Einführung: 
Willkommen beim Podcast „Where Cures Begin“ des Salk Institute. Wo Wissenschaftler mit Ihren Gastgebern Allie Akmal und Brittany Fair über bahnbrechende Entdeckungen sprechen.

Bretagne-Messe:
Ich bin heute mit Dmitry Lyumkis hier. Er ist Assistenzprofessor im Labor für Genetik, wo er leistungsstarke bildgebende Verfahren einsetzt, um die Struktur winziger Moleküle zu bestimmen. Wenn wir verstehen, wie diese Atomanordnungen aussehen, könnten Funktionsstörungen aufgedeckt werden, die zu Krankheiten führen. Professor Lyumkis, herzlich willkommen Wo Heilung beginnt.

Dmitry Lyumkis: 
Hallo Brittany. Vielen Dank, dass Sie mich haben.

Bretagne-Messe: 
Vielen Dank, dass Sie heute bei uns sind. Zunächst einmal: Woher kommen Sie ursprünglich?

Dmitry Lyumkis:
Ich komme aus Riga. Es ist die Stadt Riga im heutigen Lettland. Früher war es Teil der Sowjetunion. Wir zogen etwa einen Monat vor dem Zusammenbruch aus Lettland aus und kamen in die Bay Area. Ich war damals erst sechs [Jahre alt]. Mein Vater ist Physiker und wie viele andere Menschen aus der ehemaligen Sowjetunion, die einen Hintergrund in Physik und Mathematik hatten, wurden sie in großem Umfang in den Vereinigten Staaten, Westeuropa und anderen Ländern rekrutiert. Und so erlebte die Hightech-Industrie zu dieser Zeit in der Bay Area eine rasante Entwicklung. Und mein Vater war einer von denen, die rekrutiert wurden.

Bretagne-Messe: 
Ich kann mir vorstellen, dass es für Sie als kleines Kind eine sehr dramatische Veränderung war, wenn Sie aus der Sowjetunion in die Bay Area kommen. Hatten Sie bei Ihrer Ankunft in Kalifornien irgendwelche Herausforderungen?

Dmitry Lyumkis: 
Ja, als ich ankam, gab es definitiv ein paar Herausforderungen. Ich kannte die Sprache nicht und brauchte ein paar Monate, um die Sprache zu lernen. Als Kind ist es etwas einfacher, aber ich habe ein paar Monate gebraucht, um die Sprache zu lernen. Und dann erinnere ich mich gerne daran, dass die sozialen Interaktionen sehr schwierig und etwas umständlich waren, weil ich nicht wusste, wie ich mich ausdrücken sollte, als ich in die Schule ging und die Kinder mich nicht verstanden. Und eigentlich ist er einer meiner besten Freunde, mein bester Freund bis zum heutigen Tag. Er hat mich durch den gesamten Prozess begleitet und mir in den ersten paar Monaten sehr geholfen. Bis heute lachen wir darüber.

Bretagne-Messe: 
Das ist großartig. Und was für ein guter Freund, denn ich bin mir sicher, dass das ein Kulturschock war. Dein Vater war damals in der Wissenschaft tätig oder als Ingenieur in der Naturwissenschaft?

Dmitry Lyumkis: 
Er war eher ein Ingenieur. Kurz vor dem Zusammenbruch war er in der akademischen Forschung in der Sowjetunion tätig. Viele dieser Arbeitsplätze begannen zu verschwinden. Als mein Vater dann in die Bay Area zog, begann er als Ingenieur in der Branche zu arbeiten. Und er hat uns hier im Grunde ein neues Leben und eine neue Chance gegeben.

Bretagne-Messe: 
Und haben Sie sich zu irgendeinem Zeitpunkt für Ingenieurwissenschaften interessiert oder wann haben Sie sich wirklich für Naturwissenschaften interessiert?

Dmitry Lyumkis: 
Als ich aufwuchs, hatte ich viele Interessen [Gelächter].

Bretagne-Messe: 
Ja? [lachen].

Dmitry Lyumkis: 
Ich habe viele verschiedene Gedanken darüber gemacht, was ich beruflich machen würde. Meine wahre Leidenschaft für die Wissenschaft entwickelte sich im College, als ich tatsächlich anfing, in einem Forschungslabor zu arbeiten, und da wurde mein Interesse wirklich groß. Im Laufe des zweiten, zweiten und letzten Jahres begann ich mich wirklich für Chemie zu interessieren. Es gibt Abertausende unterschiedlicher Reaktionen und viele Möglichkeiten, zu einem Ergebnis zu gelangen. Und die Idee, einen eigenen Weg zu diesem komplexen Molekül zu finden, war für mich wirklich reizvoll.

Bretagne-Messe: 
Ich denke, das ist wirklich interessant, denn es kommt nicht jeden Tag vor, dass jemand etwas mit einer solchen Leidenschaft studiert, dass er es nicht sehen kann.

Dmitry Lyumkis:
Rechts. Ich stimme zu. Mein Interesse begann an der Chemie, aber bald darauf begann ich mich wirklich für die Proteinchemie oder Proteinstruktur zu interessieren, ein Gebiet, das wir als Strukturbiologie bezeichnen. Proteine ​​bestehen aus Aminosäuren, langen Ketten von Aminosäuren. Und sie falten sich zu komplexen dreidimensionalen Formen und ihre Funktion wird durch spezifische chemische Reaktionen, beispielsweise im aktiven Zentrum des Enzyms, gesteuert. Und tatsächlich ist das ein Bereich, den ich bis heute studiere und bearbeite und der mich immer noch fasziniert.

Bretagne-Messe: 
Okay. Und wenn Sie sagen, dass Sie untersuchen, wie Proteine ​​zusammengesetzt werden, mit welchen Techniken untersuchen Sie das?

Dmitry Lyumkis:
Wir verwenden eine Technik namens Kryo-Elektronenmikroskopie.

Voice-over: 
Die Kryo-Elektronenmikroskopie, auch Kryo-EM genannt, verwendet gefrorene Proben, daher das Wort Kryo, und sanftere Elektronenstrahlen als die herkömmliche Elektronenmikroskopie, um biologische Proben zu untersuchen.

Dmitry Lyumkis: 
Wir nutzen routinemäßig die Kryo-Elektronenmikroskopie, um die Struktur von Proteinen und Proteinanordnungen zu bestimmen. Es handelt sich um eine Mikroskopietechnik, bei der hochenergetische Elektronen verwendet werden, um Objekte mit sehr hoher Vergrößerung abzubilden. Also typischerweise auf atomarer oder nahezu atomarer Ebene.

Bretagne-Messe: 
Oh wow. Sie können diese winzigen Baugruppen also tatsächlich sehen.

Dmitry Lyumkis: 
Oh ja. Ja absolut. Und die Auflösung kann eine Auflösung auf atomarer Ebene erreichen oder nähert sich ihr an. Tatsächlich gab es auf bioRxiv erst vor ein paar Monaten einige Artikel, Manuskripte und Vorabdrucke, die zeigen, dass man Kryo-EM-Techniken nutzen kann, um Proteine ​​mit echter atomarer Auflösung abzubilden.

Bretagne-Messe: 
Okay. Sie können diese Bildgebungstechnik also verwenden, um die Struktur dieser Moleküle zu verstehen. Aber wie hilft Ihnen das Verständnis der Struktur bei der Entschlüsselung der Funktion?

Dmitry Lyumkis: 
Nun ja, sehen heißt glauben [lacht]. Ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Und ich gebe Ihnen ein Beispiel aus unserer jüngsten Arbeit, bei der wir Kryo-EM verwendet haben, um zu visualisieren, wie eine bestimmte Klasse kleiner Moleküle mit einer Proteinanordnung, die uns interessiert, interagiert und sich daran bindet. Wir haben herausgefunden, dass diese kleinen Moleküle binden ganz anders, als wir es bisher erwartet hatten. Es gab keine Möglichkeit, dies mit anderen Techniken wirklich vorherzusagen. Wir mussten also tatsächlich ein Bild, eine direkte dreidimensionale Darstellung, bekommen, um es wirklich zu verstehen und diesen „Aha“-Moment zu erleben.

Bretagne-Messe: 
Wie war es, als Sie zum ersten Mal tatsächlich Kryo-EM verwendet haben, um eine Struktur zu visualisieren, die Sie untersucht haben?

Dmitry Lyumkis: 
Oh, es ist erstaunlich. Das Coolste an diesem Fachgebiet ist, dass man ein Protein oder eine Proteinanordnung mit einer Größe von Nanometern reinigen kann. Sie können sie reinigen und auf ein drei Millimeter dickes Trägergitter legen, es in das Elektronenmikroskop legen und dann Bilder dieser Anordnungen erhalten, die zu dreidimensionalen Darstellungen führen können, die sehr aufschlussreich sind.

Bretagne-Messe: 
Sie kamen also für Ihr Grundstudium an die UCSD, besuchten die Graduiertenschule bei Scripps und begannen dann Ihre akademische Laufbahn als Salk-Stipendiat. Warum wollten Sie bei Salk bleiben und Assistenzprofessor werden?

Dmitry Lyumkis: 
Salk ist ein sehr interessanter Ort. Es ist ein sehr inspirierender Ort. Jeder einzelne meiner Kollegen ist in seinem jeweiligen Fachgebiet führend. Die Menschen hier gehören wirklich zu den besten Wissenschaftlern der Welt und inspirieren jeden Tag aufs Neue.

Bretagne-Messe: 
Konnten Sie bei Salk mit Leuten außerhalb Ihres Fachgebiets zusammenarbeiten?

Dmitry Lyumkis: 
Ja. Salk ist einer dieser interessanten Orte, an denen einerseits alle Fakultätsmitglieder ihre eigene individuelle Forschungsinsel haben, andererseits aber sehr tiefe Verbindungen in den Ideen zwischen verschiedenen Laboren bestehen. Daher gibt es viele Möglichkeiten, wissenschaftliche Verbindungen zu knüpfen und auf der Grundlage gemeinsamer Interessen eine Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Laboren zu knüpfen.

Bretagne-Messe: 
Und während Ihrer Zeit bei Salk haben Sie bei mehreren Ihrer Entdeckungen winzige Strukturen abgebildet, die HIV dabei helfen, Zellen zu infizieren. Was interessiert Sie wirklich an HIV und wie kann die Bildgebung dieser Strukturen möglicherweise bei der Entwicklung einer Behandlung helfen?

Dmitry Lyumkis: 
HIV ist eines der kompliziertesten Viren, die wir kennen. Wir haben unter anderem Kryo-EM eingesetzt, um Proteinanordnungen abzubilden, die direkt für die Etablierung einer dauerhaften Virusinfektion in einer bestimmten Zielzelle verantwortlich sind. Wir haben beschrieben, wie diese Baugruppen zusammengesetzt sind, wie sie aussehen und wie sie auf atomarer Ebene funktionieren. Wichtig ist jedoch, dass diese Baugruppen auch die direkten Ziele einer der wichtigsten Medikamentenklassen sind, die in der antiretroviralen Therapie zur Behandlung von Patienten eingesetzt werden.

Bretagne-Messe: 
Wurden diese Medikamente zur Behandlung von HIV eingesetzt und wir wussten einfach nicht, wie sie auf molekularer Ebene vollständig wirken?

Dmitry Lyumkis: 
Ja. Diese Medikamente werden also seit etwa 2007 verwendet, und einige der neuesten Generation werden bereits seit etwa sieben Jahren verwendet. Sie wurden von der FDA zugelassen. Wir arbeiten mit einem Forscherteam am NIH zusammen, um Medikamente der dritten Generation zu entwickeln, die aktiv und wirksam gegen das Virus sind, wenn es eine Resistenz entwickelt. Und was wir in dieser aktuellen Arbeit herausgefunden haben, ist, dass diese Verbindungen auf eine völlig andere Art und Weise binden, als wir zuvor erwartet hatten. Und das hat wichtige Auswirkungen, denn um zu verstehen, wie diese Medikamente binden, wie man bessere Verbindungen herstellt und wie das Virus eine Resistenz entwickelt, muss man wirklich auf atomarer Ebene im Detail wissen, wie diese Verbindungen binden und wie sie mit diesen Proteinanordnungen interagieren .

Bretagne-Messe: 
Haben Sie seit der Coronavirus-Pandemie Coronavirus-Forschung in Ihre eigene Arbeit integriert?

Dmitry Lyumkis: 
Ja. Wir haben ein bestimmtes Projekt, das im Labor läuft. Und wiederum geht es darum, zu verstehen, wie ein bestimmtes Protein, das Teil von SARS-CoV-2 ist, zusammengesetzt wird und wie es sich insbesondere an die Zellmaschinerie bindet und diese kapert, um dann eine Virusinfektion zu fördern. Was wir also gerade versuchen, ist, dieses Protein abzubilden.

Bretagne-Messe: 
Okay. Glauben Sie, dass diese Art von Arbeit dazu beitragen könnte, Behandlungsoptionen zu informieren?

Dmitry Lyumkis: 
Ja auf jeden Fall. Zu verstehen, wie virale Proteine ​​mit Wirtsproteinen interagieren, kann wichtige Konsequenzen und Implikationen haben, denn wenn man versteht, wie sie miteinander interagieren, kann man möglicherweise therapeutische Strategien entwickeln, die diese Interaktion stören. Und wenn diese Interaktion für die virale Infektiosität notwendig ist, dann hat die Beeinträchtigung dieser Interaktion wiederum therapeutische Vorteile.

Bretagne-Messe: 
Es hört sich also so an, als hätte man sich im College wirklich in die Naturwissenschaften verliebt. Was hatten Sie sich vor Ihrem Studium für die Zukunft vorgestellt? Haben Sie jemals über eine andere Karriere nachgedacht?

Dmitry Lyumkis: 
Ich habe schon immer gerne gelernt und der Prozess des Lernens und potenziellen Entdeckens hat mir schon immer gefallen. Als ich also anfing, in der Wissenschaft zu arbeiten, war das für mich eine ziemlich logische Berufswahl, denn jeden Tag lernt man etwas Neues. Man entdeckt keine neuen Dinge [lacht]. Das passiert sehr selten, aber wenn es passiert, ist es erstaunlich. Aber jeden Tag lernt man etwas Neues. Die Wissenschaft war irgendwie eine natürliche Entscheidung und ich habe nie zurückgeschaut.

Bretagne-Messe: 
Was gefällt Ihnen am Beruf eines Wissenschaftlers am besten?

Dmitry Lyumkis:
Es ist der Prozess und die Tatsache, dass ich jeden Tag etwas Neues lerne. Jeden Tag verstehe ich einen kleinen Teil unserer Forschung oder einen kleinen Aspekt eines Problems ein wenig besser. Sobald Sie ein Ziel erreicht haben, steht das nächste Ziel vor der Tür.

Bretagne-Messe:
Es klingt nach einem nie endenden akademischen Wachstum. Was ist Ihr nächster Schritt?

Dmitry Lyumkis: 
Nun, es gibt eine Reihe wichtiger Moleküle und wichtiger Prozesse in der Zelle, die wir gerne auf molekularer Ebene verstehen würden. Was wir also derzeit versuchen, ist die Isolierung und Reinigung bestimmter Arten von Proteinanordnungen, die nicht nur in der Virologie wichtig sind, sondern auch wichtige Auswirkungen auf Krebs haben, damit wir mit der Bildgebung mittels Kryo-EM beginnen können.

Langfristig möchte ich diese Moleküle in Zellen sehen. Im Moment ist alles, was wir tun, die Isolierung dieser Moleküle aus Zellen. Ich möchte sie in Zellen, in ihrer natürlichen Umgebung, visualisieren. Ich denke, das ist die nächste Stufe der Komplexität, die wir verstehen möchten.

Bretagne-Messe:
Vielen Dank, dass Sie heute am Podcast teilgenommen haben, Dr. Lyumkis. Es war mir eine Freude, mit Ihnen zu sprechen und mehr über Ihre Arbeit hier bei Salk zu erfahren.

Dmitry Lyumkis: 
Vielen Dank, Brittany. Es war mir eine Freude, mit Ihnen zu sprechen.

Ende: 
Seien Sie das nächste Mal dabei und erfahren Sie mehr über die neueste Salk-Wissenschaft. Bei Salk arbeiten weltbekannte Wissenschaftler zusammen, um große, mutige Ideen zu erforschen, von Krebs bis Alzheimer, vom Altern bis zum Klimawandel. Where Cures Begin ist eine Produktion des Office of Communications des Salk Institute. Um mehr über die heute besprochene Forschung zu erfahren, besuchen Sie salk.edu/podcasts.