W Pracowni Biochemii RNA prof. Mikołaj Olejniczak stara się tworzyć atmosferę, w której najważniejsza jest uczciwość intelektualna. – Bardzo ważne dla sukcesu naszych badań jest również to, że jesteśmy częścią dużej społeczności badaczy kwasów rybonukleinowych (RNA) w Poznaniu – podkreśla naukowiec.
Pracownia Biochemii RNA zajmuje się zależnościami między strukturą a funkcją kwasów rybonukleinowych w komórkach bakteryjnych. Zespół bada oddziaływania między białkami opiekuńczymi a cząsteczkami RNA, pełniącymi rolę regulatorów. Wyjaśnijmy w tym miejscu, czym są regulatorowe RNA, co pomoże lepiej zrozumieć badania poznańskich biochemików. Regulatorowe RNA występujące u roślin, zwierząt i bakterii noszą różne nazwy, ale ich cechą wspólną jest to, że decydują zarówno o tym, które geny są włączane i wyłączane, jak również o poziomie ich działania - można powiedzieć, że jest to genetyczny tuning. Ostatnio dużo mówi się o roli RNA w regulacji ludzkiego organizmu, szczególnie o tym, w jaki sposób ich funkcjonowanie przyczynia się do powstawania chorób.
Bez bakterii nie bylibyśmy w stanie żyć, ale część z nich wywołuje choroby, dlatego tak ważne jest dokładne poznanie ich funkcjonowania. Regulatorowe RNA, które u bakterii noszą nazwę sRNA (od ang. small RNA), pozwalają przeżyć bakteriom w zmieniających się warunkach, np. w czasie infekcji w organizmie gospodarza, którego system odpornościowy usiłuje je zwalczyć. Zrozumienie, jak bakterie to robią, przyczynia się do postępu w medycynie. Działanie wielu spośród dostępnych obecnie antybiotyków, dzięki którym ludzkość zwalczyła m.in. tak groźną chorobę jak gruźlica, polega przecież na zakłóceniu działania rybosomu bakteryjnego, czyli “maszyny molekularnej” zbudowanej z RNA produkującej białka.
Dzięki bakteriom możemy też wynaleźć całkiem nowe metody leczenia. Na przykład głośna ostatnio metoda CRISPR/CAS służąca do edycji genów, która w przyszłości prawdopodobnie będzie stosowana u ludzi, została odkryta jako mechanizm bakteryjny, oparty o RNA i służący do obrony bakterii przed wirusami.
Kolejnym powodem, dla którego warto zajmować się RNA bakterii, jest mikrobiom, czyli wszystkie bakterie żyjące w naszym organizmie, w tym szczególnie w przewodzie pokarmowym, gdzie występuje ponad tysiąc gatunków bakterii. Nie zawsze ich skład jest optymalny, co negatywnie odbija się na zdrowiu. Mikrobiom może wpływać na pracę mózgu, w tym na emocje, nastroje, pamięć. Obecnie pojawiają się publikacje o modyfikowaniu mikrobiomu, polegającym na selektywnym usuwaniu z niego szkodliwych bakterii.
Pracownia Biochemii RNA skupia się na białkach opiekuńczych, niezbędnych bakteriom do przetrwania w szybko zmieniającym się środowisku. - Badamy, w jaki sposób białka rozpoznają cząsteczki RNA, z którymi mają oddziaływać i dlaczego wybierają akurat te, a nie inne - wyjaśnia prof. Mikołaj Olejniczak, kierownik Pracowni.
Publikacja, z której zespół jest szczególnie dumny, ukazała się w Nucleic Acids Research, renomowanym czasopiśmie (współczynnik oddziaływania 16). To dobrze cytowany artykuł Ewy Stein będący efektem jej kilkuletniej pracy. Doktorantka badała, w jaki sposób białko ProQ, występujące u wielu bakterii, rozpoznaje pewne cząsteczki RNA, pomimo że wydają się one bardzo podobne do cząsteczek rozpoznawanych przez inne białko (Hfq). Odkryła, że te cząsteczki RNA mają nabytą w ewolucji cechę - sekwencję, która zapobiega związaniu się z nimi tego drugiego białka.
- Wykazaliśmy, że dla regulowania procesów w bakteriach bardzo ważna jest konkurencja między różnymi białkami o to, które RNA będą miały do nich dostęp. Cząsteczki, które wygrają, będą mogły regulować zależne od nich geny, cząsteczki odsunięte będą musiały czekać na swoją kolej.
To ciekawe odkrycie nie jest tylko zasługą Ewy Stein. Brali w nim udział również inni doktoranci z Pracowni: Joanna Kwiatkowska i Maciej Basczok. Natomiast Pracownia prof. Katherine E. Berry z Mount Holyoke College w Stanach Zjednoczonych przeprowadziła badania na bakteriach, które potwierdziły to, co poznańscy badacze zaobserwowali w probówce. Zdaniem prof. Olejniczaka zespołowość ma szczególne znaczenie w naukach eksperymentalnych. - Oprócz kwestii organizacyjnych ważna jest różnorodność opinii. Czasem osoby, które wiedzą mniej, są bardziej twórcze, ponieważ nie myślą schematycznie – uważa prof. Mikołaj Olejniczak.
Dla rozwoju naukowego prof. Olejniczaka znaczenie miał staż podoktorski u prof. Olke Uhlebecka, nazywanego ojcem RNA, w Northwestern University w Evanston (Stany Zjednoczone). Choć badacz skończył biotechnologię na UAM, to napisał rozprawę doktorską w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN pod kierunkiem prof. Ryszarda Adamiaka. Podstawy molekularne, które wtedy zdobył, bardzo przydały mu się w pracy na amerykańskiej uczelni, gdzie zajmował się zależnościami między strukturą a funkcją cząsteczek transferowych RNA oddziałujących z rybosomem bakteryjnym.
- Kiedy zaczynałem staż u Olke nie zdawałem sobie jeszcze sprawy, jak duży jest jego wpływ na różne dziedziny badań RNA - przyznaje prof. Mikołaj Olejniczak. – Potem, już prowadząc własny zespół, dostrzegłem, że jego publikacje są u zarania prawie każdej gałęzi tych badań. To, co bardzo mi się podobało i co staram się stosować w swoim laboratorium, to atmosfera, w której najważniejsza jest uczciwość intelektualna. Najpierw spokojnie analizujemy poszczególne elementy systemu, próbujemy je zrozumieć, a następnie wysuwamy hipotezy. Nie pracujemy też wszyscy nad jednym projektem - każdy ma swój własny projekt, za który odpowiada od początku do końca. Chociaż oczywiście te projekty się zazębiają, co umożliwia zarówno stymulujące dyskusje, jak i współpracę nad projektami, w których łączą się zainteresowania różnych osób z pracowni. Wydaje mi się, że z punktu widzenia rozwoju młodych ludzi taki system jest lepszy, ponieważ uczy niezależności i odpowiedzialności. Jeśli projekt się uda, będą owoce, jeśli nie - trzeba ponieść konsekwencje.
Zespół prof. Olejniczaka, zanim odkrył jak białko ProQ rozpoznaje cząsteczki RNA, zajmował się białkiem Hfq. Biolodzy zaczęli od podstaw, czyli obserwowania, jak to białko oddziałuje z jedną, a potem kilkoma cząsteczkami RNA. Metody badawcze, jakich się wtedy nauczyli i hipotezy, które wypracowali, zaowocowały sukcesem w badaniach nad białkiem ProQ. Pracownia kontynuuje te badania, jednocześnie rozpoczynając prace, dotyczące innej grupy białek, tzw. białek z domeną KH (ang. K homology domain), występujących w bakteriach Gram-dodatnich, do których należy m.in. dwoinka zapalenia płuc (Streptococus pneumoniae). Naukowcy chcą dowiedzieć się więcej o roli, jaką białka pełnią w tych bakteriach.
- W Instytucie Biologii Molekularnej i Biotechnologii wiele osób prowadzi badania związane z RNA. Na przykład prof. Kinga Kamieniarz-Gdula zajmuje się terminacją transkrypcji czyli obserwuje, co się dzieje na końcach mRNA, jakie procesy wpływają na ich utworzenie. Prof. Krzysztof Sobczak bada RNA zaangażowane w choroby człowieka, w których występują trójnukleotydowe powtórzenia w sekwencji mRNA. Prof. Artur Jarmołowski i prof. Zofia Szweykowska-Kulińska zajmują się RNA regulującymi ekspresję genów w roślinach. Wydaje się, że to odległe tematy, ale bardzo dużo metod, koncepcji, sposobów myślenia jest podobnych i przez to, jako społeczność wzajemnie się wzmacniamy - przekonuje prof. Mikołaj Olejniczak.
Czytaj też: Dr hab. Kinga Kamieniarz-Gdula. Tam i z powrotem (z ERC)
