თანამედროვე მეცნიერებაში მნიშვნელოვანი შედეგები ხშირად სხვადასხვა დისციპლინის ცოდნისა და მიგნებების გაერთიანებით მიიღწევა. სწორედ ამ მიდგომას ეფუძნება საქართველოს უნივერსიტეტის ბაზაზე შექმნილი ახალი სამეცნიერო ჰაბი, რომელიც სამ მიმართულებას: მოლეკულურ მედიცინას, ერთიან ჯანმრთელობასა (One Health) და სინთეზურ ბიოლოგიას აერთიანებს. ინიციატივის მიზანი ქართული სამეცნიერო პოტენციალის საერთაშორისო დონეზე ინტეგრაციაა.
ამ კონცეფციის უმნიშვნელოვანესი ნაწილია ერთიანი ჯანმრთელობის ინსტიტუტი, რომელიც 2024 წელს შეიქმნა და ეფუძნება თანამედროვე მიდგომას, რომლის მიხედვითაც ადამიანის, ცხოველების, მცენარეებისა და გარემოს ჯანმრთელობა ერთმანეთთან მჭიდროდ არის დაკავშირებული. ინსტიტუტის მიზნებზე, მის მნიშვნელობასა და იმ საერთაშორისო წარმატებებზე, რომლებსაც ქართულმა სამეცნიერო გუნდმა მიაღწია, ერთიანი ჯანმრთელობის ინსტიტუტის დირექტორი, ბიოლოგიის მეცნიერებათა დოქტორი მამუკა კოტეტიშვილი გვესაუბრება.
ბატონო მამუკა, რა მიმართულებით მუშაობს ერთიანი ჯანმრთელობის ინსტიტუტი, რა პროექტებს ახორციელებთ და როგორ შეაფასებდით ინსტიტუტის არსებობის პირველ ორ წელს?
ამ ორი წლის განმავლობაში ჩვენ არაერთი კვლევა ჩავატარეთ რამდენიმე ძირითადი მიმართულებით. ეს გახლავთ ანტიმიკრობული რეზისტენტობის მოლეკულურ-გენეტიკური მექანიზმების, რეზისტენტობის გენების ევოლუციური დივერგენციის მახასიათებლებისა და მათი დინამიკის კვლევა; ასევე, ადამიანისა და ცხოველების დაავადებების გამომწვევი მიკრობების ევოლუციისა და ბაქტერიოფაგების გენომების შესწავლა.
თამამად შემიძლია ვთქვა, რომ ეს სამუშაოები ძალიან წარმატებული აღმოჩნდა. ჩვენი კვლევის შედეგები უკვე გამოქვეყნდა ისეთ ცნობილ და მაღალრეიტინგულ საერთაშორისო სამეცნიერო გამოცემებში, როგორებიცაა Frontiers in Microbiology, Springer Nature-ის ჟურნალები — BMC Microbiology და Scientific Reports, ასევე Oxford Academic-ის ჟურნალი Virus Evolution. თითოეული მათგანი Q1 კატეგორიას, ანუ მსოფლიოს საუკეთესო სამეცნიერო ჟურნალების 25%-ს მიეკუთვნება. ამ დროისთვის აღნიშნულ გამოცემებში უკვე რვა სამეცნიერო სტატია გვაქვს გამოქვეყნებული, რაც, განსაკუთრებით საქართველოს მასშტაბით, ძალიან მნიშვნელოვანი მიღწევაა.
უფრო დეტალურად რომ ვისაუბროთ კვლევების შინაარსზე. რა არის ის ძირითადი მიგნებები ანტიმიკრობული რეზისტენტობის მიმართულებით, რომლებიც მსოფლიო სამეცნიერო საზოგადოებას ამ ჟურნალების მეშვეობით გააცანით?
ჩვენი ერთ-ერთი მთავარი მიზანი იყო შეგვესწავლა მიკრობული ქსელები — როგორც ადამიანისა და ცხოველების პათოგენები, ისე არაპათოგენური მიკრობები, რომლებიც თავად დაავადებას არ იწვევენ, მაგრამ შესაძლოა ანტიმიკრობული რეზისტენტობის გენების რეზერვუარებსა და გავრცელების წყაროს წარმოადგენდნენ. გვსურდა დაგვედგინა ანტიმიკრობული რეზისტენტობის ტრანსმისიის ეს ქსელები და გაგვერკვია, რა გზებით ვრცელდება რეზისტენტობის გენები.
კვლევისას ძირითადი აქცენტი გვქონდა ტეტრაციკლინებისა და მაკროლიდების მიმართ რეზისტენტულობის მაინდუცირებელ გენებზე. საკმაოდ საინტერესო ტენდენცია გამოვავლინეთ: კერძოდ, ჩვენი კვლევების შედეგების საფუძველზე ვვარაუდობთ, რომ ზოგიერთი ეს გენი განიცდის ევოლუციას კოდონების გამოყენების ოპტიმიზაციის სახით, რა გზითაც, უკეთესად მორგებული თავად პათოგენის მოლეკულურ-გენეტიკურ მექანიზმებს, ისინი შესაძლოა ზრდიან მათი ექსპრესიის ხარისხს, რასაც შეიძლება მივყავდეთ ამ ანტიბიოტიკების მიმართ მეტ მდგრადობასთან ბაქტერიებში.
ანტიბიოტიკორეზისტენტობა მსოფლიოს ერთ-ერთი უმწვავესი გამოწვევაა. ჯანდაცვის მსოფლიო ორგანიზაციის პროგნოზით, 2040 წლისთვის ამ პრობლემას შესაძლოა დამატებით 30 მილიონი ადამიანის სიცოცხლე შეეწიროს. რა ბიოლოგიური და გარემო პირობები უწყობს ხელს რეზისტენტობის ზრდას და რა პრაქტიკული გამოყენება აქვს თქვენს კვლევებს პრევენციის კუთხით?
როდესაც მოლეკულურ-გენეტიკურ მექანიზმებს ვიკვლევთ, სწორედ აქ იკვეთება პრობლემის მთავარი არსი. ბიოლოგიაში არსებობს ასეთი კანონზომიერება: ანტიმიკრობული ზეწოლის ქვეშ პათოგენი გადარჩენისთვის იძენს რეზისტენტობის გენს ან განიცდის შესაბამის მუტაციას. თუმცა, როგორც კი ის ანტიმიკრობულ გარემოს თავს დააღწევს, ხშირად ამ რეზისტენტობის გენს ან მუტაციას იშორებს. ამის მიზეზი გახლავთ ის, რომ, რაოდენ პარადოქსულადაც არ უნდა ჟღერდეს, მაშინ როდესაც რეზისტენტულობის ეს დეტერმინანტები ხელს უწყობენ ბაქტერიებს გადარჩენაში, ამავე დროს, საკმაოდ ბევრი მათგანი ხშირად ზღუდავს ამ ორგანიზმების გამრავლებისა და სხვა სასიცოცხლო უნარებს.
ჩვენი კვლევებით ჩანს, რომ არსებობს რეზისტენტობის ისეთი გენები, რომლებიც ვრცელდება ბაქტერიებში არა მარტო სახეობათაშორის, არამედ გვართაშორის დონეზე და რომლებიც პათოგენებს არა მხოლოდ ანტიბიოტიკებისგან იცავენ, არამედ, ჩვენი ვარაუდით, ეხმარებიან მათ როგორც მინიმუმ ეკოლოგიურ თავსებადობაში — ანუ ზოგადად გარემოში გადარჩენასა და უკეთ განვითარებაში. ზემოაღნიშნული მექანიზმის გამო, პათოგენები ამ გენებს აღარ იცილებენ, ინარჩუნებენ მათ და შედეგად ბევრად უფრო მძლავრები და საშიშები ხდებიან ადამიანისა და ცხოველის ჯანმრთელობისთვის.
რაც შეეხება პრაქტიკულ გამოყენებას, ჩვენ დეტალურად დავახასიათეთ ამ გენების მტარებელი სახეობათაშორისი და გვართაშორისი მიკრობული ქსელები და დავადგინეთ ზოგიერთი მნიშვნელოვანი რეზისტენტულობის გენის როგორც დონორები, ისე მიმღებები მათ გლობალურ ბუნებრივ პოპულაციებში. მათ შორის, გამოვავლინეთ ის „უწყინარი“ ბაქტერიებიც (მაგ., ნაწლავის ზოგიერთი არაპათოგენური ბაქტერია), რომლებიც ამ გენების აქტიურ დონორებს შორის არიან. ჩვენი ინ სილიკო მოდელირების ანალიზები, რომლებიც აღნიშნული გენების ტრანსმისიის ტრაექტორიებს პროგნოზირებენ, მიუთითებს იმაზე, რომ ადამიანის ნაწლავის გარემოში მოხვედრისას, პათოგენურმა შტამებმა შეიძლება განივითარონ ანტიმიკრობული რეზისტენტობა ასეთი „უწყინარი“ დონორი ბაქტერიებიდან რეზისტენტობის გენების შეძენის გზით. ანტიმიკრობული რეზისტენტობის ამ ბაქტერიული ქსელებისა და გავრცელების წყაროების ზუსტი ცოდნა კრიტიკულად მნიშვნელოვანია საზოგადოებრივი ჯანდაცვისთვის, რათა ვიცოდეთ, სად ვეძებოთ საფრთხე და როგორ შევიმუშავოთ და დავგეგმოთ პრევენციული ზომები.
ანტიმიკრობული რეზისტენტობის გარდა, თქვენი კვლევების ნაწილი ბაქტერიოფაგების გენომების შესწავლას დაეთმო. რა განსხვავება გამოვლინდა ფაგების სასიცოცხლო ჯგუფებს შორის?
ბაქტერიოფაგები, მათი სასიცოცხლო ციკლის მიხედვით, ორ ძირითად ჯგუფად იყოფიან: ვირულენტურ და ზომიერ ფაგებად. ვირულენტურ ფაგებს ფართოდ იყენებენ ფარმაცევტულ ინდუსტრიაში, ვეტერინარიაში, ბიოკონტროლსა და სურსათის უვნებლობაში. მათგან განსხვავებით, პრაქტიკაში ზომიერი ფაგების გამოყენებას თავს არიდებენ, რადგან ისინი ხშირად ბაქტერიებში როგორც მინიმუმ ვირულენტურობის, პათოგენურობისა და ანტიმიკრობული რეზისტენტობის გენების გადამტანები და გამავრცელებლები არიან.
ჩვენ გვაინტერესებდა გენომურ დონეზე სხვაობების შესწავლა ფაგების ამ ორ ჯგუფს შორის, განსაკუთრებით კი მათი ტრანსლაციის ადაპტირების მოლეკულურ-გენეტიკური მექანიზმების თვალსაზრისით. ამ ფაგების გენომების ჩვენმა ინ სილიკო კომპიუტერულმა კვლევებმა ძალიან საინტერესო სურათი მოგვცა, გამოავლინა რა, რომ ხშირ შემთხვევაში (თუმცა არა ყოველთვის), ვირულენტური ფაგების გენების კოდონები უკეთესად მორგებულები არიან ამ ორგანიზმების მასპინძლებში როგორც უფრო ეფექტური რეპლიკაციისთვის, ისე ტრანსლაციის ადაპტირების თვალსაზრისით, რითაც, სხვა მოლეკულურ-გენეტიკურ მექანიზმებთან ერთად, შესაძლოა აიხსნას ერთ-ერთი ფუნდამენტური ბიოლოგიური განსხვავება ფაგების ამ ორ ჯგუფს შორის.
სამეცნიერო ჰაბისა და ინსტიტუტის შექმნის ერთ-ერთი მთავარი იდეა, რომლის ავტორი და სულისჩამდგმელი ბატონი ცოტნე ჯავახიშვილი იყო, ქართველი ახალგაზრდა მეცნიერების საერთაშორისო სამეცნიერო სივრცეში ინტეგრაციაა. რა როლი აქვთ ახალგაზრდებს თქვენს კვლევებში?
ჩვენი ინსტიტუტი ძირითადად სწორედ ახალგაზრდა მკვლევრებისგან შედგება — მათ შორის არიან როგორც დოქტორანტები და მაგისტრანტები, ისე ბაკალავრიატის სტუდენტებიც. ჩვენთან ასეთი პრაქტიკაა დანერგილი: მათი აკადემიური ხარისხის მიუხედავად, თითოეულ ახალგაზრდას საკუთარი კონკრეტული პროექტი აქვს ჩაბარებული. ჩვენს ინსტიტუტში, თავად მე, ასევე ბიოლოგიის მეცნიერებათა დოქტორი თინათინ (თიკო) ელბაქიძე, რომელიც მიკრობების გენეტიკისა და ეკოლოგიის ლაბორატორიას ხელმძღვანელობს, და ფუნქციური გენომიკისა და პროტეომიკის ინ სილიკო ლაბორატორიის ხელმძღვანელი, საზოგადოებრივი ჯანდაცვის მაგისტრი, საბა კობახიძე მათ გვერდიგვერდ ვმუშაობთ და ვაძლევთ მიმართულებებს კვლევებში, თუმცა სამუშაოს ძირითად ნაწილს ისინი დამოუკიდებლად და ბრწყინვალედ ასრულებენ.
ამ კვლევებში აქტიურად იყვნენ და არიან ჩართულნი ახალგაზრდა მკვლევრები: მეგი წერეთელი, ლილია ჯიმშერიშვილი, დავით ჯანელიძე, ანა გამყრელიძე და თეონა ხელაძე. მათი წვლილი იმდენად განსაკუთრებული იყო, რომ გადავწყვიტე, გამოქვეყნებულ სტატიებში ისინი პირველი ავტორები ყოფილიყვნენ. ეს სტატუსი სრულიად დამსახურებულად მიიღეს, რამაც მათ კარიერულ წინსვლას უდიდესი ბიძგი მისცა: ბოლო ორ-სამ წელიწადში, ჩვენი გუნდიდან ოთხმა ახალგაზრდამ გაიმარჯვა კონკურსებში და აქტიურად ჩაერთო სამაგისტრო ან სადოქტორო პროგრამებში უცხოეთის წამყვან უნივერსიტეტებში, მათ შორის ბონის უნივერსიტეტში. ანალოგიურად, მსურს ვისარგებლო შემთხვევით და აღვნიშნო საქართველოს უნივერსიტეტის ცოტნე ჯავახიშვილის სახელობის სინთეზური ბიოლოგიის ინსტიტუტის მკვლევრის, გვანცა ბრაგვაძის წარმატებაც, რომელიც ლონდონის ერთ-ერთ ცნობილ უნივერსიტეტში მიიწვიეს. ერთი მხრივ, ეს უდიდესი წარმატებაა, მეორე მხრივ კი ვცდილობთ, ადგილზეც შევინარჩუნოთ ძირითადი სამეცნიერო ბირთვი და ვიმედოვნებთ, რომ საერთაშორისო გამოცდილების მიღების შემდეგ ისინი კვლავ დაბრუნდებიან და განაგრძობენ მუშაობას სამშობლოში.
რაც შეეხება ბატონ ცოტნე ჯავახიშვილს, რომელიც, სამწუხაროდ, დღეს ცოცხალი აღარ არის — მისი იდეა ნამდვილად გრძელდება და უკვე კონკრეტული ნაყოფიც გამოიღო. ჯერ კიდევ მაშინ, როცა ცოტნე ცოცხალი იყო, აქტიური კომუნიკაცია გვქონდა და ერთობლივად დავგეგმეთ კვლევა ანტიმიკრობულ რეზისტენტობაზე. ამ პროექტში მისი ერთ-ერთი ახალგაზრდა მკვლევარი, ნინო ქუჩულორია მონაწილეობდა. კვლევა წარმატებით დასრულდა და შედეგები ასევე დასავლეთის ერთ-ერთ ძალიან ცნობილ სამეცნიერო ჟურნალში გამოვაქვეყნეთ.
ამჟამად რა მიმართულებით მიმდინარეობს მუშაობა ინსტიტუტში და რა ახალ კვლევებს უნდა ველოდოთ უახლოეს მომავალში?
ამ ეტაპზე რამდენიმე ძალიან საინტერესო და ახალ მიმართულებაზე ვმუშაობთ:
პირველი მიმართულება ბაქტერიების პოპულაციებში არსებულ პრიონების „მსგავსი“ ცილების მაკოდირებელ გენეტიკურ ლოკუსებს ეხება. ამგვარად, არ ვგულისხმობ პრიონებს, რომლებიც ადამიანებში პირდაპირ ნეიროდეგენერაციულ დაავადებებს იწვევენ — ბაქტერიული პრიონები მიკრობებს ხშირად სხვადასხვა გარემოში ადაპტაციაში ეხმარებიან, რაც უფრო მიკრობული ეკოლოგიის სფეროა. ჩვენ ვიკვლევთ, ხომ არ მიუძღვით რაიმე როლი პრიონების მსგავსი ცილების სხვადასხვა მაკოდირებელ ლოკუსებს ნაწლავის ბაქტერიებში ადამიანის ნაწლავის სერიოზული ანთებითი პროცესების ინდუცირებასა და/ან პროვოცირებაში.
მეორე მნიშვნელოვანი პროექტი ბრუცელოზის გამომწვევს (Brucella abortus) ეხება, რომელზეც ჩინელ კოლეგებთან (ჩონცინგის სამედიცინო უნივერსიტეტიდან) ერთად ვმუშაობთ. ჩვენ შევისწავლეთ ამ პათოგენის როგორც ქართული, ისე ჩინური შტამების გენომები, აღვწერეთ მათი ევოლუციური დივერგენციის მოლეკულურ-გენეტიკური მექანიზმები, გენეტიკური ნათესაობა და ევოლუციური დროის შკალაზე (time scale) მათი წარმოშობის სავარაუდო პერიოდები. პარალელურად, ამ ბაქტერიებში ინ სილიკო კომპიუტერული მეთოდებით ვიკვლევთ იმას, რაც აქამდე არავის შეუსწავლია — ზოგიერთი მნიშვნელოვანი მობილური გენეტიკური ელემენტის, კერძოდ, ტრანსპოზაზების მაკოდირებელი გენების ტრანსლაციის ადაპტირების მექანიზმებს. ბაქტერიული პათოგენების ბუნებრივ პოპულაციებში, ტრანსპოზონები აქტიურად მონაწილეობენ მათი ვირულენტობის, პათოგენურობის, ანტიმიკრობული რეზისტენტობისა და ეკოლოგიური თავსებადობის აღმოცენებასა და გაძლიერებაში. ჩვენ ვსწავლობთ, როგორ იყენებენ პრედომინანტური ტრანსპოზონების მაკოდირებელი გენები კოდონებს, რაც საშუალებას მოგვცემს განვსაზღვროთ, ხომ არ აქვს ადგილი ამ გენებში ტრანსლაციის ადაპტაციის ტენდენციებს. ამ კვლევის შედეგები დაგვეხმარება მეტად შევიცნოთ ამ მნიშვნელოვანი პათოგენის ევოლუციის არსებული და მომავლის ტრაექტორიები, რაც კრიტიკულია მისი ეფექტური კონტროლისა და პრევენციისთვის გლობალურად.
გარდა ამისა, ვაგრძელებთ ზომიერი და ვირულენტური ფაგების გენომების ევოლუციის კვლევას. ამავდროულად, დასრულების ფაზაშია ჩვენი „სველი ლაბორატორია“ (Wet Lab), სადაც საქართველოს რეკრეაციული წყლების, მდინარეებისა და ტბების ბაქტერიული მეტაგენომების შესწავლას ვგეგმავთ, რათა გავარკვიოთ, წარმოადგენენ თუ არა ისინი ანტიმიკრობული რეზისტენტობის ბუნებრივ რეზერვუარებს.
დაბოლოს, როგორია ინსტიტუტის გრძელვადიანი გეგმები და საერთაშორისო თანამშრომლობის მასშტაბი?
სამომავლოდ გვსურს უფრო მეტად აქტიურად განვავითაროთ მიკრობების ფილოგენეტიკისა და ე.წ. გენომური ზედამხედველობის (Genome Surveillance) მიმართულება. საქართველოში სურსათისმიერი, ასევე ცხოველებისა და ადამიანის პათოგენური ბაქტერიებისა თუ ვირუსების პოპულაციურ-გენეტიკური სტრუქტურები უმეტესად შეუსწავლელია. ამ მონაცემების გარეშე კი ინფექციური დაავადებების ეფექტიანი პრევენციისა და კონტროლის დაგეგმვა შეუძლებელია.
რაც შეეხება საერთაშორისო თანამშრომლობას, ჩვენი ექსპერტიზით უკვე არაერთი უცხოური უნივერსიტეტი დაინტერესდა. როგორც მოგახსენეთ, მჭიდროდ ვთანამშრომლობთ ჩინეთის ჩონცინგის სამედიცინო უნივერსიტეტთან, სადაც საერთაშორისო კონფერენციებზე მოხსენებებით წარვდექით, წელს კი თინათინ ელბაქიძემ ჩინელ სტუდენტებს ბიოინფორმატიკის საფუძვლებზე მოკლე კურსიც წაუკითხა. ასევე, წელს ჩვენთან ბიოინფორმატიკის მიმართულებით ტრენინგი გაიარა თურქეთის ერთ-ერთი უნივერსიტეტის ასოცირებულმა პროფესორმა, რომელთან ერთადაც ამჟამად ერთობლივ in silico ბიოინფორმატიკულ კვლევას ვახორციელებთ. სულ ახლახან კი დაგვიკავშირდნენ ყაზახეთის აგრარული და ტექნიკური უნივერსიტეტიდან და გვთხოვეს, რომ როგორც უცხოელმა საერთაშორისო ექსპერტებმა, თანახელმძღვანელობა გავუწიოთ მათ ზოგიერთ სადოქტორო კვლევას ადამიანისა და ცხოველების პათოგენური ბაქტერიების გავრცელებისა და ანტიმიკრობული რეზისტენტობის შესწავლის მიმართულებით.
ამასთან, ჩვენი ინსტიტუტი არის ევროპის ერთიანი ჯანმრთელობის ასოციაციის წევრი, რომელიც ევროპის არაერთ სახელმწიფო ორგანიზაციასა და წამყვან უნივერსიტეტს აერთიანებს. სწედ ამ ასოციაციის მხარდაჭერით, 5-6 ნოემბერს საქართველოს უნივერსიტეტში ვმართავთ საერთაშორისო კონფერენციასა და ვორქშოფს, რომელშიც ქართველ მეცნიერებთან ერთად მონაწილეობას მიიღებენ კოლეგები ევროპიდან და ამერიკის შეერთებული შტატებიდან.
