Introdução:
Bem-vindo ao podcast Where Cures Begin do Instituto Salk. Onde os cientistas falam sobre descobertas revolucionárias com seus anfitriões, Allie Akmal e Brittany Fair.
Feira da Bretanha:
Estou aqui hoje com Dmitry Lyumkis. Ele é professor assistente no laboratório de genética, onde usa técnicas de imagem de alta potência para determinar a estrutura de moléculas minúsculas. Compreender como são esses conjuntos de átomos pode revelar disfunções que levam a doenças. Professor Lyumkis, bem-vindo Onde as Curas Começam.
Dmitry Lyumkis:
Olá Bretanha. Muito obrigado por me receber.
Feira da Bretanha:
Obrigado por se juntar a nós hoje e apenas para começar, de onde você é originalmente?
Dmitry Lyumkis:
Eu sou de Riga. É a cidade de Riga no que hoje é a Letônia. Costumava ser [parte da] União Soviética. Saímos da Letônia cerca de um mês antes do colapso e viemos para a Bay Area. Eu tinha apenas seis [anos] na época. Meu pai é físico e, como muitas outras pessoas da antiga União Soviética com formação em física e matemática, eles foram fortemente recrutados nos Estados Unidos, Europa Ocidental e outros países. E então, naquela época, na Bay Area, houve um rápido desenvolvimento na indústria de alta tecnologia. E meu pai foi uma dessas [pessoas] que foram recrutadas.
Feira da Bretanha:
Quando você vem da União Soviética para a Bay Area, posso imaginar que foi uma mudança muito dramática para você quando criança. Você teve algum desafio quando chegou na Califórnia?
Dmitry Lyumkis:
Sim, definitivamente houve alguns desafios quando cheguei. Eu não conhecia o idioma e demorei alguns meses para aprender o idioma. É um pouco mais simples quando você é criança, mas demorei alguns meses para aprender o idioma. E então, o que eu lembro com carinho é que as interações sociais eram muito difíceis e um pouco estranhas porque eu não sabia como me expressar quando ia para a escola e as crianças não me entendiam. E na verdade um dos meus melhores amigos, meu melhor amigo até hoje, ele meio que me guiou em todo esse processo e me ajudou bastante naqueles primeiros meses. Até hoje rimos disso.
Feira da Bretanha:
Isso é ótimo. E que bom amigo para se ter porque tenho certeza que foi um choque cultural. Seu pai estava trabalhando em ciências ou como engenheiro em ciências?
Dmitry Lyumkis:
Ele era mais um engenheiro. Ele estava trabalhando em pesquisa acadêmica na União Soviética pouco antes do colapso. Muitos desses empregos começaram a desaparecer. Então, quando meu pai se mudou para Bay Area, ele começou a trabalhar como engenheiro na indústria. E ele basicamente nos deu uma nova vida e uma nova oportunidade aqui.
Feira da Bretanha:
E você se interessou por engenharia em algum momento ou quando realmente se interessou por ciência?
Dmitry Lyumkis:
Eu tinha muitos interesses quando estava crescendo [risos].
Feira da Bretanha:
Sim? [rir].
Dmitry Lyumkis:
Eu passei por muitos pensamentos diferentes em termos do que eu faria para uma carreira. Minha verdadeira paixão pela ciência surgiu na faculdade quando realmente comecei a trabalhar em um laboratório de pesquisa, foi aí que me interessei muito. Ao longo do segundo, primeiro e último ano foi quando realmente me interessei por química. Existem milhares e milhares de reações diferentes e muitas maneiras possíveis de chegar a um resultado. E a ideia de desenvolver seu próprio caminho para chegar a essa molécula complexa foi muito atraente para mim.
Feira da Bretanha:
Acho isso muito interessante porque não é todo dia que alguém estuda algo com tanta paixão que não consegue enxergar.
Dmitry Lyumkis:
Certo. Concordo. Meu interesse começou por química, mas logo depois fiquei realmente interessado especificamente em química de proteínas ou estrutura de proteínas, um campo que chamamos de biologia estrutural. As proteínas são compostas de aminoácidos, longas cadeias de aminoácidos. E eles se dobram em formas tridimensionais complexas e sua função é governada por reações químicas específicas, por exemplo, dentro do sítio ativo da enzima. E na verdade esse é um campo que continuo estudando e trabalhando até hoje, que continua a me fascinar.
Feira da Bretanha:
OK. E quando você diz que está estudando como as proteínas são montadas, que técnicas você usa para estudar isso?
Dmitry Lyumkis:
Usamos uma técnica chamada microscopia crioeletrônica.
Locução:
A microscopia crioeletrônica, também conhecida como crio-EM, usa amostras congeladas, daí a palavra crio, e feixes de elétrons mais suaves do que a microscopia eletrônica tradicional para examinar amostras biológicas.
Dmitry Lyumkis:
Rotineiramente aplicamos microscopia crioeletrônica para determinar a estrutura de proteínas e conjuntos de proteínas. É uma técnica de microscopia que usa elétrons de alta energia para obter imagens de objetos em uma ampliação muito alta. Então, tipicamente, atômico ou próximo ao nível atômico.
Feira da Bretanha:
Uau. Então você realmente pode ver essas pequenas montagens.
Dmitry Lyumkis:
Oh sim. Sim absolutamente. E a resolução pode ser ou está se aproximando da resolução de nível atômico. Na verdade, alguns artigos, manuscritos e pré-impressões publicados no bioRxiv há apenas alguns meses mostram que você pode usar técnicas de crio-EM para criar imagens de proteínas em verdadeira resolução atômica.
Feira da Bretanha:
OK. Então você pode usar essa técnica de imagem para entender a estrutura dessas moléculas, mas como entender a estrutura ajuda a decifrar a função?
Dmitry Lyumkis:
Bem, ver para crer [risos]. Uma imagem vale mais que mil palavras. E vou dar um exemplo de nosso trabalho recente, onde usamos crio-EM para visualizar como uma classe específica de pequenas moléculas interage e se liga a um conjunto de proteínas no qual estamos interessados. uma maneira completamente diferente do que esperávamos anteriormente. Não havia como realmente prever isso usando quaisquer outras técnicas. Então tivemos que realmente conseguir uma imagem, uma representação tridimensional direta, para realmente entender e ter esse momento “aha”.
Feira da Bretanha:
Como foi a primeira vez que você realmente usou o cryo-EM para visualizar uma estrutura que estava estudando?
Dmitry Lyumkis:
É incrível. Essa é uma das partes mais legais sobre o campo é que você pode purificar uma proteína ou um conjunto de proteínas com nanômetros de tamanho. Você pode purificá-los e colocá-los em uma grade de suporte de três milímetros, colocá-lo no microscópio eletrônico e, em seguida, obter imagens dessas montagens que podem levar a representações tridimensionais que são muito informativas.
Feira da Bretanha:
Então você veio para a UCSD para fazer graduação, fez pós-graduação na Scripps e então começou sua carreira acadêmica como Salk Fellow. O que fez você querer continuar no Salk e se tornar um professor assistente?
Dmitry Lyumkis:
Salk é um lugar muito interessante. É um lugar muito inspirador. Cada um dos meus colegas é um líder em seus respectivos campos. As pessoas aqui são realmente alguns dos melhores cientistas do mundo e inspiram você diariamente.
Feira da Bretanha:
Você conseguiu colaborar com pessoas fora do seu campo na Salk?
Dmitry Lyumkis:
Sim. Salk é um daqueles lugares interessantes onde todos os professores, por um lado, têm sua própria ilha individual de pesquisa, mas, por outro lado, existem interconexões muito profundas nas ideias entre os diferentes laboratórios. E assim, existem muitas oportunidades para estabelecer conexões científicas e forjar colaborações entre diferentes laboratórios com base em interesses comuns.
Feira da Bretanha:
E enquanto estava no Salk, várias de suas descobertas envolveram imagens de estruturas minúsculas que ajudam o HIV a infectar as células. O que realmente lhe interessa sobre o HIV e como a imagem dessas estruturas pode ajudar no desenvolvimento de um tratamento?
Dmitry Lyumkis:
O HIV é um dos vírus mais complicados que conhecemos. Uma das coisas que fizemos foi usar crio-EM para criar imagens de conjuntos de proteínas que são diretamente responsáveis por estabelecer uma infecção viral permanente em uma célula-alvo específica. Descrevemos como esses conjuntos são montados, como eles se parecem e como funcionam em nível atômico. Mas o importante é que esses conjuntos também são alvos diretos de uma das classes mais importantes de medicamentos usados na terapia antirretroviral para tratar pacientes.
Feira da Bretanha:
Essas drogas eram usadas para tratar o HIV e simplesmente não sabíamos como elas funcionavam totalmente em nível molecular?
Dmitry Lyumkis:
Sim. Portanto, essas drogas estão em uso desde cerca de 2007 e algumas das de última geração estão em uso há cerca de sete anos. Eles foram aprovados pelo FDA. Estamos trabalhando com uma equipe de investigadores do NIH para desenvolver um tipo de medicamento de terceira geração que será ativo e potente contra o vírus quando ele desenvolver resistência. E o que descobrimos neste artigo recente é que esses compostos se ligam de uma maneira completamente diferente do que esperávamos anteriormente. E isso tem implicações importantes porque, para entender como essas drogas se ligam, como fazer compostos melhores e entender como o vírus desenvolve resistência, você realmente precisa saber em um nível atômico detalhado como esses compostos se ligam e como eles interagem com esses conjuntos de proteínas. .
Feira da Bretanha:
Desde a pandemia do coronavírus, você incorporou alguma pesquisa sobre o coronavírus ao seu trabalho?
Dmitry Lyumkis:
Sim. Temos um projeto em particular que está acontecendo no laboratório. E, novamente, tem a ver com a compreensão de como uma determinada proteína que faz parte do SARS-CoV-2 é montada e, especificamente, como ela se liga e sequestra o maquinário celular para promover a infecção viral. E então, o que estamos tentando fazer agora é imaginar essa proteína.
Feira da Bretanha:
OK. Você acha que esse tipo de trabalho pode ajudar a informar as opções de tratamento?
Dmitry Lyumkis:
Sim definitivamente. Compreender como as proteínas virais interagem com as proteínas do hospedeiro pode ter consequências importantes e implicações importantes porque, se você puder entender como elas interagem umas com as outras, poderá desenvolver estratégias terapêuticas que irão interferir nessa interação. E se essa interação for necessária para a infecciosidade viral, interferir nessa interação, por sua vez, trará benefícios terapêuticos.
Feira da Bretanha:
Parece que foi na faculdade que você realmente se apaixonou pela ciência. Antes da faculdade, o que você imaginava fazer no futuro? Você já pensou em outra carreira?
Dmitry Lyumkis:
Sempre gostei de aprender e sempre gostei do processo de aprender e potencialmente descobrir. Então, quando comecei [a trabalhar em] ciência, foi uma escolha de carreira muito lógica para mim, porque todos os dias você aprende algo novo. Você não descobre coisas novas [risos]. Isso acontece muito raramente, mas quando acontece, é incrível. Mas todos os dias você aprende algo novo. A ciência foi meio que uma escolha natural e nunca olhei para trás.
Feira da Bretanha:
Qual é a sua parte favorita sobre ser um cientista?
Dmitry Lyumkis:
É o processo e é o fato de que todos os dias estou aprendendo algo novo. Todos os dias, tenho uma compreensão um pouco melhor de alguma pequena parte de nossa pesquisa ou de algum pequeno aspecto de um problema. Depois de atingir um objetivo, o próximo objetivo está ao virar da esquina.
Feira da Bretanha:
Parece um crescimento acadêmico sem fim. Qual é o seu próximo passo?
Dmitry Lyumkis:
Bem, há várias moléculas importantes e processos importantes na célula que gostaríamos de entender no nível molecular. Então, o que estamos tentando fazer agora é isolar e purificar certos tipos de conjuntos de proteínas que são importantes, não apenas na virologia, mas também têm implicações importantes no câncer, para que possamos começar a imaginá-los usando crio-EM.
A longo prazo, quero ver essas moléculas nas células. No momento, tudo o que estamos fazendo é isolar essas moléculas das células. Quero visualizá-los em células, em seu ambiente nativo. Acho que essa é a próxima ordem de complexidade que está chegando e que gostaríamos de entender.
Feira da Bretanha:
Muito obrigado por se juntar a nós no podcast hoje, Dr. Lyumkis. Foi um prazer falar com você e conhecer seu trabalho aqui na Salk.
Dmitry Lyumkis:
Muito obrigado, Bretanha. Foi um prazer falar com você.
Final:
Junte-se a nós na próxima vez para mais ciência Salk de ponta. No Salk, cientistas de renome mundial trabalham juntos para explorar ideias grandes e ousadas, do câncer ao mal de Alzheimer, do envelhecimento às mudanças climáticas. Where Cures Begin é uma produção do Salk Institute's Office of Communications. Para saber mais sobre a pesquisa discutida hoje, visite salk.edu/podcasts.