Wyobraź sobie, że nowotwór to nie wyrok śmierci. Lekarze dobierają leki tak, że większość pacjentów wraca do zdrowia. Piękna wizja może stać się rzeczywistością. Pracuje nad tym dr Paweł Zawadzki z zespołem w ramach projektu dofinansowanego z programu First Team.
Zadanie, jakiego podjął się zespół dr. Pawła Zawadzkiego, adiunkta w Zakładzie Biofizyki Molekularnej Wydziału Fizyki to wielkie badawcze wyzwanie. Naukowcy testują, jak komórki radzą sobie z uszkodzeniami DNA. Zdobytą w ten sposób wiedzę mogą wykorzystać do poprawy jakości leczenia ludzi chorych na raka.
Zawiły proces naprawy DNA łatwiej rozszyfrować w prostszych organizmach takich, jak bakterie posiadające zaledwie 5 białek, niż w ludzkich komórkach, które mają ich aż 30. Dr Zawadzki bada jeden z typów naprawy DNA polegający na wycięciu nukleotydu (NER - nucleotide excision repair), podstawowego składnika kodu.
- Fizycznie dochodzi do wycięcia - jeden z enzymów działa jak nożyczki, nacina DNA z obu stron uszkodzenia, wyrzuca je, a następne syntetyzuje nowe, które nie jest uszkodzone i po kłopocie - wyjaśnia naukowiec. - Jeżeli u człowieka ten system działa dobrze, nie pojawiają się mutacje genów. Natomiast, jeśli ta naprawa działa kiepsko, na przykład u palacza, system nie zdąży wyciąć uszkodzonego kawałka i powstaje wiele mutacji, które kumulują się w organizmie, a ich konsekwencją jest nowotwór.
Superodporna bakteria w laboratorium
Wiele czynników, z którymi stykamy się na co dzień np. smog, promienie UV niszczy DNA. Im dłużej żyjemy, tym większa szansa, że zachorujemy, bo z wiekiem nasze systemy naprawy działają gorzej. Jaka jest wydajność tej maszynerii i dlaczego nie jest wystarczająca - to jest to, co najbardziej interesuje szefa projektu i członkinie zespołu: doktorantki Alicję Piotrowską, Donatę Janickaite, a także dr Elżbietę Kaję i dr Justynę Kowalczyk.
Czytaj też: Profesor Jaskólski na wojnie z antybiotykoopornością
- Wydaje się, że czynnik ograniczający system naprawczy znaleźliśmy u bakterii. Odkryliśmy jedno białko, którego poziom w komórce jest bardzo niski, gdyby było go więcej naprawa byłaby bardziej wydajna. Teraz chcemy zobaczyć, czy w komórkach ludzkich jest podobnie, czy jesteśmy w stanie tak manipulować poziomem białek, żeby ścieżka naprawcza była skuteczniejsza. Stworzyliśmy w laboratorium bakterię, która jest 100 razy bardziej odporna na różnego rodzaju chemikalia.
Badacze przez miesiąc hodowali superbakterię dodając po trochu czynnika niszczącego DNA. Teraz sprawdzają, co powoduje, że przeżywa ona znacznie lepiej niż oryginalna bakteria. Sekwencjonują jej genom, żeby dowiedzieć się, gdzie doszło do zmian genetycznych.
Wszystko wskazuje na to, że wyniki obserwacji procesów zachodzących w bakteriach przysłużą się ludziom. Sekwencjonowanie ludzkiego genomu powoli zaczyna być dostępne jako narzędzie diagnostyczne. Dzięki niemu możemy zobaczyć, jakie i gdzie pojawiły się mutacje DNA. Wiedząc, który gen jest uszkodzony, który system naprawy nie działa lekarz może podjąć świadomą decyzję o wyborze metody leczenia. Pojedyncze geny sekwencjonuje się od lat, ale pełen obraz zobaczymy dopiero, gdy odczytamy cały genom. Problem w tym, że niewielu lekarzy zdaje sobie z tego sprawę, a samo badanie, jak na polskie warunki jest drogie. Na szczęście technologia idzie do przodu i z czasem ceny będą spadać.
Rak to nie wyrok?
Dr. Zawadzkiemu zależy, by medycyna była spersonalizowana, leczenie dopasowane do konkretnego pacjenta. Okazuje się, że sekwencjonowanie genomu może być sposobem na zwiększenia wydajności terapii chorób nowotworowych, która dziś osiąga zaledwie 30 procent.
- Nowotwory są bardzo różne, u każdego człowieka mogą powstawać na dziesięć sposobów - jeżeli leczymy je tak samo to terapie działają mało efektywnie. Kiedy zaczniemy dobierać leczenie inaczej dla każdego pacjenta to rak przestanie być wyrokiem - ta perspektywa ekscytuje świat. Na uniwersytecie żyjemy trochę w hermetycznym świecie. Zakładamy, że lekarze będą czytać nasze artykuły, ale tego nie robią. Nasz zespół realizuje projekty ze Szpitalem Onkologicznym w Gdańsku, Wielkopolskim Centrum Onkologicznym na Garbarach, po to, żeby rozmawiać z lekarzami i przekonywać ich do indywidualizowania leczenia. To jeszcze nie działa, na razie prowadzone są próby kliniczne, które potrwają dłuższy czas.
Póki co pacjenci leczeni są standardowo - wielu z nich dostaje popularne leki chemioterapeutyczne np. cisplatynę.
Czasem odpowiedź organizmu jest spektakularna - u jednego chorego znika nowotwór w zaawansowanym stadium, ale u drugiego z małym guzem w ogóle nie ma reakcji. Dlaczego? Okazuje się, że w przypadku komórek nowotworowych, w których system naprawy przez wycięcie nukleotydu jest zaburzony cisplatyna działa doskonale. Ale ostatnie obserwacje wskazują, że jeśli ten rodzaj naprawy dobrze funkcjonuje cisplatyna nie tylko nie działa, ale może niszczyć preferencyjnie zdrowe komórki. Wtedy komórka nowotworowa szybko niweluje uszkodzenia spowodowane przez lek i ma się dobrze.
- Chcemy doprowadzić do takiej sytuacji, że pacjent dostaje od lekarza konkretne informacje: - u pana jest uszkodzona ta ścieżka naprawy, oto lista leków, których nie powinien pan używać, a tu jest lista medykamentów, które z dużym prawdopodobieństwem będą na pana działać.
Grant otwiera drzwi
Nie byłoby tych wszystkich fascynujących odkryć, gdyby nie dwumilionowy grant pozyskany z programu First Team realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój. Dzięki niemu zespół dr. Zawadzkiego wykorzystuje nowoczesne metody mikroskopii super-rozdzielczej, która daje niesamowite możliwości np. obserwowania w żywej komórce pojedynczych enzymów naprawiających uszkodzone DNA. Trzyletni projekt potrwa do 2020 roku, jednak można przedłużyć go o kolejne 2 lata.
- Fundacja wychodzi z założenia, że dobrze jest sprawdzić, jak zespół sobie radzi, czy ktoś taki jak ja, kto otwiera swoja pierwszą grupę badawczą sprawdzi się. Raportujemy wyniki naszych badań i za pół roku będziemy oceniani, czy to, co robimy działa, czy warto w nas inwestować. Chcemy rozbudowywać zespół - mamy fajnych ludzi i potencjał, który grzechem byłoby nie wykorzystać. Pracy jest więcej niż da się zrobić. Nie narzekamy.
Trochę szalony naukowiec
Dr Zawadzki przez całe zawodowe życie zajmuje się różnymi aspektami metabolizmu DNA. Po obronie interdyscyplinarnej pracy doktorskiej w Katedrze Biologii UAM i habilitacji pracował w Oxford University w Wielkiej Brytanii w trzech różnych laboratoriach: w Katedrze Biochemii, Katedrze Onkologii i na Wydziale Fizyki. Pod koniec pobytu w Oxfordzie wpadł na pomysł badawczy, który wyewoluował w projekt realizowany na UAM. Poza uniwersytetem rozwija inicjatywę MNM Diagnostics, która umożliwia ludziom wykorzystywanie sekwencjonowania genomu jako narzędzia w walce z chorobami.
Za kilka lat ambitna grupa naukowców chce uruchomić projekt, który będzie miał na celu ulepszanie systemów naprawy DNA u ludzi w każdym wieku. Chodzi o to, by w organizmach nie gromadziły się mutacje, z których z biegiem czasu rozwijają się nowotwory.
- Jeszcze nie wiemy, jak zmobilizować organizm. Najpierw trzeba wiedzieć, dlaczego u 70. latka naprawa nie działa - w tym pomogą nam bakterie. Dzięki nim zlokalizujemy najsłabszy element tego łańcucha, potem będziemy się zastanawiać, jak go wzmocnić. Marzę, że pewnego dnia DNA u ludzi nie będzie mutować. To trochę szaleństwo, ale jak przystało na przyzwoitego naukowca muszę być trochę szalony.