Biotechnologia pl: Z tego co udało Nam się dowiedzieć o działalności naukowej pańskiego zespołu badawczego, to w pana laboratorium dominują nauki podstawowe?

 Profesor Janusz Bujnicki: Zajmujemy się przede wszystkim badaniami podstawowymi, a konkretnie badaniem zależności między różnymi właściwościami cząsteczek biologicznych, zwłaszcza białek i RNA oraz odkrywaniem dotąd nie ustalonych właściwości tych cząsteczek. Takie badania podejmuje się zwykle bez celu praktycznego, po to żeby np. odkryć nowe prawa naukowe. Badania podstawowe są źródłem głębokich innowacji – to z nich rodzą się pomysły na całkowicie nowe rozwiązania, z których mogą być wyprowadzone badania stosowane i wdrożenia. Bez badań podstawowych nie da się prowadzić badań stosowanych i wdrożeniowych na najwyższym poziomie. I chociaż badania stosowane nie są najważniejszym elementem naszej działalności, muszę podkreślić, że bynajmniej nie uciekamy od ciekawych okazji, kiedy pojawiają się pomysły na zastosowanie wyników naszych badań podstawowych w praktyce.

Czym różnią się pańskie badania od innych naukowców z dziedziny biologii molekularnej ?

W odróżnieniu od wielu moich branżowych kolegów, którzy często skupiają się na odkrywaniu mechanizmów funkcjonowania komórek, ja interesuję się przede wszystkim inżynierią cząsteczek, czyli w jaki sposób można rozłożyć daną cząsteczkę na czynniki pierwsze i złożyć ją z powrotem, albo złożyć z elementów składowych coś nowego. Moje zainteresowania w tej chwili skupiają się głównie na RNA i tym w jaki sposób RNA wchodzi w oddziaływania z białkami i innymi cząsteczkami.

W biuletynie informacyjnym, wydawanym corocznie, który prezentuje działania naukowo – badawcze Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej znalazłam informację, że w swojej pracach zajmuje się pan profesor m.in. enzymami typowymi dla ludzkich patogenów, które występują i w bakteriach i w wirusach.

Zgadza się, w jednym z naszych projektów poszukujemy cząsteczek, które mogą zablokować aktywność enzymów niezbędnych do funkcjonowania patogenów. W szczególności poszukujemy małych cząsteczek, blokujących jeden z kluczowych enzymów wirusa grypy, tak aby wirus grypy nie mógł się rozwijać w komórkach ludzkich. Drugim projektem, który używa podobnych technik badawczych, jest poszukiwanie nowych, małych cząsteczek, które zablokowałyby bakteryjne mechanizmy obrony przed antybiotykami.

W tej chwili problem oporności na antybiotyki staje się coraz poważniejszy, czy państwo w swoich badaniach poszukują nowych antybiotyków?

Geny oporności na antybiotyki już istnieją w przyrodzie od czasów prehistorycznych,
a bakterie mogą je zdobyć m.in. od innych bakterii. W związku z tym niekontrolowane nadużywanie antybiotyków, np. przez lekarzy i pacjentów leczących się na własną rękę czy też dodawanie ich do pasz dla zwierząt powoduje, że za każdym razem kiedy pojawi się przypadkowo bakteria oporna na antybiotyk, jest ona w stanie przeżyć kontakt z lekiem i dalej się namnażać. W tym samym czasie, kiedy wrażliwe bakterie giną, ilość lekoopornych bakterii w populacji drastycznie się zwiększa. Dochodzi więc do takiej sytuacji, że coraz więcej antybiotyków, które wcześniej były doskonałą bronią, w tej chwili staje się bezużytecznych. Jedną z możliwości jest synteza nowych antybiotyków. Niestety proces ten jest bardzo kosztowny i bardzo trudny. W tej chwili nie ma takich antybiotyków, na które nie byłoby oporności. Ostatnią linią obrony były karbapenemy, przeciwko którym oporność też już się ostatnio pojawiła. Odpowiadając na zadane przez panią pytanie muszę powiedzieć, że naszą alternatywą nie jest tworzenie nowej rakiety, która będzie omijała systemy obrony nieprzyjaciela, tylko skonstruowanie takiej broni, która zniszczy jego systemy obrony, po to aby nasz wcześniej stworzony i gotowy do działania arsenał antybiotyków mógł być z powrotem skutecznie użyty przeciwko bakteriom.

Ze względu na ogólny profil badań pańskiej pracowni, o którym wspominał pan na początku, czy mogę podejrzewać, że badają państwo w ujęciu antybiotykooporności enzymy bakteryjne, dla których substratem jest RNA?

Tak jest. W naszych badaniach staramy się znaleźć takie związki, które blokują działanie bakteryjnych enzymów, metylotransferaz RNA. Ich działanie polega na wprowadzaniu niewielkiej modyfikacji do bakteryjnych rybosomów, która przeszkadza w wiązaniu się antybiotyków, a tym samym uniewrażliwia bakterie na działanie leków. Badania, które prowadzimy są połączeniem modelowania komputerowego i testów doświadczalnych. Punktem wyjścia tych badań była analiza struktury przestrzennej metylotransferaz. W naszych badaniach bardzo ważne jest otrzymanie na samym początku możliwie jak najbardziej dokładnej informacji o strukturze badanych makrocząsteczek. W najlepszym przypadku, informacje takie otrzymujemy metodami krystalografii rentgenowskiej, a jeżeli nie mamy takich danych, to stosujemy komputerowe modelowanie struktury.

Czy w projekcie związanym z antybiotykoopornością współpracują Państwo z innymi ośrodkami naukowymi?

Analizując oporność bakterii na antybiotyki wykorzystaliśmy struktury, które były wcześniej opisane przez inne laboratoria na świecie, m.in. rozwiązane metodami krystalograficznymi przez naszym współpracowników z Singapuru. Dodatkowo grupa z Chorwacji zajmowała się analizami aktywności enzymatycznej badanych przez nas metylotransferaz. Z kolei my zebraliśmy razem dostępne dane i opracowaliśmy model oddziaływania pomiędzy enzymem a bakteryjnym rybosomem. Przede wszystkim ustaliliśmy, który fragment enzymu jest jego centrum aktywnym oraz gdzie trzeba go blokować, aby enzym potencjalnie przestał działać.

A gdzie w tym wszystkim miejsce na potencjalne inhibitory bakteryjnych metylotransferaz RNA?

Projekt jest prowadzony w ten sposób, że używając komputerowych metod modelowania, staramy się przebadać bardzo dużą bazę już istniejących związków chemicznych, aby sprawdzić, które z nich można dopasować do miejsca aktywnego białka. Następnie z listy potencjalnie najlepiej dopasowanych cząsteczek wybieramy kandydatów do badań doświadczalnych. W ramach badań in vitro sprawdzamy, czy wybrane przez nas związki wiążą się do badanego białka i blokują jego działanie. Poza tym badamy te związki pozaustrojowo w hodowlach komórek bakteryjnych: sam związek nie powinien być toksyczny, natomiast jeżeli poda się go wspólnie z antybiotykiem, na które normalnie bakterie są oporne, to bakterie powinny zginąć. Kolejnym krokiem będzie zbadanie, czy można zabić bakterię w gospodarzu, czyli np. w organizmie myszy, która najczęściej jest używana jako organizm modelowy – oczywiście chcielibyśmy znaleźć takie związki, które będą nieszkodliwe dla organizmu gospodarza.

Można zatem przypuszczać, że kolejnym etapem państwa badań, będą badania na zwierzętach?

Zanim przejdziemy do kosztownych badań in vivo musimy się upewnić, że po pierwsze zidentyfikowane przez nas związki w ogóle wiążą się do enzymu i wpływają na jego aktywność tak, jak chcemy. Ponadto ważne są testy, sprawdzające, czy testowana przez nas substancja nie jest toksyczna dla linii komórek ludzkich. Kiedy zidentyfikujemy związek, co do którego jesteśmy w stanie udowodnić, że on sam w sobie nie jest szkodliwy, wtedy jest to dobry punkt wyjścia do przeprowadzenia dalszych doświadczeń in vivo. Godnym zauważenia jest fakt, że kolejną gałęzią projektu będzie już nie tylko wykorzystanie związków istniejących, które można po prostu kupić, ale tworzenie ich pochodnych poprzez np. chemię kombinatoryczną. Dochodzimy zatem do takich cząsteczek chemicznych, które mogą mocniej wiązać się z centrum aktywnym enzymu, mieć lepszą przenikalność do komórek bakteryjnych, a w organizmie gospodarza być oczywiście mniej toksycznymi. I w tego rodzaju analizach, czyli w projektowaniu nowych związków, oczywiście bardzo może pomóc znajomość struktury białka, już nie tylko samego enzymu, ale razem ze związanym inhibitorem.

Jaki jest stopień zaawansowania pańskich badań w projekcie dotyczącym antybiotykooporności ?

Mamy już kilka cząsteczek, które działają na razie w probówce, czy na hodowlach bakteryjnych i dla nich podejmujemy próby skrystalizowania kompleksu białka z małą cząsteczką, tak żeby móc projektować nowe pochodne i poszukiwać wariantów, które będą miały potencjalnie lepsze właściwości. Badania, które prowadzimy, są współfinansowane z grantu Europejskiej Rady do Spraw Badań Naukowych (ERC), a stypendium Ilony Domagała, czyli doktorantki, która jest główną wykonawczynią tego projektu, jest finansowane z Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki, współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego. Jeżeli chodzi o część teoretyczną i doświadczalną, to w najbliższym czasie planujemy zbadanie oddziaływania pomiędzy RNA, białkami i ligandami.

Czy jest nadzieja na to, że pańskie badania w przyszłości mogą zostać skomercjalizowane?

Tak jak wcześniej wyjaśniłem, poprawnie przeprowadzenie badań podstawowych, może stanowić świetny fundament ku procesowi wdrożenia. Dowodem na to jest fakt, że do tej pory mojemu zespołowi udało się złożyć kilka wniosków patentowych (z których dwa są obecnie w fazie międzynarodowej. W jednym opisaliśmy, w jaki sposób połączyliśmy domenę nukleazy RNAzy H, przecinającej niespecyficznie RNA w hybrydzie z DNA, z domeną palca cynkowego, która specyficznie rozpoznaje sekwencje w hybrydzie DNA/RNA. Warto zaznaczyć, że tak zmieniliśmy domenę enzymatyczną i w taki sposób podłączyliśmy ją do domeny rozpoznających sekwencję, że udało nam się skonstruować enzym o niewystępującej w naturze właściwości, polegającej na specyficznym cięciu nici RNA w hybrydzie DNA/RNA w konkretnej odległości od rozpoznawanego miejsca. Jest to jeden z naszych sukcesów, który pokazuje jak badania podstawowe prowadzą do innowacji otwierających drogę do badań stosowanych. Obecnie prowadzimy negocjacje z potencjalnymi partnerami – firmami biotechnologicznymi i potencjalnymi inwestorami, w celu komercjalizacji wyników projektu. Starania te są finansowane m.in. przez grant „Dowód Koncepcji” przyznany mojemu zespołowi przez ERC.

Dziękuję za rozmowę i życzę dalszych sukcesów.

Rozmawiała dr Marzena Szwed, redaktor naukowy portalu biotechnologia.pl

Profesor Janusz Bujnicki jest jednym z kandydatów w plebiscycie „Polacy z werwą, zapraszamy do głosowania http://www.polacyzwerwa.pl/