Jakie problemy badawcze stoją przed Paniami?
Agnieszka Pietrzyk-Brzezińska: W obszarze naszych zainteresowań są białka regulatorowe, czyli makrocząsteczki obecne w komórkach i w tym przypadku, wychwytujące sygnał z otoczenia. Taki sygnał mogą stanowić na przykład antybiotyki czy jony metali. Następnie po rozpoznaniu sygnału regulator aktywuje ekspresję odpowiednich genów i powstają białka, które pozwalają przeżyć komórce bakteryjnej w trudnych warunkach. Wiedza o tym, jak zahamować ten proces, byłaby niezwykle pomocna w walce z bakteriami. W swoich badaniach skupiamy się na białkach bakterii Escherichia coli, gdyż jest to organizm modelowy. Tu warto podkreślić, że homologiczne białka występują u wielu bakterii chorobotwórczych, m.in. z gatunku Shigella, Salmonella, a więc prowadzone badania mogą przyczynić się do opracowania nowych narzędzi w walce z infekcjami wywoływanymi przez te niebezpieczne bakterie.
Anna Cociurovscaia: Głównym celem naszych badań jest poznanie struktury przestrzennej badanych białek regulatorowych i wszystkich zmian zachodzących w ich strukturze pod wpływem określonych czynników, takich jak np. obecność danego antybiotyku w środowisku. Ponadto, możemy uzyskać też strukturę przestrzenną białka oddziałującego z substancją, która hamuje jego działanie. Na podstawie takiej struktury można zaprojektować bardzo specyficzny lek dezaktywujący białko o niepożądanej aktywności. Dlatego nasze badania mogą się przyczynić do opracowania nowych leków, które będą pomocne w walce z bakteriami opornymi na znane antybiotyki.
Na jakim etapie są badania?
Agnieszka Pietrzyk-Brzezińska: Projekt dotyczący białek bakteryjnych rozpoczął się stosunkowo niedawno. Mimo to mamy już pierwsze struktury przestrzenne badanych białek, a dwie prace opisujące uzyskane wyniki zostały opublikowane w tym roku w czasopiśmie Proteins i Journal of Structural Biology. Pomysł na tę tematykę badawczą pojawił się podczas mojego stażu podoktorskiego. Oprócz głównego projektu realizowanego na stażu, dotyczącego białek ludzkich zaangażowanych w proces powstawania nowotworów, brałam również udział w projekcie pobocznym, związanym z białkami bakteryjnymi. Ten temat bardzo mnie zainteresował, gdyż oporność bakterii na antybiotyki staje się aktualnie problemem globalnym. Ciągle wiele mechanizmów związanych z odpowiedzią komórek bakteryjnych na zmieniające się warunki środowiska, w tym na obecność antybiotyków i środków antyseptycznych, nie zostało dokładnie zbadanych.
W polu Pań zainteresowań znajduje się wpływ jonów miedzi i srebra na przeżywalność komórek bakteryjnych. Jaki potencjał bakteriobójczy mają te jony?
Anna Cociurovscaia: Śladowe ilości jonów miedzi są niezbędne dla funkcjonowania każdej żywej komórki, natomiast w nadmiarze mogą hamować procesy metaboliczne. Podobnie działają jony srebra, które są jeszcze bardziej aktywne.
Agnieszka Pietrzyk-Brzezińska: Jony srebra coraz częściej są składnikiem środków bakteriobójczych, wnikają do komórek bakteryjnych i hamują procesy życiowe. Są stosowane również w kosmetykach, przy dezynfekcji pomieszczeń, jak również przy procesach sterylizacji w przemyśle i rolnictwie.
Anna Cociurovscaia: Jednak bakterie są zdolne zwalczyć szkodliwy efekt wolnych jonów metali w określonym zakresie stężeń. Zatem aby ograniczyć ilość stosowanych środków bakteriobójczych i zapobiec rozwojowi nowych bakteryjnych systemów oporności, chcemy dokładnie poznać mechanizm odpowiedzi na stres wywołany obecnością metali ciężkich.
Jak to się może przełożyć się na farmakologię i przemysł?
Anna Cociurovscaia:
Obecnie w badaniach farmakologicznych stosuje się wysoko przepustowe metody przesiewowe w celu znalezienia najbardziej efektywnych związków chemicznych, np. hamujących aktywność danego białka. Krystalografia rentgenowska również osiągnęła taki poziom rozwoju, który pozwala jej nazywać się wiarygodną metodą wysokoprzepustową. Technika Fragment Screening, która ma już swoje sukcesy na poziomie badań klinicznych, pozwala zidentyfikować potencjalne cząsteczki czynne o pożądanym efekcie aktywacyjnym lub dezaktywacyjnym względem badanego białka. My również planujemy wykorzystać tę technikę do poszukiwania cząsteczek hamujących aktywność białka przekazującego sygnał w procesie odpowiedzi komórki bakteryjnej na obecność jonów miedzi i srebra.
Agnieszka Pietrzyk-Brzezińska: Dodatkowo, białka wykrywające obecność jonów miedzi czy srebra mogą być istotne nie tylko dla przemysłu farmakologicznego, ale mogą stać się składnikami systemów wykrywających zanieczyszczenia tymi metalami w środowisku. Dlatego też nasze badania są ważne i mogą być przydatne dla wielu gałęzi przemysłu.
Czym wcześniej naukowo się Panie zajmowały?
Agnieszka Pietrzyk-Brzezińska: Moja przygoda z nauką rozpoczęła się już podczas studiów magisterskich na Politechnice Wrocławskiej. Temat mojej pracy dyplomowej był z zakresu biologii molekularnej i biochemii, dzięki czemu miałam okazję przeprowadzić pierwsze eksperymenty obejmujące badania białek owadzich. Z kolei doktorat realizowałam w grupie prof. Grzegorza Bujacza na Politechnice Łódzkiej oraz w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN. Zajmowałam się wówczas badaniami strukturalnymi białek jedwabnika morwowego. Po obronie pracy doktorskiej rozpoczęłam staż podoktorski na Freie Universitaet Berlin i po roku uzyskałam prestiżowe stypendium Fundacji Alexandra von Humboldta, które umożliwiło mi kontynuację stażu przez kolejne dwa lata. W trakcie stażu mój główny projekt dotyczył białek zaangażowanych w proces powstawania nowotworów. Po zakończeniu stażu podoktorskiego wróciłam na Politechnikę Łódzką do grupy prof. Grzegorza Bujacza i od 2018 roku pracuję na stanowisku adiunkta. Moim głównym obiektem zainteresowań są aktualnie białka bakteryjne związane z odpowiedzią komórki na obecność substancji bakteriobójczych w środowisku.
Anna Cociurovscaia: Moje pierwsze doświadczenia badawcze są ściśle związane z wyborem specjalizacji i tematyki pracy inżynierskiej w zakresie biologii strukturalnej. Jeszcze podczas wykładów z biochemii bardzo zainteresował mnie fakt, że krystalografia rentgenowska pozwala „zobaczyć” niewidzialne gołym okiem cząsteczki odpowiedzialne za procesy komórkowe. Dlatego postanowiłam bliżej zapoznać się z krystalografią białek pod kierownictwem prof. Grzegorza Bujacza i opieką dr inż. Agnieszki Pietrzyk-Brzezińskiej w Instytucie Biotechnologii Molekularnej i Przemysłowej. W trakcie przygotowywania pracy inżynierskiej poznałam techniki krystalizacyjne i podstawy krystalografii białek.
Natomiast podczas pracy magisterskiej zdobyłam doświadczenie w produkcji i oczyszczaniu białek, jak i w procesie rozwiązywania struktury przestrzennej białka, wykorzystując eksperymentalne dane dyfrakcyjne. Na podstawie wyników uzyskanych w ramach mojej pracy magisterskiej wraz z dr inż. Agnieszką Pietrzyk-Brzezińską zdeponowałyśmy w Bazie Struktur Białkowych, trzy takie struktury i opisałyśmy je w mojej pierwszej publikacji naukowej. Wszystkie wyższej wymienione doświadczenia przyczyniły się do rozpoczęcia przeze mnie studiów w Interdyscyplinarnej Szkole Doktorskiej PŁ i realizacji projektu doktorskiego związanego z bakteryjnymi czynnikami transkrypcyjnymi.
Rozmawiała Agnieszka Garcarek-Sikorska