Dr Damian Gruszka z Katedry Genetyki na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego jest autorem najnowszej bazy danych sekwencji EST (Expressed Sequence Tag).

Marta Cipińska: Skąd wziął się pomysł stworzenia takiej bazy danych? Jaki był cel jej powstania?

Dr Damian Gruszka: Pomysł powstania bazy zrodził się po tym, jak zostałem kierownikiem pięcioletniego projektu ‘Mutational analysis of genes involved in DNA repair in barley’, który jest elementem programu koordynowanego przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej (International Atomic Energy Agency) w Wiedniu. W programie tym uczestniczą grupy badawcze z dziewięciu krajów: Argentyny, Bułgarii, Chin, Indii, Korei Południowej, Niemiec, Polski, Portugalii, Szwajcarii i USA. Celem programu jest identyfikacja i analiza funkcjonalna genów zaangażowanych w procesy naprawy uszkodzeń DNA u roślin uprawnych o istotnym znaczeniu gospodarczym. Okazało się jednak, że w momencie zawiązywania tej współpracy nie była dostępna żadna baza danych lub inne ogólnodostępne źródło, z którego można byłoby pozyskiwać informacje na temat dotychczas zidentyfikowanych i scharakteryzowanych genów regulujących procesy reperacji DNA, sekwencji tych genów, profili ich ekspresji czy modeli interakcji między enzymami katalizującymi naprawę DNA. Uznaliśmy, że takie narzędzie mogłoby być przydatne nie tylko dla grup naukowców współpracujących w ramach programu, ale również dla szerszej społeczności naukowej. Baza danych bEST-DRRD jest oczywiście repozytorium sekwencji EST (Expressed Sequence Tag) jęczmienia. Wykorzystanie sekwencji EST stanowi ważne narzędzi genomiki funkcjonalnej, szczególnie w przypadku gatunków takich jak jęczmień, dla których nie jest jeszcze dostępna pełna sekwencja genomu. Jednak oprócz tych danych baza dostarcza również informacji na temat wszystkich zidentyfikowanych do tej pory genów Arabidopsis thaliana (jako gatunku modelowego, u którego przebieg procesów naprawy DNA został opisany najpełniej jeśli chodzi o organizmy roślinne), sekwencji tych genów, profili ich ekspresji, czy modeli interakcji enzymów. Baza jest również automatycznie aktualizowana jeśli chodzi o najnowsze artykuły naukowe traktujące o poszczególnych procesach naprawy, a w niektórych przypadkach o poszczególnych genach. Tak więc baza może dostarczać zarówno informacji podstawowych, jak i bardziej szczegółowych.

Do kogo skierowana jest ta baza, kto będzie z niej korzystał?

Dr Damian Gruszka: Baza danych jest skierowana oczywiście w głównej mierze do osób zainteresowanych zagadnieniami związanymi z naprawą uszkodzeń i replikacją DNA u roślin, jednak nie tylko u jęczmienia, jako rośliny uprawnej, ale ogólnie. Należy pamiętać, że przebieg większości procesów naprawy uszkodzeń DNA jest podobny u różnych, często odległych ewolucyjnie organizmów.

Czy dostęp do bazy jest wolny, czy odpłatny?

Dr Damian Gruszka: Dostęp do bazy danych jest całkowicie darmowy. Baza danych bEST-DRRD jest dostępna pod adresem www.best.us.edu.pl na serwerze Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.

Do czego mogą być wykorzystywane dane zebrane w tym projekcie?

Dr Damian Gruszka: Celem projektu jest identyfikacja genów zaangażowanych w naprawę uszkodzeń DNA oraz analiza funkcjonalna tych genów. Zidentyfikowane sekwencje badanych genów podlegają analizie z zastosowaniem strategii TILLING (Targeting Induced Local Lesions IN Genomes). Jej celem jestidentyfikacjamutantów jęczmienia,charakteryzujących się zaburzeniami w procesie naprawy DNA. Tomoże przyczynić się do wyjaśnienia przebiegu tego procesu. Generowanie zmienności genetycznej z zastosowaniem mutagenezy fizycznej (głównie promieniowanie jonizujące) oraz chemicznej (związki alkilujące) jest techniką powszechnie stosowaną od kilku dekad. Jedynie w przypadku ryżu zastosowanie technik mutacyjnych pozwoliło na wyprowadzenie ponad 530 nowych odmian oraz ich wprowadzenia do hodowli. To oczywiście wielki potencjał, ale ważne jest  również poznanie molekularnych podstaw procesu mutagenezy, szczególnie wgląd w proces naprawy uszkodzeń, bo jego efektywność skutkuje częstotliwością generowanych mutacji.

Nie jest Pan jedynym autorem bazy danych. Czy ktoś Pana wspierał?

Dr Damian Gruszka: Baza danych została stworzona w kilku etapach. Pierwszym było pozyskanie literatury naukowej na temat procesu naprawy uszkodzeń DNA. Na tej podstawie stworzono kategorie, do których w późniejszym etapie przyporządkowywano poszczególne sekwencje. Kolejnym etapem było zgromadzenie wszystkich zidentyfikowanych do tej pory sekwencji genów oraz enzymów zaangażowanych w naprawę uszkodzeń i replikację DNA oraz sekwencji EST jęczmienia wykazujących podobieństwo do tych genów i enzymów. Kolejnym etapem było zaprojektowanie bazy danych zarówno jeśli chodzi o jej strukturę, zawartość, jak i interface. Począwszy od etapu gromadzenia sekwencji wielką pomoc otrzymałem od mojego kolegi mgr Marka Marca (doktoranta w Katedrze Genetyki UŚ). Marek de facto sam stworzył bazę danych i deponował w niej zgromadzone i sklasyfikowane sekwencje. Wielką korzyścią jest fakt, że Marek będąc biologiem zna narzędzia informatyczne i biegle je wykorzystuje, co ułatwiało porozumienie na płaszczyźnie biologii molekularnej.

W projekcie, w ramach którego powstała baza danych, pracuję również mgr Magdalena Stolarek (doktorantka w Katedrze Genetyki UŚ) zaangażowana, podobnie jak ja, w identyfikację genów jęczmienia zaangażowanych w naprawę uszkodzeń DNA.  W celu analizy funkcjonalnej zidentyfikowanych sekwencji Magda wykorzystuje wspomnianą strategię TILLING, która przyspiesza identyfikację nowych alleli tych genów. Kolejnym krokiem będzie wyprowadzenie homozygotycznych linii zidentyfikowanych mutantów oraz potwierdzenie wpływu mutacji na zmienioną wrażliwość na działanie mutagenów. Ponadto w projekt zaangażowanych jest dwoje studentów studiów magisterskich.

Czy aktualna wersja bazy danych jest ostateczna? Czy będzie nadal rozbudowywana?

Dr Damian Gruszka: Baza z pewnością będzie aktualizowana o nowe sekwencje genów i enzymów zaangażowanych w naprawę uszkodzeń DNA (również genów jęczmienia identyfikowanych w tym projekcie). Aktualizować będziemy oczywiście bazę danych publikacji naukowych na temat tych procesów. Planujemy również opisywać w bazie danych identyfikowane mutacje oraz same mutanty jęczmienia w miarę jak postępować będzie ich charakterystyka.

Jakie są Pana dalsze plany w karierze naukowej?

Dr Damian Gruszka: Oczywiście moje plany naukowe związane są z opisanym projektem, ale ponadto kontynuuję badania, które stanowiły treść mojej pracy doktorskiej, nad identyfikacją genów jęczmienia zaangażowanych w procesy syntezy i szlaku transdukcji sygnału brasinosteroidów, jako hormonów roślinnych regulujących wiele procesów metabolicznych, ważnych również z punktu widzenia hodowli jęczmienia. W tej dziedzinie udało się nawiązać współpracę z Carlsberg Research Center, będącym wiodącym ośrodkiem naukowym w zakresie biologii jęczmienia. Mam nadzieje, że ta współpraca zaowocuje wieloma ciekawymi wynikami. Mam ponadto przyjemność brać udział w projekcie, którego kierownikiem jest Marek, i który niedawno zyskał finansowanie Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Celem tego projektu jest identyfikacja i analiza funkcjonalna genów jęczmienia biorących udział w metabolizmie strigolaktonów, jako nowej klasy hormonów roślinnych o ciekawych funkcjach fizjologicznych. Tak więc, jak widać, współpraca z Markiem jest dwukierunkowa i mam nadzieję, że będzie trwała.

Serdeczne podziękowania dla Pana Damian Gruszki za udzielenie wywiadu składa portal Biotechnologia.pl

Red. Marta Cipińska