Anna Jarząb, laureatka tegorocznej Nagrody Naukowej POLITYKI: Białka? To się grzeje!

WOJCIECH MIKOŁUSZKO: – Gdzie pani obecnie pracuje?
ANNA JARZĄB: – W Instytucie Immunologii i Terapii Doświadczalnej im. Ludwika Hirszfelda PAN we Wrocławiu. Tam od tego roku działam już w ramach własnej grupy badawczej proteomiki i analizy immunoenzymatycznej.

A czym się pani zajmowała do doktoratu?
Moja pierwsza praca naukowa również była związana z instytutem. Jeszcze podczas studiów magisterskich na Politechnice Wrocławskiej prowadziłam badania w IITD PAN w ramach pracy badawczej, a następnie magisterskiej pod opieką dr hab. Sabiny Górskiej, która była jednym z moich autorytetów naukowych. Prowadziłam wtedy badania strukturalne oligocukrów, które znajdują się na powierzchni bakterii probiotycznych.

Pozwolę sobie to przełożyć na język zwykłych ludzi. Oligocukry to cząsteczki cukrów złożone z kilku pojedynczych substancji. A probiotyki to substancje zawierające przyjazne nam bakterie obecne np. w jogurtach.
Zgadza się. W głównej mierze patrzyliśmy, jak struktura cukrów obecnych na powierzchni bakterii wpływa na odpowiedź układu odpornościowego. To był pierwszy okres mojej kariery badawczej, który zaraził mnie pasją do nauki. Później zmieniłam cukry na białka i tutaj zaczęła się moja największa przygoda.

Przeczytałem w pani biogramie, że do doktoratu badała pani szczepionkę przeciw czerwonce bakteryjnej.
W trakcie doktoratu. Zajmowałam się szczepionką opartą na krótkich sekwencjach peptydowych, czyli fragmentach białka (stymulujących układ odpornościowy). Prace nad szczepionką na czerwonkę rozpoczęłam podczas doktoratu. Potem przez siedem lat przebywałam na stażu podoktorskim w Niemczech. Teraz wróciłam do swojej jednostki macierzystej i kontynuuję badania – także nad kilkoma innymi projektami związanymi z chorobami człowieka.

Jak ważne jest opracowanie preparatu stymulującego układ odpornościowy przeciw czerwonce bakteryjnej?
Ta choroba jest rzadko spotykana w Polsce. Mamy nie więcej niż kilkaset przypadków rocznie. Natomiast jest ogromnym problemem w Afryce, Ameryce Południowej i Azji Południowo-Wschodniej. W krajach rozwijających się zapadają na nią miliony osób rocznie. Bardzo duży odsetek umiera. Jest niebezpieczna głównie dla dzieci poniżej piątego roku życia. Stanowi również zagrożenie dla osób starszych lub tych, u których układ odpornościowy jest osłabiony – np. po leczeniu immunosupresyjnym (hamującym układ odpornościowy – przyp. red.) przy przeszczepach lub po chemioterapii.

Jednak głównym pani zainteresowaniem jest proteomika. Co to takiego?
Generalnie to dział zajmujący się białkami w jakiejś konkretnej przestrzeni, np. w glebie, komórce czy organizmie. Przede wszystkim jednak bada zmiany w proteomie, zestawie białek występujących w komórce. Możemy w ten sposób np. ocenić, jak na nasz organizm działa jakiś lek lub substancja, która się do niego dostanie.

Moje doświadczenia z proteomiką rozpoczęły się podczas doktoratu, ale były dość ograniczone ze względu na brak sprzętu. Jednocześnie dziedzina ta coraz bardziej mnie interesowała. Czas po doktoracie postanowiłam wykorzystać na spełnienie moich marzeń badawczych oraz zdobycie doświadczenia w dziedzinie proteomiki opartej na spektrometrii mas. Otrzymałam stypendium Alexandra von Humboldta i przeniosłam się na politechnikę w Monachium do laboratorium prof. Bernharda Küstera, gdzie prowadziłam badania nad cieplnym profilowaniem proteomów. Ta radykalna zmiana na początku mojej pracy podoktorskiej pozwoliła mi poznać najnowsze technologie w jednym z wiodących europejskich laboratoriów proteomicznych, ale także otworzyła perspektywę badawczą na inne obszary.

Czym się pani zajęła po powrocie do Polski?
Przede wszystkim skupiłam się nad wprowadzaniem nowych metod, których nauczyłam się za granicą, oraz zajęłam się gromadzeniem funduszy na realizację swoich projektów. Mamy duże ograniczenia ze względu na sprzęt. Z grantu, który udało mi się dostać, byłam w stanie kupić drobne urządzenia. A dobry spektrometr masowy to suma rzędu 10 mln zł. To jest poza zasięgiem młodego naukowca. Dzięki współpracy z moim byłym szefem z Niemiec mogę wykonywać pomiary za granicą. Niemniej ciągle mam nadzieję na zakup własnego sprzętu.

Czy do swoich badań wybiera pani konkretne białka?
To zależy od pytania biologicznego. Nasz genom koduje od 20 do 22 tys. białek. Wykorzystując techniki proteomiczne, jesteśmy w stanie zidentyfikować od 8 do 10 tys. z nich, czyli mniej więcej połowę. Na początku najczęściej patrzymy na proteom czy zmiany zachodzące w nim jako całości. A później idziemy głębiej. Szukamy pewnych grup białek albo konkretnych cząsteczek. Zwracamy uwagę, jak proteom się zmienia pod wpływem czynników zewnętrznych, np. leków.

Na czym więc polega cała zabawa?
Proteom w odróżnieniu od genomu jest bardzo dynamiczny. Zmiany w genomie, czyli na poziomie DNA, zachodzą stosunkowo rzadko. Wykorzystując proteomikę, badamy, jak białka wpływają na zmianę statusu komórki. A nawet na stan całego organizmu. Możemy określić, które dokładnie geny uległy ekspresji, w jakiej ilości, a także jakim modyfikacjom uległy.

I co pani odkryła?
Powszechnie wiadomo, że wysoka temperatura wpływa na denaturację białek. Na przykład gotowane jajko zmienia swoją konsystencję. To widzimy. A ja badam, co wtedy dzieje się z białkami na poziomie molekularnym. Które cząsteczki są bardziej odporne, które mniej. Jedne denaturują w temperaturze +39 st. C, inne w 41, a nawet w 50 st. C. Niektóre potrzebują jeszcze wyższej temperatury. Nas najbardziej jednak interesują konsekwencje tej denaturacji. Badania te opublikowaliśmy w ogromnej bazie danych opisującej denaturację cieplną białek (Meltome Atlas). Obejmuje ona gatunki od bakterii, przez drożdże, rośliny, owady, ryby, gryzonie, aż po człowieka. Zawiera szeroki zakres temperatur: 30–90 st. C. Podczas tych badań dokonaliśmy wielu ciekawych odkryć, np. że białka łańcucha oddechowego w mitochondriach (organellach komórkowych zwanych fabrykami energii i odpowiedzialnych za oddychanie – przyp. red.) pełnią swe funkcje nawet w temperaturze +50 st. C. Wiadomo, że przy tylu stopniach nasz organizm odmawia posłuszeństwa.

Co się dzieje, gdy białka denaturują?
Zaczynają wypadać z roztworu. Stają się nierozpuszczalne, a tym samym bardzo często niefunkcjonalne.

Gdy mamy gorączkę, to w pewnym momencie temperatura może przekroczyć poziom dopuszczalny dla naszych białek.
Nasz organizm jest na tyle inteligentny, że rzadko sobie pozwala na takie podgrzanie. Jesteśmy często straszeni, że trzeba zbijać temperaturę, żeby nie urosła za wysoko. Jednak organizm zwykle dobrze wie, kiedy ma odpuścić i obniżyć ciepłotę naszego ciała dzięki mechanizmom termoregulacji.

W takim razie co to jest gorączka?
To bardzo złożony proces polegający na współpracy wielu mechanizmów, w szczególności układu odpornościowego. W wysokiej temperaturze zarazki gorzej się poruszają. Ich białka zaczynają denaturować. Układ odpornościowy człowieka działa z kolei szybciej. Jego komórki prędzej są w stanie dotrzeć do zarazków. Funkcje gorączki bardzo łatwo zaobserwować u małych dzieci, które nie doświadczyły wielu chorób. Sama gorączka jest bardzo niespecyficznym mechanizmem. Dla covid-19 typowym objawem była wysoka temperatura. Prawdopodobnie dlatego, że jako dorośli ludzie wcześniej nie zetknęliśmy się z tym wirusem i nie posiadaliśmy swoistych mechanizmów opartych np. na przeciwciałach.

Kto panią inspirował w świecie naukowym?
Miałam szczęście do osób, które stanęły na mojej drodze naukowej. Podczas doktoratu w Polsce taką osobą był pan dr Edmund Ziomek, niezwykła osobowość, człowiek o ogromnej wiedzy i pasji do nauki. A w Niemczech oczywiście prof. Bernhard Küster. Przekazał mi wiele wartości, które staram się implementować w polskim środowisku naukowym.