Nove spoznaje sa Instituta Ruđera Boškovića: Što radi kemija u informatici!?

Ekonomska kriza u kojoj se nalazimo sigurno neće djelovati pozitivno na povratak mladih obrazovanih ljudi natrag u Hrvatsku!

 

Kemija, njezine spoznaje, dostignuća i ono što ova znanost proučava u današnje vrijeme dotiču baš sve aspekte našeg života. Bilo da se radi o razvoju novih lijekova, koji ublažavaju simptome mnogih bolesti i omogućuju sve dulji i kvalitetniji život, razvoju novih materijala, poput primjerice plastike, gume, keramike, tekstila, metala, građevinskih materijala, kozmetike, LED televizora ili tome sličnog, ili pak o dodacima hrani ili čak o umjetnoj hrani, kemija u svemu tome zauzima prioritetno mjesto. No, kemija će tek u budućnosti odigrati presudnu ulogu u očuvanju života na Zemlji i to razvojem novih alternativnih goriva za transport i pogon industrije. Veliki problem s kojim se čovječanstvo susreće je sve manja dostupnost klasičnih fosilnih goriva (nafta, ugljen, zemni plin), o kojima toliko ovisimo, a čija raspoloživost je sve manja. Bez toga, život na ovom planetu bi stao, a uloga kemičara je da pronađu alternativna rješenja, poput vodikovih goriva ili nuklearne energije te iskorištavanja ugljikovog dioksida ili energije sunca, vjetra ili voda, ili nečega o čemu trenutno uopće ne razmišljamo.

U zemlji u kojoj smo svakodnevno sa svih strana bombardirani vijestima o otpuštanju radnika, gospodarskoj krizi kojoj se ne nazire kraj, političkom i privrednom kriminalu kao i nasilju svake vrste, značajni pothvati mladih znanstvenika poput kemičara sa Instituta Ruđer Bošković u Zagrebu dr. Borislava Kovačevića i njegovog kolege dr. Roberta Vianella koji su prije nekoliko godina u časopisu Chemical Reviews-u objavili kompilaciju spoznaja kroz svoje 10-togodišnje istraživanje u kemiji, a koje se odnosi na rezultate rada na području računalne kemije, ostaju gotovo nezapaženi. A mi smo upravo o tome što je to računalna kemija, ali i o problemima koji tište naše znanstvenike poput loših uvjeta rada, potplaćenosti i “odljeva mozgova” razgovor za portal ZMUSK rubriku Uz šalicu kave i znanost je zanimljiv (ij)a , vodili sa ovom dvojicom istaknutih mladih znanstvenika.

Objavili ste svoj rad u prestižnom znanstvenom časopisu Chemical Reviews-u. Što to znači za vas osobno, ali i za spoznaje u kemiji?
Boris: Budući da sam se više godina bavio istraživanjima u području kiselo-baznih svojstava molekula te dizajnom organskih superbaza, ovaj pregledni rad napisan na poziv glavnog urednika predstavlja svojevrsno priznanje i potvrdu kvalitete tih istraživanja. Sam rad, budući da je pregledni, ne donosi nove spoznaje već su one ugrađene u 40-ak radova koje smo u proteklih 10 godina objavili u tom području. Ovaj rad je dakle svojevrsna kompilacija tih istraživanja.

Robert: Ovaj revijski rad priznanje je kontinuiranim vrhunskim rezultatima koje smo u zadnjih desetak godina postigli u području računalne kemije. On nas pozicionira kao jednu od vodećih svjetskih grupa u ovom području te predstavlja vjetar u leđa i putokaz da je ovo jedan od smjerova kojim trebamo snažno nastaviti i u budućnosti. U isto vrijeme, ovo priznanje pruža poticaj i odskočnu dasku znanstvenicima u malim zemljama da svojim trudom i angažmanom nadoknade smanjena ulaganja u znanost i infrastrukturne zaostatke te uhvate priključak s vodećima u svijetu.

Bavite se računalom kemijom. O tome se malo u javnosti zna. Možete nam objasniti o čemu je riječ i što je zapravo predmet vašeg istraživanja?
Robert: Računalne znanosti su u novije vrijeme postale treći stup modernih prirodnih znanosti, koje objedinjuju klasična eksperimentalna i teorijska istraživanja u jednu jedinstvenu znanstvenu disciplinu. Sve oko nas, pa i mi sami, izgrađeno je od molekula, koje međusobno komuniciraju i ponašaju se u skladu sa zakonima kvantne mehanike čiji temelji su postavljeni još pred nešto više od 100 godina. Međutim, da bi za odabrane molekule mogli izračunati neka njihova svojstva i predvidjeti njihovo ponašanje, potrebno je riješiti izuzetno zahtjevne matematičke jednadžbe, što je bilo nemoguće sve do unazad 20-25 godina, do trena kada su se pojavila snažna računala. Upravo je snažan razvoj informatičkih tehnologija omogućio da danas posjedujemo dovoljno moćne kompjutere kako bi mogli simulirati gotovo sva fizikalna i kemijska svojstva molekula, čak i prije nego te molekule postoje, i to s točnošću koja često nadmašuje preciznost najsofisticiranijih eksperimentalnih uređaja. Osim toga, računalnim metodama moguće je spoznati neke podatke o strukturi tvari, koje eksperimentom uopće nije moguće dobiti, bilo da su izvan dosega eksperimentalnih tehnika ili da radi o primjerice izuzetno otrovnim ili vrlo eksplozivnim tvarima gdje su klasična mjerenja otežana. Sumarno gledano, računalne metode služe da pomognu i ciljano usmjeravaju eksperimentalna istraživanja, te da omoguće da se do novih prodora u znanosti dođe na kraći, brži i bitno jeftiniji način. Ono čega se ovaj rad prvenstveno dotiče su naša istraživanja u području računalnih predviđanja novih organskih materijala i razumijevanja njihovih svojstava, posebice novih izuzetno jakih organskih kiselina i baza, koje nalaze svoje primjenu u svim granama kemijske industrije, jer se koriste kao nezamjenjivi katalizatori, odnosno tvari koje pospješuju kemijske reakcije i uopće omogućuju nove transformacije.

Do kojih bitno novih spoznaja ste stigli u kemiji, a koje ste objavili u prestižnom časopisu?
Boris: Kao što sam već spomenuo, naš rad u proteklih desetak godina odnosio se na interpretaciju kiselo-baznih svojstava molekula, te dizajn novih organskih baza i kiselina. Kiseline i baze(lužine) su spojevi koji su nam svima poznati i s kojima često dolazimo u dodir u svakodnevnom životu, no možda je manje poznata njihova uloga kao katalizatora određenih kemijskih reakcija. Upravo ta njihova uloga je nama bila zanimljiva, naročito zbog dokazane pozitivne korelacije između jakosti kiseline odnosno baze i njene katalitičke aktivnosti. Jedan od naših ciljeva bio je dakle dizajnirati organske spojeve s svojstvom jake bazičnosti (superbaze) odnosno jake kiselosti (superkiseline). Taj cilj smo u velikoj mjeri ostvarili i rezultate istraživanja objavili smo većinom u renomiranim znanstvenim časopisima. Drugi cilj bila je interpretacija uzroka kiselosti i bazičnosti organskih spojeva. U tom smislu razvijena je tzv.trihotomna formula (poznata i kao Maksić-Vianello formula) koja na elegantan način raščlanjuje uzroke bazičnosti i kiselosti na tri doprinosa. Formula se pokazala superiornijom u odnosu na neke dotadašnje pristupe interpretaciji.

Što će te spoznaje značiti za kemiju u buduće, ali hoće li i ljudskoj zajednici i društvu donijeti neke revolucionarne promjene i koje to?
Boris: Naša istraživanja su teorijske prirode, dakle nakon našeg računalnog modeliranja treba uslijediti eksperimentalna provjera u laboratoriju. Konkretno, nakon što smo mi dizajnirali potencijalne superbaze ili superkiseline, sljedeći korak bila bi njihova sinteza, mjerenje kiselo-baznih svojstava i testiranje njihove uloge kao katalizatora. Suradnja s jednim laboratorijem u Marburgu u Njemačkoj, te Laboratorijem za fizikalno organsku kemiju na IRBu dovela je upravo do toga. Neke od naših baza su sintetizirane i rezultati mjerenja potvrdili su naša predviđanja. Dodatno, jedan od spojeva se pokazao kao jako dobar katalizator u reakciji transesterifikacije, glavnoj reakciji u proizvodnji biodizelskih goriva. Teško je dakle ovdje govoriti o revolucionarnim promjenama, one se u znanosti ne dešavaju često, puno češće se radi o manjim koracima koji vode ka nekom većem cilju. U tom smislu mislim da smo mi napravili jedan mali ali važan korak.

Zašto ste se upravo opredijelili za istraživanja u kemiji?
Boris: Kemija je znanost o prirodi i oduvijek sam si postavljao pitanja kako neke stvari u prirodi funkcioniraju. Kemija mi je bila posebno zanimljiva jer je uključivala rad u laboratoriju i stvaranje nečeg novog (npr. sinteza nove molekule s novim svojstavima i sl). Može zvučati malo paradoksalno da se sad bavim računalnom kemijom, dakle nemam direktan kontakt s eksperimentalnim laboratorijem, no u biti je to i dalje vrlo sličan posao.
Robert: Svoju ljubav prema kemiji razvio sam još u osnovnoj školi kada sam bio fasciniran i najtrivijalnijim kemijskim pokusima. Također, ideja da kemijskom reakcijom iz dvije supstance možemo dobiti neku treću, bitno različitu tvar, djelovala je vrlo intrigantno. No, tada nisam niti razmišljao o tome da bi se kemijom bavio kao znanstvenik, ali sam bio siguran da je ta grana prirodnih znanosti ono što želim raditi u životu. No, vjerojatno mi se u nedostatku kvalitetnih opcija za zapošljavanje u kemijskoj industriji u Hrvatskoj ideja znanstveničkog poziva nametnula sama od sebe tijekom studija kao logičan izbor, za što i danas mislim da nisam pogriješio.

Koliko su spoznaje i otkrića u kemiji prisutna u svakodnevnom životu?
Robert: Kemija, njezine spoznaje, dostignuća i ono što ova znanost proučava u današnje vrijeme dotiču bas sve aspekte našeg života. Bilo da se radi o razvoju novih lijekova, koji ublažavaju simptome mnogih bolesti i omogućuju sve dulji i kvalitetniji život, razvoju novih materijala, poput primjerice plastike, gume, keramike, tekstila, metala, građevinskih materijala, kozmetike, LED televizora ili tome sličnog, ili pak o dodacima hrani ili čak o umjetnoj hrani, kemija u svemu tome zauzima prioritetno mjesto. No, kemija će tek u budućnosti odigrati presudnu ulogu u očuvanju života na Zemlji i to razvojem novih alternativnih goriva za transport i pogon industrije. Veliki problem s kojim se čovječanstvo susreće je sve manja dostupnost klasičnih fosilnih goriva (nafta, ugljen, zemni plin), o kojima toliko ovisimo, a čija raspoloživost je sve manja. Bez toga, život na ovom planetu bi stao, a uloga kemičara je da pronađu alternativna rješenja, poput vodikovih goriva ili nuklearne energije te iskorištavanja ugljikovog dioksida ili energije sunca, vjetra ili voda, ili nečega o čemu trenutno uopće ne razmišljamo.

Koji su vam profesionalni planovi za bližu budućnost?
Boris: Osim nastavka rada u ovom području, u međuvremenu sam započeo istraživanja nekih biokemijskih reakcija. Radi se o procesima u živim organizmima koji su mogući jedino uz prisustvo enzima, dakle o enzimski kataliziranim reakcijama. Kao računalni kemičar moja uloga je rasvjetljavanje detaljnih mehanizama tih reakcija i načina na koji ih enzim katalizira. Nadam se da ću i u tom području istraživanja imati jednaki uspjeh kao i dosad.
Robert: U bližoj budućnosti namjeravam se i dalje baviti istraživanjima, koje smo i do sada sprovodili. Ipak, namjeravam se intenzivnije uključiti i doprinositi spoznajama u tzv. znanostima o životu (eng. Life Sciences) što je jedno novo, multidisciplinarno područje u kojem snage udružuju znanstvenici vrlo različitih profila kako bi proniknuli u sve tajne funkcioniranja života na Zemlji, a u svrhu poboljšanja kvalitete i očuvanja istog. Jedan od važnih izazova moderne znanosti je, primjerice, razumjeti način na koji enzimi, velike biomolekule koje obavljaju sve funkcije u našem organizmu poput metabolizma, imunosti, rasta, reprodukcije i slično, ili centralni organi poput mozga, obavljaju svoju funkciju, što je do danas uglavnom neistraženo i nepoznato.

Jeste li zadovoljni uvjetima rada na IRB-u? (Kojoj generaciji kemičara vi pripadate?)
Boris: Uvjeti rada na IRB-u nisu loši, iako postoji puno prostora za poboljšanja. Jedan od glavnih problema, pored slabog financiranja od strane države, je nedovoljno efikasna organizacija rada, što dovodi do situacije da se ponekad previše vremena troši na stvari koje nemaju puno veze s znanstvenim istraživanjem.
Robert: Kao računalnim kemičarima, IRB kao i praktički bilo koja druga sredina, pruža solidne uvjete za rad i bavljenje aktualnim znanstvenim problemima. Ipak, teško je ne primijetiti vidno slabije uvjete i drastičnu podfinanciranost naših istraživanja u odnosu na razvijenije zemlje, no sve te naše specifične okolnosti predstavljaju određeni izazov za uspjeti u Hrvatskoj.

Koliko ste povezani međusobno sa svojim kolegama u inozemstvu?
Boris: Suradnja u znanstvenom istraživanju danas je izuzetno važna. Većina kvalitetnih istraživanja je multidisciplinarna, što podrazumijeva tijesnu suradnju nekoliko laboratorija odnosno istraživačkih timova. Već sam prethodno spomenuo da je suradnja s eksperimentalnim laboratorijima dovela do sinteze i potvrde nekih naših teorijskih predviđanja, no to istraživačko umrežavanje planiramo još poboljšati u budućnosti.

Kakav je materijalni status znanstvenika kod nas? Je li njihov rad dovoljno financijski vrednovan? I je su li financije u životu znanstvenika presudne?
Robert: Gorući problem naše znanosti je izrazita podfinanciranost znanstvenih istraživanja. Nedovoljna ulaganja u znanost odmah se nepovratno manifestiraju u slaboj kvaliteti i nekonkurentnosti istraživanja. Dodatni problem je i struktura financiranja, jer glavnina novaca u sustavu još uvijek dolazi iz državnih proračunskih sredstava. Država i vlastodršci bi, prije svega, trebali odrediti strategiju i prioritetne pravce naše znanosti, a još ponajviše inzistirati na uvođenju kriterija izvrsnosti u evaluaciju naših znanstvenika. To bi nedvojbeno izlučilo naše najkvalitetnije pojedince i istraživačke skupine, kojima bi onda trebalo značajnije povećati financiranje na račun onih, kojima u znanosti nije mjesto. To bi stimuliralo konkurentnost i potaklo nove znanstvene prodore, koji su nam prijeko potrebni. Materijalni aspekt nije i ne bi trebao biti jedina komponenta kojom se procjenjuje određena profesija. Posao znanstvenika omogućuje mnoge stvari, od bavljenja poslom kojeg volite i slobode u odabiru problematike koja Vas interesira pa sve do odlazaka na konferencije i skupove te komunikacije s ljudima iz cijeloga svijeta. Financije su u svačijem životu, pa i u znanstveničkom, svakako presudne, no vrlo je teško kod nas definirati što je zadovoljavajuća financijska razina za nečiji posao. Financije uvijek mogu biti veće, no ovaj posao pruža i mnoga druga zadovoljstva i slobode, zbog čega bi, vjerujem, trebao biti vrlo atraktivan svim mladim ljudima.

Koji vas osobno motivi vode u istraživanju?
Boris: Prije svega to je znanstvena znatiželja. Kao što sam već spomenuo oduvijek me zanimalo kako stvari u prirodi funkcioniraju.

Planirate li otići u inozemstvo na usavršavanje?
Boris: 2007/2008 godine usavršavao sam se godinu dana na University of Sydney, u Sydneyu u Australiji. Zasad ne planiram ponovo ići van.
Robert: Inozemno usavršavanje izuzetno je važno za mlade ljude na početku njihove karijere u bilo kojoj profesiji, posebice ako se radi o odlasku u kvalitetniju sredinu s boljim uvjetima rada, a za što, u odnosu na Hrvatsku, zaista postoji pregršt lokacija u svijetu. Ja sam do sada proveo prva tri mjeseca 2005. godine na Sveučilištu u Heidelbergu (Njemačka), a zatim dvije godine na Kemijskom institutu u Ljubljani (2010–2012). Za sada nemam novih planova za boravak u inozemstvu, ali ako se nova prilika pruži o tome ću zasigurno dobro promisliti.

Kako komentirate sve veći odljev mozgova iz Hrvatske?
Boris: Ja zapravo nisam siguran da je odljev mozgova danas veći nego prije. Nemam te podatke, a nisam siguran postoje li uopće službeni podaci o tom problemu. Pročitao sam nedavno da imamo visoku stopu odlazne studentske mobilnosti. Sam taj podatak nije negativan, dapače, smatram da je odlazak ljudi u inozemstvo je pozitivan, tamo se mogu steći nova znanja i iskustva. Problem nastaje ako se većina tih ljudi ne vrati natrag. Međutim, da bi se vratili natrag, morali bi imati nekakvu perspektivu. Nažalost, duboka ekonomska kriza u kojoj se nalazimo, a koja će vjerojatno potrajati još koju godinu, sigurno neće djelovati pozitivno na povratak mladih obrazovanih ljudi natrag u Hrvatsku.

Može li se privreda jedne male zemlje poput Hrvatske bazirati na znanosti i znanju?
Boris: Mislim da veličina zemlje nije presudna. Naravno, kao mala zemlja mi ne možemo biti dobri u svemu, ali u nekim područjima bi mogli biti dobri i ta područja bi trebalo prepoznati i razvijati. No, za to je potrebna strategija, a nisam siguran da ona danas postoji u Hrvatskoj.

Imate li uzora od kojih zvučnih imena s područja kemije u vašem radu?
Robert: Teško je izdvojiti nekoga u prebogatoj povijesti ljudi koji su se bavili znanošću kroz nekoliko stoljeća. Već od domaćih znanstvenika, konkurencija je izuzetna: Nikola Tesla, Ivan Supek ili netko od naša dva eminentna kemičara nobelovca Vladimira Preloga ili Lavoslava Ružičke. No, svakako bi spomenuo Marie Sklodowska-Curie, čiju biografiju bi preporučio svakome tko je u potrazi za motivacijom, upornošću i predanošću poslu. Kada su, zaista sve okolnosti bile protiv nje, prošla je vrlo težak put i ostvarila neke od najvećih doprinosa modernoj znanosti i ne bez razloga bila prva žena i prva dvostruka dobitnica Nobelove nagrade u povijesti. Istodobno, zbog svega toga, danas je odabrana kao simbol znanstvenika i motivacija mnogima, posebice ženama, za odabir znanstveničke profesije.

Kako komentirate Nobelovu nagradu iz kemije za prethodne godine?
Robert: Nobelovu nagradu za kemiju za primjerice 2012. godinu podijelili su dva američka kemičara, Robert J. Lefkowitz (Howard Hughes Medical Institute, Duke University, USA) i Brian K. Kobilka (Stanford University School of Medicine, USA) za svoj višegodišnji rad na otkrivanju postojanja i razjašnjenju načina djelovanja specifične vrste proteina u živim bićima, tzv. receptorima. Njihov rad od izuzetno je široke važnosti, jer su receptori molekule koje se nalaze na samom rubu svake stanice i omogućuju stanici da osjeti svoju okolinu i prilagodi se vanjskim uvjetima. Primjer takvih molekula su receptori za svjetlo, miris, okus ili za molekule hormona ili neurotransmitera poput adrenalina, dopamina, histamina te serotonina. Da bi još bolje ilustrirali važnost ovih istraživanja, treba reći da oko 50% svih lijekova, koji su danas u upotrebi, svoje djelovanje temelje na interakciji sa podvrstom receptora otkrivenom od strane spomenutih znanstvenika, što uključuje važne antihistaminike i nekoliko vrsta psihijatrijskih lijekova. Bez daljnjega, ostvarenja Lefkowitza i Kobilke poslužit će u budućnosti u razvoju novih farmaceutskih spojeva.

Oglasi

Komentiraj

Popunite niže tražene podatke ili kliknite na neku od ikona za prijavu:

WordPress.com Logo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš WordPress.com račun. Odjava /  Izmijeni )

Google photo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Google račun. Odjava /  Izmijeni )

Twitter picture

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Twitter račun. Odjava /  Izmijeni )

Facebook slika

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Facebook račun. Odjava /  Izmijeni )

Spajanje na %s