Gubenšek, Franc

Profesor dr. Franc Gubenšek, rojen 31. oktobra 1937, je redni profesor na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani. Že več kot 25 let sistematično in poglobljeno raziskuje beljakovinske toksine, predvsem tiste iz modrasovega strupa. V zadnjih 15 letih se je posvečal študiju molekularnih vzrokov za toksičnost fosfolipaz A2 (PLA2) skupine II, ki jih imajo Viperidae v svojih strupih. Sekretorne PLA2 skupine II imajo vsi živalski organizmi. Odgovorne so za vnetne procese, delujejo baktericidno, sproščajo lipidne mediatorje, udeležene so tudi pri metastaziranju rakastih celic. V kačjih strupih pa so s pospešeno (ali adaptivno) evolucijo razvile celo paleto različnih toksičnosti. Iz modrasovega strupa je profesor Gubenšek izoliral poleg netoksičnih PLA2 tudi več nevrotoksičnih encimov (amoditoksinov) in en fosfolipazni homolog, ki je miotoksičen. Pri svojem raziskovalnem delu uporablja različne pristope za identifikacijo aminokislinskih ostankov v molekuli encima s 122 aminokislinami, ki povzročajo nevrotoksičnost.

Prve podatke o molekularnih vzrokih nevrotoksičnosti je dobil s primerjavo primarnih struktur ene netoksične in treh nevrotoksičnih modrasovih fosfolipaz. Pomagal si je tudi z analognimi toksini iz sorodnih strupov drugih kač. Kmalu je spoznal, da je naravnih mutantov, s katerimi bi se dalo pojasniti, zakaj so postale nekatere fosfolipaze toksične, premalo. Zato je uporabil gensko oziroma proteinsko inženirstvo, ki omogoča zamenjave aminokislin v toksinu. S preučevanjem sprememb biološke aktivnosti mutantov pojasnjuje pomen posameznih delov molekule amoditoksina za izražanje nevrotoksičnosti. Najprej je na grobo določil predel površine toksina, kjer se nahaja »toksično mesto« z imunokemijsko metodo, ki omogoča študij funkcije beljakovin s pomočjo mono- in poliklonskih teles z znanim vezavnim mestom. Pokazalo se je, da je na površini amoditoksina več mest, ki so pomembna za toksičnost tega encima. Išče tudi receptor, ki ga lahko pričakujemo pri tako toksičnih beljakovinah, kot je amoditoksin A (LD50 je 0,020 mg/kg). Prvi poskusi so pokazali, da sta v prašičjem možganskem korteksu vsaj dve beljakovini R25 in R180, ki vežeta amoditoksin, zdaj pa se je izkazalo, da sta v možganskih celicah še dve beljakovini (kalmodulin in p14-3-3), ki se močno vežeta na amoditoksin. Obe sta udeleženi pri uravnavanju več celičnih procesov. Možno je, da toksična fosfolipaza A2 součinkuje z več beljakovinami v celici in s tem poškoduje delovanje mehanizmov, ki so potrebni za recikliranje sinaptičnih vesiklov, ki prenašajo nevrotransmiter k membrani nevrona v sinapsi. Zgleda, da je proces blokade živčno-mišičnega prenosa izredno zapleten in poteka po vsej verjetnosti v več stopnjah, sicer ne bi bilo mogoče, da je »toksičnih mest« na toksinu več. Zaenkrat mu je uspelo predlagati le hipotetični model mehanizma delovanja nevrotoksičnih PLA2 na nevrone, kar je primerna podlaga za nadaljnje raziskave. S študijami sorodnih toksinov, ki učinkujejo praktično na enak način, se v svetu ukvarjajo vsaj še tri skupine, vendar še nobeni ni uspelo pojasniti delovanja teh toksinov, ker se srečujejo s podobnimi težavami.

V zadnjem času posveča prof. Gubenšek posebno pozornost molekularni evoluciji toksinov, strukturi njihovih genov in še posebej na novo odkritemu repetitivnemu DNK-elementu retrotranspozonu ART-2 oziroma Bov-B LINE. Gre za mobilni segment DNK, za katerega je bilo znano, da je prisoten v genomih sodoprstih parkljarjev. Odkritje Bov-B LINE retrotranspozona v genu amoditoksina je znak, da je ta mobilni element DNK v evkariontskih genomih bistveno bolj razširjen, kot je bilo doslej znano. Posebno zanimanje je v znanstveni javnosti vzbudil nedvoumen dokaz, da je ta retrotranspozon prešel pred približno 45 milijoni let v genom prednika današnjih prežvekovalcev iz genoma evolucijsko starih kač Boid. Horizontalni prenosi DNK znotraj družin so bili pri vretenčarjih in tudi žuželkah že prej opisani, pri prokariontih pa so že dolgo dobro znani. Tak primer je prenos rezistence na antibiotike med bakterijami. Med dvema tako oddaljenima razredoma vretenčarjev, kot so plazilci in prežvekovalci, je to prvi primer dokazanega horizontalnega (ali lateralnega) prenosa genskega materiala. Mobilni element DNK in tudi retrotranspozoni imajo lahko, poleg nujno potrebnih genov za prepisovanje in vključevanja mobilnega elementa v gostiteljev genom, še kakšen dodatni gen. S tem je izkazana možnost, da bi tudi višje razviti organizmi s horizontalnim prenosom DNK lahko pridobili kakšne gene, ki so jih razvili od njih filogenetsko zelo oddaljeni organizmi, ne pa njihovi predniki. To evolucijsko posebnost se bo dalo preveriti šele takrat, ko bo znanih več popolnih genomov. Iz sicer še redkih odmevov na odkritje horizontalnega prenosa elementov Bov-B LINE je razvidno, da ga je sprejela večina strokovnjakov, ki poznajo to področje. O tem pričajo vse pogostejša vabila na kongrese. Omeniti pa je treba, da je prva leta temu odkritju večkrat ugovarjal dr. Eickbush na univerzi v Rochesteru v državi New York, ker ni bilo v skladu z njegovo razlago vertikalnega širjenja mobilnih DNK-elementov, vendar je leta 2002 (W. D. Burke in sodel., Mol. Biol. Evol. 19, 619–630 (2002)) mnenje spremenil. To kaže, da je možnost tega nenavadnega prenosa genov tudi on dopustil kot izjemno redkost.

Profesor Gubenšek je v svoje raziskave vključeval mlajše sodelavce, odmevnost njegovih raziskav se kaže tudi v tem, da je bil poleg domačim mentor oziroma komentor dvema doktorandoma iz tujine. F. Aragon-Ortiz je sedaj profesor biokemije na Medicinski fakulteti univerze v San Joseju v Kostariki, N. S. Liang pa dela na Guangxi Medical University v Nanningu na Kitajskem. Oba sta doktorirala na Univerzi v Ljubljani.

K odmevnosti del profesorja Gubenška je dodati še tole. V preglednem članku v Genetici [107, 121–128 (1999)] je predstavil trenutno védenje o molekularni evoluciji elementov Bov-B LINE. Le neznatno spremenjeno in malo dodelano verzijo tega članka, ki jo je predstavil dr. Dušan Kordiš kot prispevek na kongresu Transposable Elements and Genome Evolution oktobra 1999 v Athens, GA, ZDA, so kot posebno zanimivost izbrali za ponovno objavo v monografiji v Georgia Genetics Review I, ki je izšla leta 2000. Odmevnost omenjenega dela se vidi tudi iz komentarja A. Eyre-Walkerja Evolutionary Genomics, ki v ugledni znanstveni reviji Trends in Ecology and Evolution (14, 176 (1999)) opozarja na ta nenavadni prenos mobilnega elementa DNK.

Profesor Gubenšek je k nadaljevanju svojih dolgoletnih raziskav, ki bodo potrebovale še nekaj let vztrajnega dela, pritegnil mlajše kolege. Ti raziskujejo receptorske beljakovine, na katere se veže amoditoksin, s pomočjo mutageneze ugotavljajo, kateri deli toksinove površine omogočajo te vezave, istočasno pa pospešeno raziskujejo evolucijo beljakovin v živalskih strupih in razširjenost retrotranspozonov, ki tvorijo velik del genomov vretenčarjev. V nekaj letih lahko pričakujemo, da bo s temi raziskavami vprašanje mehanizma delovanja amoditoksina in sorodnih nevrotoksinov pojasnjeno.

Bibliografski podatki prof. Gubenška, zajeti po COBISS-u za obdobje 1962–2002, obsegajo 367 enot za obdobje 1980–2003 in 51 enot za obdobje 1960–1979, od tega je okoli 130 člankov, ki so bili objavljeni v revijah, ki sodijo po kakovosti v zgornjo četrtino svojega področja. Kot je razvidno iz pregleda citiranosti Gubenškovih del, ima 1478 citatov, kar kaže na to, da je s svojim raziskovalnim področjem v svetu zelo znan. Med njegovimi deli prevladujejo objave, ki so v celoti plod domačih avtorjev. Posebno pozornost urednika je pritegnil in bil objavljen kot prednostni članek v reviji Eur. J. Biochem. članek Petre Prijatelj in sodel. (EJB, 269, 5759-5764 (2002)). Na naslovnici zvezka je iz omenjenega članka natisnjena slika strukture amoditoksina s prikazanimi aminokislinskimi deli, ki so odgovorni za toksičnost teh encimov.

Glede na skromno velikost njegove raziskovalne skupine je obseg njegovih publikacij primeren. Na svojem raziskovalnem področju je v svetu dobro poznan. V letih 1989–1996 je bil predsednik Evropske sekcije Mednarodnega toksinološkega društva, nato pa v letih 1997–2000 predsednik celotnega Mednarodnega toksinološkega društva. Dvakrat mu je bila zaupana organizacija simpozija evropske sekcije Mednarodnega toksinološkega društva (EIST) v Jugoslaviji, leta 1977 in 1989. Leta 2004 je organiziral tretji simpozij EIST-a v Sloveniji. Mednarodno priznanje njegovi dejavnosti je tudi njegovo članstvo v EMBO (Evropska organizacija za molekularno biologijo), v katero je bil izvoljen kot prvi Slovenec leta 1998. Do sredine leta 2002 je koordiniral slovenski del mednarodnega projekta COPERNICUS Razvoj testa za kvantitativno določanje ostankov (klenbuterola) v mesnih produktih. V projektu so sodelovali še znanstveniki iz Belgije, Irske in Madžarske. Ostale številne funkcije in zadolžitve so razvidne iz podatkov v njegovi biografiji.

Profesor Gubenšek je za svoje raziskovalno delo trikrat prejel nagrade Sklada Borisa Kidriča (leta 1961, 1982 in 1991), leta 1997 je prejel državno nagrado RS za raziskave na področju molekularne biologije. Leta 2005 je prejel zlato plaketo Univerze v Ljubljani.

Skupščina SAZU je prof. dr. Franca Gubenška 12. junija 2003 izvolila za izrednega člana, 21. maja 2009 pa za rednega člana.

(september 2009)

Bibliografija raziskovalca