– Od lat badam horyzontalny przepływ genów, czyli wymianę materiału genetycznego między bakteriami. To mechanizm kluczowy dla powstawania oporności na antybiotyki i zdolności bakterii do wywoływania chorób – tłumaczy prof. Mruk. Jej obecne badania koncentrują się na zrozumieniu funkcjonowania sieci genetycznych bakterii, od czego zależy włączanie bądź wyciszanie poszczególnych genów w zależności od warunków środowiskowych. – Można je porównać do układu nerwowego w organizmie człowieka – dodaje. Badaczka podkreśla, że interesuje ją zwłaszcza kontrola sieci przez cząsteczki regulatorowe, takie jak małe białka wiążące DNA, zwane czynnikami transkrypcyjnymi. – Sieci te dostarczają niemal nieograniczonej puli potencjalnych elementów, które mogą stać się precyzyjnymi celami nowych terapii molekularnych – powiedziała.

Podczas pobytu w laboratorium w Bostonie prof. Mruk będzie stosować nowoczesne metody bioinformatyczne do modelowania bakteryjnych sieci genetycznych na podstawie danych eksperymentalnych o wysokiej przepustowości. – Dzięki temu będziemy mogli zrozumieć architekturę sieci, wykryć jej nowe komponenty oraz określić kluczowe węzły i najsłabsze ogniwa – wyjaśnia. Jej zadaniem jest sprawdzenie, które elementy są niezbędne dla przetrwania bakterii i mogą stać się celem precyzyjnych terapii stanowiących alternatywę dla na ogół niespecyficznych terapii antybiotykami. Prof. Mruk podkreśla również rolę bioinformatyki i uczenia maszynowego w analizie ogromnych zbiorów danych generowanych przez eksperymenty współczesnej biologii molekularnej. – Tworzymy wirtualne modele, które pozwalają badać, jak grupy genów współpracują ze sobą, które są nadrzędne i jak zmienia się ich aktywność w odpowiedzi na sygnały zewnętrzne. To trochę jak analiza skomplikowanej sieci elektrycznej – by wyłączyć przepływ prądu, trzeba znaleźć właściwy element – porównuje. 

Cząsteczki regulatorowe pełnią w bakteriach funkcję grupowego centrum dowodzenia. Profesor opisuje, że decydują one, które czynniki wirulencji mają być produkowane i w jakim stopniu. – Kontrolują one m.in. przyleganie bakterii do komórek nabłonka, tworzenie biofilmów czy produkcję toksyn bakteryjnych – wymienia. Prof. Mruk zwraca również uwagę na plastyczność genetyczną bakterii – ich zdolność do szybkiej reorganizacji genomu poprzez przyjmowanie DNA z otoczenia – od innych bakterii lub wirusów. – Dzięki temu bakterie mogą adaptować się do nowych warunków, nawet w bardzo niekorzystnym środowisku, co sprzyja rozwojowi oporności na antybiotyki i może zwiększać potencjał chorobotwórczy niektórych szczepów – dopowiada.

Wyjazd do USA nie jest dla prof. Mruk tylko realizacją projektu badawczego. To także – jak zaznacza – szansa na długofalową współpracę z zespołem prof. Galagana oraz rozwój w Polsce projektów interdyscyplinarnych, łączących biologię, informatykę i inżynierię genetyczną. – Chcę dzielić się zdobytą wiedzą ze studentami i współpracownikami oraz mam nadzieję, że nowe inspiracje i kontakty naukowe przełożą się na pomysły przyszłych projektów – kończy. Prof. James Galagan, u którego będzie realizowany projekt, jest światowym ekspertem w biologii systemowej i bioinżynierii, ze szczególnym naciskiem na badania integrujące dane eksperymentalne i obliczeniowe z wykorzystaniem uczenia maszynowego. Jego badania przyczyniły się m.in. do opracowania kompendium wiedzy o sieciach genetycznych Escherichia coli K-12 („Nature Communications”, 2025) oraz Mycobacterium tuberculosis („Nature”, 2013).

Autor: Piotr Mirowicz (PAP), źródło: serwis Nauka w Polsce