To odkrycie jest owocem współpracy i wzajemnego zaufania. Gdybyśmy ze sobą rywalizowali, zapewne nie osiągnęlibyśmy sukcesu – mówi prof. Zofia Szweykowska-Kulińska, która od lat – wspólnie z prof. Arturem Jarmołowskim – kieruje grupą badawczą w Instytucie Biologii Molekularnej i Biotechnologii UAM.
We wrześniu ubiegłego roku w czasopiśmie amerykańskiej Narodowej Akademii Nauk „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America” (w skrócie PNAS) ukazała się praca, która tłumaczy, jak drobna modyfikacja jednego nukleotydu może wpływać na biogenezę małych cząsteczek RNA odgrywających kluczową rolę w regulacji ekspresji genów nie tylko u roślin, ale również u zwierząt i człowieka. Publikacja stanowi podsumowanie ponad pięcioletniego okresu wytężonej pracy kilku grup badawczych. Przewodziła im para naukowców z Wydziału Biologii UAM: prof. Zofia Szweykowska- Kulińska i prof. Artur Jarmołowski.
Jak z każdym odkryciem naukowym, tak i z tym wiąże się pewna historia. Składa się na nią jedno spotkanie, w którym udział wzięło pięcioro naukowców pracujących w różnych częściach świata. Ich badania, jak kawałki puzzli, złożyły się na obraz zjawiska, które dotychczas nie zostało naukowo opisane. Dwa lata temu na zjeździe Polskiego Towarzystwa Biologii Eksperymentalnej Roślin w Toruniu para poznańskich naukowców wysłuchała wykładu prof. Briana D. Gregory’ego z Uniwersytetu w Pensylwanii. Prezentował on wyniki badań nad tym samym enzymem, nad którym pracowano w poznańskim laboratorium kierowanym przez prof. Zofię Szweykowską-Kulińską i prof. Artura Jarmołowskiego. Prezentacja amerykańskiego naukowca na tyle zainteresowała parę poznańskich uczonych, że postanowili przedyskutować z nim swoje wyniki. To właśnie spotkanie w kuluarach – przy butelce dobrego wina – sprawiło, że udało się wyjść z impasu, w którym dotychczas tkwiły badania. Na sukces publikacji wydanej w amerykańskim czasopiśmie PNAS złożyła się też współpraca z dr hab. Dariuszem Smolińskim z UMK, który dzięki wyrafinowanym technikom mikroskopowym zobrazował reakcje zachodzące w komórce, a także współpraca i mutanty roślin skonstruowane przez prof. Ruperta G. Fraya z Uniwersytetu w Nottingham.
- Lubię powtarzać – mówi prof. Szweykowska-Kulińska, że natura uczy nas pokory. Już wydaje się, że rozumiemy molekularne procesy, które badamy, a tu nagle natura pokazuje nam figę z makiem, okazuje się, że wszystko to jest bardziej złożone i przebiega inaczej, niż sobie to wyobrażaliśmy.
- Nasza praca pokazuje, jak ważne jest współdziałanie różnych grup badawczych, a także bezpośrednie kontakty między naukowcami – dodaje prof. Artur Jarmołowski. W badaniach na bieżąco wymieniamy się informacjami, dyskutujemy o uzyskanych wynikach, nawet tych najdziwniejszych. Taka współpraca musi być intensywna – zwłaszcza jeśli na horyzoncie pojawia się jakieś ciekawe odkrycie. Znamy się, mamy do siebie zaufanie, i bardzo się przy tym lubimy. Wiemy, że możemy sobie zaufać, że nikt nikomu niczego nie ukradnie. To jest wbrew pozorom ważny element, takie zaufanie w nauce.
Sami są przykładem takiej współpracy. Od lat stanowią zgrany duet. To, jak twierdzą, doskonałe rozwiązanie. Zdarza się, że o wynikach dyskutują 24 h na dobę. W środku nocy potrafią analizować problem, który akurat nie pozwala zasnąć. Jak mówią – dobrze jest mieć kogoś, z kim w sytuacjach kryzysowych można opłakać porażkę, a jeśli przyjdzie sukces wychylić razem lampkę szampana.
MikroRNA to krótkie cząsteczki kwasu rybonukleinowego (RNA) regulujące działania genów prawie wszystkich organizmów eukariotycznych, czyli takich, których komórki posiadają jądro komórkowe. U roślin mikroRNA kontrolują m.in. rozwój korzeni i liści, czas kwitnienia, a także biorą udział w odpowiedzi na zmiany w otaczającym je środowisku. Z uwagi na ważną rolę jaką odgrywają w kontrolowaniu ekspresji innych genów, same mikroRNA są również obiektem działań wielu mechanizmów precyzyjnie regulujących poziom ich ekspresji.
To właśnie mechanizmy regulacji biogenezy mikroRNA są przedmiotem zainteresowań naukowców z UAM. W pracy, która została opublikowana w PNAS, przedstawiony został nowy sposób kontrolowania poziomu tych ważnych cząsteczek regulatorowych. Polega on na modyfikacji jednego z elementów tworzących prekursor mikroRNA, a dokładnie nukleotydu A. To on właśnie po metylacji, czyli przyłączeniu dodatkowej grupy metylowej, zmienia strukturę przestrzenną cząsteczki prekursora, stymulując produkcję mikroRNA .
- W naszej pracy pokazujemy, że wydajność biogenezy mikroRNA zależy od dyskretnej zmiany w jednym z nukleotydów prekursora mikroRNA poprzez dołączenie grupy metylowej do wybranych nukleotydów A. Jeśli dochodzi do takiej modyfikacji, to będzie ona stymulowała powstawanie cząsteczki dojrzałego mikroRNA, a jeśli jej nie ma, to proces ten zostanie spowolniony. W pracy zaproponowaliśmy mechanizm wyjaśniający, w jaki sposób metylacja nukleotydu A wpływa na tempo przekształcania prekursora w funkcjonalną cząsteczkę mikroRNA.
Odkrycie to, mimo że ma charakter poznawczy, potencjalnie stanowi podstawy do dalszych badań o charakterze aplikacyjnym.
- Możemy sobie wyobrazić, że roślina odpowiada na niedobór wody podniesionym poziomem któregoś z mikroRNA. Możemy, stosując techniki inżynierii genetycznej, obniżyć poziom tego mikroRNA i sprawić, że tak zmodyfikowana roślina będzie lepiej znosić niedobór wody – tłumaczy prof. Szweykowska-Kulińska.
Obecnie para naukowców wraz ze współpracownikami przygotowuje kolejną publikację związaną z krzewieniem się jęczmienia. Okazuje się, że istotne znaczenie dla rozwoju tej rośliny mają upały zdarzające w naszym kraju pod koniec kwietnia. Jeśli temperatura przekroczy 30° C, roślina przestaje się krzewić, co bezpośrednio wpływa na obniżenie plonu.
- W przygotowywanej pracy chcemy pokazać, że odpowiedzialny za zahamowanie krzewienia jest podniesiony poziom jednego z mikroRNA. Mamy pomysł, jak uzyskać rośliny, w których poziom ekspresji tego zidentyfikowanego przez nas mikroRNA nie ulegałby podwyższeniu pod wpływem wysokiej temperatury, a tym samym, aby te zmodyfikowane rośliny jęczmienia lepiej znosiły upały. Oczywiście nie wszystkie geny kodujące białka są kontrolowane przez mikroRNA. W takich przypadkach możemy jednak wprowadzić do wybranych roślin użytkowych geny sztucznych mikroRNA, które będą kontrolować dowolne geny kodujące białka i tym samym korzystnie wpływać na odpowiedź rośliny na ataki wirusów, wysoką czy niską temperaturę lub niedobór wody.
W ciągu kilkudziesięciu lat wspólnej pracy, której owocem jest Laboratorium Ekspresji Genów w Instytucie Biologii Molekularnej i Biotechnologii UAM wypracowali własny system wartości i priorytetów. Jak podkreśla prof. Jarmołowski, obca jest im walka o punkty, nigdy nie poddali się tak zwanej „punktozie”. Nie interesują ich rankingi, nie dostosowują się do sztucznie narzucanych reguł. Nikt nie musi im mówić, co jest dobre, a co nie. Doskonale wiedzą, na czym polega dobra nauka. Wychodzą z założenia, że najlepsze publikacje obronią się same, niezależnie od przyznanych za nie punktów, jeśli są dobre to prędzej czy później zostaną docenione.
- U nas na uczelni toczy się obecnie dyskusja na temat produktywności – mówi prof. Jarmołowski. Wymaga się od nas naukowców, byśmy byli wydajni, produkowali dużą liczbę prac, publikowali je w wysoko punktowanych czasopismach. Wiele osób gubi się, publikuje dużo drobnych prac, zamiast skupić się na poważnych działaniach naukowych. Na naszą publikację pracowaliśmy 5 lat i w końcu - udało się. Tu należy podkreślić, że 5 lat to wcale nie jest dużo jak na rozwiązanie poważnego problemu naukowego. Chcę powiedzieć, że czasem badania wymagają czasu. I to nie jest tak, że jest to specyfika polskiej nauki. Absolutnie nie! To jest uwaga natury ogólnej: aby opublikować pracę dużego formatu potrzeba czasu, zaangażowania i mnóstwo ciężkiej pracy. Do tego trzeba jeszcze dodać odrobinę szczęścia! Przygotowanie takiej publikacji trwa, ale warto poczekać, a nie rozmieniać się na drobne.
Jako przykład podają swoje badania nad cząsteczkami RNA, które prowadzą od lat 80. ubiegłego wieku. Dzisiaj zajmują się biogenezą i funkcją cząsteczek mikroRNA u roślin, między innymi modyfikacjami nukleotydów. Ale jako doktoranci zaczynali od badań nad modyfikacjami innej cząsteczki RNA - tRNA. Po wielu latach pracy nad różnymi tematami związanymi z RNA, zbliżyli się ponownie do tematu, od którego zaczęła się ich naukowa droga, czyli do roli modyfikowanych nukleotydów w RNA. To pokazuje, że w nauce żadne wcześniejsze doświadczenie nie idzie na marne. Zawsze przyjdzie czas, kiedy będzie można wykorzystać zdobytą wiedzę i doświadczenia. Taka konsekwencja w badaniach - jak mówią - zachęca do głębokiej analizy. Pozwala systematycznie drążyć dany temat, dobrze poznać badany problem, poczuć się pewnie w temacie. To oczywiście nie gwarantuje sukcesu, ale daje szanse, że w końcu odkryje się coś ważnego.
- Do stosunkowo niedawna uważano, że o krótkich cząsteczkach RNA wiadomo już wszystko, że z naukowego punktu widzenia nie są one intersujące. Nikt nie chciał się nimi zajmować – mówiono, że są to produkty rozpadu dłuższych cząsteczek. Dopiero pod koniec lat 90. ubiegłego wieku zauważono, że tworzą one zdefiniowane klasy cząsteczek, które pełnią w komórce określone zadania. Tak odkryto mikroRNA i opisano ich funkcje. W 2006 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny otrzymali dwaj amerykańscy badacze Andrew Fire i Craig Mello za odkrycia roli krótkich RNA w regulacji ekspresji genów u eukariontów. I tak to się zaczęło. Dzisiaj to jeden z głównych nurtów badań nad RNA.
Z porad, które chcą udzielić swoim młodszym kolegom, warta przytoczenia jest i ta, która zachęca do wyjazdów na międzynarodowe zjazdy i konferencje. - Należy jeździć i bez przerwy konfrontować się naukowo z innymi, aby zobaczyć swoje miejsce, poznać swoje słabości – mówi prof. Szweykowska - Kulińska. Wyjeżdżam wielka, a wracam malutka, i wiem że muszę coś poprawić i pędzić naprzód. Ile razy otrzymywaliśmy krytyczne uwagi! Jeśli były konstruktywne, pomagały poprawić jakość prowadzonych badań, dopracować wyniki. Prowadziły do sukcesu, jakim jest wielkie odkrycie naukowe.
- Wielu marzy o tym, aby mieć pracę w Nature, Science czy Cell. Marzymy i podejmujemy działania, aby te nasze marzenia zrealizować nie dlatego, że przyniesie nam to jakieś punkty, miejsce w rankingu i nagrody. Dla nas to wyzwanie natury naukowej, mobilizuje nas do dalszej pracy i kolejnych odkryć. Marzenia muszą być związane z zadawaniem ważnych pytań i stawianiem śmiałych hipotez. Inaczej nauka nie ma sensu – mówią zgodnie.
zob. też
