направи експеримент на ниво на некој макроскопски систем како што е шума на пр., или река, или езеро, додека ние со бактериите можеме да создаваме системи кои ќе ги проучуваме на ниво на денови или месеци, итн.

АК: Со помош на знаењето што го создаваат лабораториите од ваков тип, доаѓаме до тоа да пронајдеме и изолираме корисни т.н. „метаболити“ со чија употреба може во иднина да се развиваат разни лекарства кои би делувале на човековиот микробиом. Дали би можел накратко да објасниш што е тоа „микробиом“ и како со помошта на овие лекарства базирани на корисни метаболити од микробни популации може да го подобриме човековото здравје?

ИД: Микробиом е вкупниот број на микроорганизми кои живеат на одредено место и конкретно кога зборуваме за луѓе, на нашата кожа, во цревата, во плуќата, исто така и во устата… Имаме мноштво на организми од кои некои се очигледно штетни (кога зборуваме за проблемите кои може да ги предизвикаат како на пр. проблеми со забите или некои други заболувања), меѓутоа некои од тие микроорганизми, посебно оние коишто живеат во нашите црева, всушност се корисни за нашето здравје. Пронајдено е дека постои корелација помеѓу составот на микробите кои се присутни во цревата кај луѓето кои се здрави и луѓе кои имаат проблеми со разни цревни заболувања. Сè уште не е јасно која е причината, а која е последицата – дали промена на екологијата во цревниот микробиом е причина за појавата на заболувањето или пак заболувањето резултира со промена на микробиомот. Во таа насока одат нашите истражувања, за да разбереме што всушност се случува тука и која е причината, а која е последицата. Меѓутоа, познато е дека со интервенција врз микробиомот можно е да се подобри здравјето на одредени пациенти кои имаат одредени проблеми со различни цревни заболувања. Една екстремна метода е т.н. „фекална имплантација“ која е започната во шеесетите години кога фекалии од здрава индивидуа се имплантираат во цревата на човек кој е заболен, кој има проблеми со здравјето. Знаеме дека резултатот е позитивен, меѓутоа не знаеме зошто е тоа така и која е причината за позитивниот резултат и тоа е нашата намера да сознаеме што всушност се случува во овие исклучително комплексни системи.

АК: Може да се искористи онаа максима на Талес, со мала измена, наместо ”Во здраво тело, здрав дух“, да речеме ”Во здраво тело, здрав микробиом“.

ИД: Ха ха ха, да, да, може!

АК: Ајде сега да те запрашам едно твое лично мислење базирано на твоето искуство, што мислиш, кој организам е најдоминантен на планетава според тебе?

ИД: Ха! Тоа е многу интересно прашање. Сè зависи од дефиницијата што значи тоа „доминација“.

АК: Најуспешен, најадаптибилен…

ИД: Дали луѓето би биле доминантни во смисла да имаат контрола врз биологијата и врз системите на планетата и во позитивна и во негативна смисла секако, меѓутоа микроорганизмите се тие кои се сеприсутни. Во тој смисол микроорганизмите доминираат. На некој начин, и самата идеја дека микроорганизмите живеат во нас, односно имаме микробиом, може да се сфати дека ние сме само носители на некаква средина во која…

АК: Средина во којашто тие живеат, да…

ИД: Да да… ха ха, средина во која тие живеат. Така што, секако, и по диверзитет микроорганизмите се застапени насекаде низ целата планета.

АК: Колку ова знаење од микробната екологија може да се употреби во потрагата по вонземјани?

ИД: За тоа малку зборував во статијата која неодамна се појави на Наука за сите. Значи методите на потрага по живот вон земјата во суштина се слични на методите кои ние ги употребуваме во микробиологијата. Таа потрага во суштина е потрага по некакви карактеристични метаболити кои би биле присутни само доколку и животот е присутен. Доколку на земјата развиеме методи за проучување на пример на микробиологијата на јако големи длабочини, секако дека тие методи ќе имаат директна примена во потрагата на живот вон земјата.

АК: Би нашле, она што се нарекува „потпис на животот“ на други платени, месечини или предели од вселената. Кажи ми, какви се микробите на квантно ниво? (со оглед на фактот што Илија е и физичар)

ИД: Ха ха ха… тоа е многу комплексно прашање… и многу паметни луѓе се занимавале со тоа. Во потрага по квантни ефекти во биологијата и не само кај микробите туку и на пример, квантни ефекти во човечкиот мозок. Едно прашање кое често може да се слушне во научните кругови е дали квантно-механичките ефекти имаат некаков ефект во процесите кои се случуваат во нашиот мозок. Мислам дека тоа се теми кои повеќе припаѓаат во сферата на научната фантастика отколку во науката, меѓутоа сепак никогаш не се знае што ќе донесе иднината. Можеби има тука нешто што сè уште не го знаеме. Кога се однесува до микробиологијата мислам дека квантен ефект е присутен во процесот на фотосинтеза. Минатата година мислам дека се појави статија која зборуваше токму за тоа. На друго ниво, микробите се премногу големи да може да зборуваме за „квантни ефекти“.

АК: Повеќе како шега, ха ха. Ако може да го сумираме овој разговор – ти си еден одличен пример на научник којшто почнал во едно поле и создал одредено знаење и тоа знаење подоцна го имплементирал во навидум поинакво поле. Во науката сите полиња на некој начин се поврзани и ништо не е драстично одделно едно од друго, но добар пример си и инспирација за многу луѓе коишто сметаат дека се ограничени и специјализирани во одредено поле. Како идеја за сите останати во иднина коишто се занимаваат и со компјутерски науки, и физичари, да се обидат да го употребат тоа знаење – математичко, статистичко, знаењето од симулација и моделирањето – да го употребат во еколошките системи затоа што токму тоа е поле на зголемен научен интерес во годините што доаѓаат. Се сложуваш со ова?

ИД: Да, апсолутно. Мислам дека 21-от век ќе биде век на интеграција на многу научни области и таа интеграција веќе ја гледаме токму во областите како што се машинско учење, вештачка интелигенција, и мислам дека тие методи и тие области се повеќе ќе ги гледаме во класичната наука како што е физиката и секако – биологијата.

АК: Кои се твоите планови во иднина?

ИД: Ха… планови во иднина… Би сакал да дојдам до една точка во која би имале развиено една методологија во она што го работам во моментот, методологија која би била лесна да се користи за симулации на комплексни биолошки системи од страна на биолози и од страна на поголема група на луѓе кои не би биле експерти во областа на физиката или во областа на компјутерските науки. Значи, еден вид на платформа за симулација која би била на некој начин некаква виртуелна лабораторија во којашто биолозите би можеле да си играат и да експериментираат. Тоа ми е некако план за следните можни пет-шест години.

АК: Навистина благородно и интересно. Тоа претставува голем предизвик, но мислам дека плодовите на тој труд би биле далеку поголеми од самиот предизвик. Што би им порачал за крај на младите луѓе коишто допрва навлегуваат во науката?

ИД: Да се храбри и да се упорни во она што го работат. Не е лесно да се оди во правецот на науката затоа што на почетокот науката изгледа како една темна шума во која е тешко да се снајдете, посебно младите во Република Македонија, на кои можеби им изгледа дека би било тешко со завршен факултет во некоја од фундаменталните науки да се најде работа или пак не ја гледаат можеби својата иднина, меѓутоа иднината постои и мислам дека не треба да размислуваат премногу за тоа. Ете, како што јас успеав да се најдам себеси во науката и успеав да изградам некаква кариера. Мислам дека најголем број на млади луѓе кои одат во науката на крајот успеваат да бидат успешни во областа.

АК: Да, се сложувам целосно со тебе. Битно е да се има љубопитност, да се има интерес. Мислам дека другот самото ќе си дојде по себе. Битно е и да се има знаење. Овие состојки се најбитни.

ИД: Всушност градење на кариера во науката на некој начин е полесно отколку што изгледа на прв поглед.

АК: Се сложувам. Илија, навистина ти благодарам за одвоеното време. Ова е прв работен ден во твојата лабораторија после празниците во Бостон, во Америка (станува збора за првиот работен ден после новата година), се надевам дека лесно ќе ти оди, дека побрзо ќе се ослободиш од онаа празнична мрзливост, ха ха… Навистина ми е задоволство што учествуваше во овој разговор, се надевам ќе биде инспирација за нашите читатели. Се надевам дека нема да ни биде ниту прв, ниту последен разговор. Благодарам јавно и за соработката, за твојот допринос и пишување текстови за Наука за сите.

ИД: Ти благодарам на поканата и мене ми е задоволство да муабетиме вака и да пишувам за Наука за сите.

АК: Ти посакувам пријатен и убав работен ден.

ИД: Благодарам, исто и на тебе.

Слични статии

Претходен написи
Најпрвин идентитет, потоа религија со „големи богови“
Следен напис
Најдобриот млад научник за 2018: разговор со Томе Ефтимов, информатичар и постдокторант на Стенфорд [#4]

Напишете коментар

Вашата адреса за е-пошта нема да биде објавена. Задолжителните полиња се означени со *

Пополнете го ова поле
Пополнете го ова поле
Ве молам, внесете валидна адреса за е-пошта.

Мени

Споделете со пријателите