Biolożka prof. Magdalena Arasimowicz-Jelonek specjalizuje się w badaniach z zakresu patofizjologii roślin. W obszarze jej szczególnych zainteresowań znajduje się tlenek azotu i jego rola w organizmach roślinnych. W szczególności pani profesor bada reaktywne formy azotu, które m.in. regulują programowaną śmierć komórki, a także odpowiadają za sygnalizowanie i nabywanie odporności na stresy związane z niekorzystnym działaniem takich czynników jak patogeny czy szkodniki.

Na początku tego roku w prestiżowym czasopiśmie „Nature Plants” ukazała się publikacja, w której prof. Arasimowicz-Jelonek doświadczalnie potwierdziła endogenną produkcję nitroksylu (HNO) w żywych komórkach roślinnych i wskazała na jego nową regulacyjną rolę w szlaku sygnalizacji etylenu.

Pani profesor swoje badania rozpoczęła na Uniwersytecie Przyrodniczym, który, jak podkreśla z dumą, jest jej Alma Mater i miejscem, z którym wiążą ją ciepłe wspomnienia. To tam zbierała swoje pierwsze doświadczenia jako młoda naukowczyni. Obecnie swoje badania kontynuuje na Wydziale Biologii UAM w Zakładzie Ekofizjologii Roślin.

– Moja działalność naukowa od początku rozwija się wokół funkcjonalności tlenku azotu w organizmach roślin. Te badania cały czas kontynuuję i muszę powiedzieć, że im więcej różnych zagadek uda mi się rozwikłać, tym wyraźniej widzę, jak wiele zagadnień pozostaje do wyjaśnienia.

Tlenek azotu – cząsteczka do zadań specjalnych

Procesy, które bada prof. Arasimowicz-Jelonek zachodzą na poziomie pojedynczych komórek roślinnych. Jednak jako fizjolog stara się przypatrywać ich funkcjonalności również na poziomie całego organizmu. Tlenek azotu to mała cząsteczka do zadań specjalnych. Z jednej strony koordynuje podstawowe procesy rozwojowe rośliny, z drugiej alarmuje, gdy dzieje się z nią coś niewłaściwego. Tlenek azotu inicjuje szereg mechanizmów obronnych komórki, gdy ta jest eksponowana na różnego rodzaju niekorzystne czynniki, takie jak susza, toksyczne metale czy patogeny. Co więcej cząsteczka ta zawiadamia nie tylko jedną czy sąsiednie komórki, ale w swojej formie transportowej, jako koniugat może przenieść informację o zaistniałym zagrożeniu do całego organizmu. 

Poszukiwany krewniak

Badania opublikowane w „Nature Plants” dotyczą nitroksylu, który uchodzić może za bliskiego „krewniaka” tlenku azotu. Środowisko komórkowe sprawia, że może on występować pod różnymi postaciami: w formie rodnikowej, kationowej i właśnie nitroksylu.

O istnieniu nitroksylu wiadomo było od bardzo dawna. Już ponad 100 lat temu włoski chemik Angelo Angeli zsyntetyzował związek, który podczas dekompozycji uwalniał nitroksyl. Z kolei na przełomie lat 70. i 80. pojawiły się pierwsze publikacje, w których opisywano właściwości produktu dekompozycji soli Angeli’ego, pierwszego donora nitroksylu. Problem polegał jednak na tym, że nikomu jak dotąd nie udało się zaobserwować, czy jest to cząsteczka endogenna, choć w teoretycznych rozważaniach taka możliwość podawana była za bardzo prawdopodobną. Trudność tkwiła we właściwościach nitroksylu, który jest cząsteczką bardzo niestabilną i trudną w detekcji.

Tymczasem w kolejnych publikacjach dostarczano coraz więcej dowodów na to, że nitroksyl może mieć unikatowe właściwości biologiczne. Warto wspomnieć, że obecnie jest on wykorzystywany w leczeniu choroby alkoholowej, a także przypisuje mu się działanie przeciwnowotworowe.

Roślinne śledztwo

Prof. Arasimowicz-Jelonek jest specjalistką w zakresie metabolizmu tlenku azotu, jak mówi jest to zagadnienie, którym naukowo żyje od wielu lat, a bakcylem zaraziła się od swojej promotorki i mentorki, prof. Jolanty Floryszak-Wieczorek z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. W swojej pracy skupiła się na procesach zachodzących w komórkach roślinnych eksponowanych na różne stresy środowiskowe. Wiadomo było, że tlenek azotu wywołuje szereg różnorodnych, często przeciwstawnych sobie reakcji. Pani profesor przewidywała, że odpowiedzialny za to jest właśnie nitroksyl.

Aby tego dowieść musiała sięgnąć po bardzo precyzyjne metody pomiarowe. W tym celu nawiązała współpracę z zespołem chemików z Uniwersytetu w Buenos Aires, kierowanym przez prof. Fabio Doctorovicha, którzy od lat rozwijają metody detekcji nitroksylu pracując na różnych układach, również biologicznych. Problem polegał jednak na tym, że argentyńscy naukowcy wcześniej nie pracowali na modelach roślinnych, a w swoim dorobku mieli głównie prace związane z komórkami zwierzęcymi i ludzkimi. Do swojego zespołu prof. Arasimowicz-Jelonek zaprosiła także prof. Bruca Kinga z Wake Forest University (USA), chemika, poszukującego m.in. związków pozwalających na wizualizację reaktywnych form azotu w materiale biologicznym oraz elektrochemika, prof. Grzegorza Milczarka z Politechniki Poznańskiej.

– Udało mi się stworzyć zespół specjalistów, którzy dążą do tego samego. To zdobyte wcześniej doświadczenie i wiara w sukces projektu sprawiły, że w końcu udało nam się w roślinie modelowej, rzodkiewniku pospolitym, wykryć cząsteczkę nitroksylu i po raz pierwszy udowodnić jej endogenne generowanie w żywej komórce – podsumowuje badania prof. Arasimowicz-Jelonek.

Na dalszych etapach prac, dzięki współpracy z prof. Ewą Anną Sobieszczuk-Nowicką i prof. Markiem Żywickim z Wydziału Biologii UAM, naukowcom udało się również udokumentować pierwsze funkcjonalne aspekty nitroksylu w roślinie. Efektem ich pracy jest publikacja w „Nature Plants”.

Dziś jak mówi prof. Arasimowicz-Jelonek zespół idzie dalej w tym kierunku. Dla fizjologów roślin, a także dla biochemików, ta publikacja otwiera drogę do przeanalizowania na nowo wszystkich efektów, które dotąd przypisywane były wyłącznie tlenkowi azotu w formie rodnikowej. Przykładowo, interakcja tlenku azotu z metabolizmem etylenu, odgrywającym ważną rolę między innymi podczas starzenia, czy w stresie niedotlenienia. Badania grupy prof. Arasimowicz-Jelonek wskazują, że w dużej mierze za pewne efekty może odpowiadać nitroksyl.

O donorach i patogenach

– Trudno na etapie pionierskich badań mówić o ich praktycznym przełożeniu – mówi prof. Arasimowicz-Jelonek. Jednak takich możliwych zastosowań, jak zauważa – może być kilka. Zespół nieśmiało zastanawia się nad nowej generacji donorami różnych form redoks tlenku azotu, których użycie mogłoby wiązać się z indukowaniem odporności roślin na choroby. Takie badania były wprawdzie już prowadzone, ale ich wyniki uzyskiwane w warunkach polowych, były niezadowalające, m.in. ze względu wielopostaciowość tlenku azotu. Stąd też zainteresowanie działaniem nitroksylu również na tym polu. Być może czynnikiem, który skoordynuje, lub usprawni nabywanie odporności będzie właśnie on?

Razem z dr Sebastianem Suarezem z Uniwersytetu w Buenos Aires prof. Arasimowicz-Jelonek bierze udział w projekcie finansowanym z funduszy Komisji Unii Europejskiej. Konkretnie chodzi o badania nad zarazą ziemniaka, wywoływaną przez patogen Phytophthora infestans. Kto wie, może nowa wiedza dotycząca metabolizmu tlenku azotu pozwoli określić, jakie reakcje obronne, zapewniające ochronę przed atakiem tego groźnego patogenu są uruchamiane w odpowiedzi na formę rodnikową tlenku azotu, a jakie na nitroksyl?

– Sądzimy, że pojawiła się przestrzeń do tego, aby rozpoznać potencjalne szlaki sygnałowe nitroksylu. Niewykluczone, że nitroksyl może funkcjonować w komórce roślinnej jako alternatywny bądź konkurencyjny względem tlenku azotu sygnał. To z kolei stawiałoby tę cząsteczkę na równi z formą rodnikową tlenku azotu czy z innymi gazotransmiterami, jak chociażby siarkowodorem czy tlenkiem węgla. Myślę, że nasze odkrycie wyznacza nowe, ciekawe pole badawcze w biologii roślin, którym podążą też inni badacze – podsumowuje prof. Arasimowicz-Jelonek.

zob. też. Prof. Zawierucha. Ziemia to system naczyń powiązanych