Musimy stawiać na ludzi i ich pomysły. Kiedy zaczynamy nowe projekty, zawsze szukam osób z różnym doświadczeniem badawczym. W dzisiejszych czasach nie można prowadzić badań na wysokim poziomie bez pewnego rodzaju interdyscyplinarności – mówi prof. Andrzej Dziembowski, laureat Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2018 w obszarze nauk o życiu i o Ziemi, w rozmowie z Patrycją Dołowy, dziennikarką i popularyzatorką nauki.

PATRYCJA DOŁOWY: Jesteśmy w podziemiach Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN, gdzie znajduje się Pracownia Biologii RNA i Genomiki Funkcjonalnej. To tu prowadzisz projekty badawcze, które mają niemałe znaczenie nie tylko dla nauki, ale i medycyny.

ANDRZEJ DZIEMBOWSKI: Bardzo zależy mi na tym, by podkreślić, że wszystko, co w ostatnich latach osiągnęliśmy, wypracowaliśmy razem jako zespół. Współpraca jest kluczowa. Nigdy nie jest tak, że jeden człowiek jest ojcem jakiegoś odkrycia. W laboratorium, które prowadzę, nie siedzę i nie wymyślam zagadnień, nie rozdzielam zadań. Wraz z moimi współpracownikami dyskutujemy uzyskane wyniki i wspólnie decydujemy, co w danym momencie jest najciekawsze i jakie pytania chcemy zadać.

Udało nam się opisać molekularny mechanizm działania egzosomu – ważnego kompleksu białkowego, który stanowi ?centrum zarządzania? metabolizmem RNA. Mutacje w jednej z podjednostek egzosomu prowadzą do powstawania szpiczaka mnogiego, nowotworu szpiku kostnego. Dzięki tym badaniom mogliśmy zaproponować nowe podejście terapeutyczne w leczeniu szpiczaka. Natomiast medyczne zastosowanie wyników naszych doświadczeń nie było celem, lecz raczej ich następstwem. W tym, jak i w kilku innych przypadkach, okazało się po prostu, że białka, które badamy, geny, które analizujemy, mają związek z medycyną – mutacje w nich powodują choroby. Zawsze interesowały nas podstawowe pytania dotyczące molekularnych procesów zachodzących w organizmach żywych: jak nasz genom jest regulowany, jak zachodzi ekspresja genów, w jaki sposób jest regulowana stabilność cząsteczek mRNA, z których powstają białka, dlaczego niektóre białka powstają, a inne nie, jak są degradowane niewłaściwe cząsteczki. Jesteśmy zespołem zajmującym się metabolizmem RNA. Kompleks egzosomu jest podstawowym enzymem, który degraduje RNA w komórkach. Jest bardzo dobrze zachowany w ewolucji ? występuje u drożdży, roślin i u człowieka.

RNA jest kluczowe dla regulacji komórki?

Procesy komórkowe są regulowane przede wszystkim przez białka. Białka budują nasze komórki, tworzą enzymy, regulują kształt komórek, ich rozwój, biorą udział właściwie w każdym procesie. Białka są zakodowane w DNA, proces ich ekspresji jest skomplikowany. Najpierw mamy DNA, w którym są nasze geny kodujące białka. DNA w jądrze komórkowym musi być przepisany na RNA, który z kolei zostaje poddany skomplikowanej obróbce, a następnie przetransportowany do cytoplazmy. W cytoplazmie na rybosomach powstają białka. Dlatego poziom cząsteczek mRNA ? matrycowego RNA, na którego matrycy powstają białka, jest bardzo ściśle regulowany. Poziom mRNA wpływa na to, ile danego białka powstaje. Stabilność cząsteczek mRNA jest więc kluczowa. Od siedemnastu lat próbujemy zrozumieć, w jaki sposób jest regulowana degradacja cząsteczek mRNA oraz innych rodzajów powstającego RNA. W ostatnich latach, dzięki rewolucjom technologicznym, w biologii eksperymentalnej nastąpił przełom. Okazało się, że nasz genom, oprócz białek, koduje wiele cząsteczek RNA, które pełnią funkcje regulacyjne. Wiemy dziś, że w komórce zachodzi proces, który po angielsku nazywa się pervasive transcription ? wszechobecna transkrypcja. W jej wyniku ponad połowa naszego genomu jest przepisywana na RNA. W większości przypadków te cząsteczki RNA nie kodują białek. Pervasive transcription powoduje, że RNA powstaje w komórce bardzo dużo i musi być szybko degradowany. Nasze pytania badawcze dotyczyły enzymów degradujących RNA. Analizy przyczyniły się do zrozumienia, w jaki sposób następuje degradacja, jakie enzymy biorą w niej udział i jak działają. To zbliża nas do zrozumienia mechanizmów homeostazy komórki – jak to się dzieje, że w komórce regulowanych jest jednocześnie wiele różnych procesów.

Jaka jest droga od badań podstawowych do terapii nowotworowej?

Interesowały nas szczególnie podjednostki kompleksu egzosomu degradujące RNA. W 2012 roku, kiedy nastąpił ogromny rozwój metodologii służącej do sekwencjonowania i gdy zaczęto badać wszystkie możliwe mutacje występujące w nowotworach, okazało się, że gen kodujący białko DIS3, które jest jądrową podjednostką kompleksu egzosomu, jest zmutowany w około dziesięciu procentach przypadków szpiczaka mnogiego. I mutacje te są bardzo specyficzne. Takie białko zawierające mutacje jest częściowo niefunkcjonalne. DIS3 jest dużym białkiem, ma kilka różnych domen i aktywność zarówno egzonukleazy, czyli degraduje RNA na zewnątrz, jak i endonukleazy, to znaczy – trawi RNA w środku. Mutacje zawsze hamują aktywność egzorybonukleolityczną, a nie wpływają na endonukleolityczną. Mamy różne hipotezy dotyczące roli tych mutacji w powstawaniu szpiczaka i prowadzimy szeroko zakrojone badania, głównie na modelach mysich. Szpiczak mnogi jest bardzo specyficznym nowotworem, powstaje z dojrzałych limfocytów B, tzw. komórek plazmatycznych, które produkują ogromne ilości przeciwciał. Powstawanie przeciwciał specyficznych dla konkretnych antygenów wymaga specjalnych procesów – najpierw następuje tasowanie kawałków przeciwciał, a potem zachodzi proces dojrzewania limfocytów B, hipermutacji i zmiany klas przeciwciał. Jest to proces, w trakcie którego powstają mutacje w genomie. W przypadku komórek szpiczaka wydaje się, że mutacje nie zachodzą tylko w tym miejscu, gdzie powinny, by przeciwciała stały się bardziej specyficzne, ale i w innych miejscach. To prowadzi do rearanżacji w genomie i nadekspresji onkogenów, co z kolei inicjuje proces chorobotwórczy. Mutacje DIS3 hamują aktywność egzorybonukleolityczną. Pokazaliśmy, że jeżeli jednocześnie zahamujemy aktywność endonukleolityczną, wszystkie komórki nowotworowe umierają. A ponieważ podobne mutacje występują tylko w komórkach szpiczaka (kompleks egzosomu w zdrowych komórkach ma obie aktywności – egzo- i endonukleolityczną), zahamowanie domeny endonukleolitycznej będzie śmiertelne jedynie dla komórek raka. W pozostałych komórkach, mimo wyłączenia jednej z aktywności enzymu, będzie on nadal funkcjonalny. Stworzyliśmy myszy, które mają mutację hamującą aktywność endonukleolityczną DIS3, dla której szukaliśmy inhibitorów. Te myszy są zdrowe. Jest to więc idealny pomysł terapeutyczny ? proces, który nazywa się syntetyczną letalnością ? zabijamy komórki nowotworowe w celowanej terapii, która nie ma żadnego złego wpływu na normalnie funkcjonujące komórki.

To wygląda na terapię idealną!

Także dlatego, że znana jest struktura krystaliczna egzosomu. Jeśli chcemy poszukiwać nowych inhibitorów w sposób przemyślany, znajomość struktury jest kluczowa. Wiemy, jakie jest centrum aktywne enzymu i dzięki temu możemy projektować nowe inhibitory. Prowadziliśmy projekt badawczy we współpracy z polską firmą zajmującą się chemią medyczną. Niestety nie udało nam się znaleźć wystarczająco dobrych inhibitorów. Te, które znaleźliśmy, były za mało specyficzne. Nie można więc powiedzieć, by nasz pomysł terapeutyczny „wchodził do kliniki”. Jednak wciąż ma on bardzo duży potencjał.

Czyli to droga od badań podstawowych w drożdżach do pracy nad możliwymi zastosowaniami w terapii nowotworów?

W naszym przypadku – dość naturalna droga. Na początku chcieliśmy zrozumieć, jak zachodzą podstawowe procesy związane z metabolizmem RNA, a drożdże to doskonały, prosty model. Potem zaczęliśmy badać komórki ludzkie w hodowli, a w końcu – pracować nad szpiczakiem. Teraz często stosujemy jako model myszy zmodyfikowane genetycznie. Stosujemy technologię CRISPR/Cas9, żeby tworzyć myszy z konkretnymi mutacjami. Nawiązaliśmy współpracę z grupami badawczymi, które zajmują się poszukiwaniem nowych mutacji w chorobach dziedzicznych. Wciąż przede wszystkim staramy się zadawać pytania na poziomie badań podstawowych, które czasem mogą prowadzić do odkryć, w wyniku których można zaproponować nowe podejścia terapeutyczne.

A w jaki sposób wybieracie obiekty badawcze?

To jest bardzo dobre pytanie. Na pewno jest w tym wiele przypadku. Szczególnie na początku kariery nie ma się zbyt dużego wpływu na to, co się będzie badało. Natomiast potem głównym powodem wybierania takich, a nie innych obiektów czy tematów badawczych jest po prostu ciekawość. Główną siłą napędową jest to, że coś nas interesuje, a kolejne pytania rodzą się z nowo zdobytej wiedzy. Jest jednak wiele ograniczeń technicznych, które trzeba brać pod uwagę, planując eksperymenty. Pewnych rzeczy nie da się zbadać w naszych warunkach. Warto jednak dodać, że w naszym kraju jest coraz łatwiej prowadzić badania. Wprawdzie część PKB przeznaczana na naukę jest bardzo mała, ale z drugiej strony, można uzyskać finansowanie poprzez system grantowy, który jest bardzo przejrzysty. Za granicą to też nie jest takie łatwe, jak mogłoby się wydawać.

Jak robić dobrą naukę w naszych warunkach?

Musimy stawiać na ludzi i ich pomysły. Kiedy zaczynamy nowe projekty, zawsze szukam osób z różnym doświadczeniem badawczym. W dzisiejszych czasach nie można prowadzić badań na wysokim poziomie bez pewnego rodzaju interdyscyplinarności. W moim zespole ważna jest współpraca biologów molekularnych, bioinformatyków oraz biochemików. Poza tym w nauce jest wiele ciekawych pytań, wśród nich takie, które zadają wszyscy. My staramy się omijać oczywiste pytania, bo brutalnie mówiąc, łatwo możemy zostać wyprzedzeni. Musimy też być racjonalni. Wśród pytań, które nas interesują, musimy wybrać takie, na które akurat w tym momencie będziemy w stanie odpowiedzieć. Uważam jednak, że wciąż możemy zadawać wiele bardzo ciekawych pytań, których inni nie zadają. Nie uważam natomiast, że nasze dotychczasowe odkrycia są fundamentalne dla biologii molekularnej.

Fundacja na rzecz Nauki Polskiej się z Tobą nie zgadza.

Odkryłem parę istotnych rzeczy, ale to nie są odkrycia zmieniające drogę nauki, jak było to w przypadku zeszłorocznej nagrody dla profesora Andrzeja Trautmana za pierwsze teoretyczne wykazanie fal grawitacyjnych albo wcześniejszej nagrody dla profesora Andrzeja Tarkowskiego, który jako pierwszy stworzył chimery mysie. Tamte doświadczenia odwracały bieg biologii czy fizyki. My działamy w ramach dość wąskich dziedzin, zadając dość szczegółowe pytania. Pamiętam początki nowoczesnej biologii molekularnej, to, ile można było odkrywać w latach 80. i 90. To był wspaniały czas – przeglądało się ?Nature? i w każdym wydaniu było coś ważnego i ciekawego.

Ale czy nadal można w nauce robić tak przełomowe rzeczy?

Można. Jest kilka przełomów, np. rewolucja w mikroskopii elektronowej czy CRISPR/Cas9. Są odkrycia, które przenoszą naukę na kolejny poziom. W moim przypadku najważniejsze jest chyba przyczynianie się do zrozumienia mechanizmu działania kompleksu egzosomu, który zresztą początkowo oczyściliśmy w zupełnie innym celu. Ten kompleks jest najważniejszym enzymem degradującym RNA. To był początek mojej grupy badawczej po powrocie do Polski. Udało nam się na ten temat opublikować pracę w ?Nature?. Potem właśnie zainteresowaliśmy się podjednostkami katalitycznymi egzosomu w ludzkich komórkach. Kiedy zsekwencjonowano genomy szpiczaka, to oprócz dobrze znanych onkogenów  zidentyfikowano mutacje w genie kodującym podjednostkę egzosomu DIS3. Częste mutacje były również w genie FAM46C kodującym inne białko o zupełnie nieznanej funkcji. Przyjrzeliśmy się tej rodzinie białek i wtedy okazało się, że są one poli(A) polimerazami, czyli enzymami dołączającymi do jednego końca nici RNA ciągi adenozyn, tzw. ogon poli(A). Cząsteczki mRNA mają regulowaną stabilność, zawierają na końcach pewne specyficzne struktury, które chronią je przed degradacją. Na jednym końcu jest dołączana tzw. czapeczka, a na drugim właśnie ogon poli(A). FAM46C stabilizuje mRNA kodujące białka wydzielane na zewnątrz komórki, jak np. przeciwciała, których komórki szpiczaka produkują ogromne ilości. Rodzina FAM46 u kręgowców ma cztery geny, o których funkcji niewiele wiadomo. Dzięki technologii CRISPR/Cas9 uzyskaliśmy myszy pozbawione tych genów (tzw. myszy typu knock-out). Fascynujące jest to, że otrzymaliśmy dużą ilość ciekawych fenotypów (czyli zestawów cech, które możemy mierzyć lub obserwować), co świadczy o tym, że aktywność tych białek reguluje w komórkach tak różne procesy jak: wydzielanie hormonów w przysadce mózgowej, zmiana zachowania myszy czy gametogeneza. Ale droga od identyfikacji fenotypu do zrozumienia ?jak to działa?, to będą kolejne lata. Na pewno jest to ważna rzecz.

Powiedziałeś, że technologia w 2012 roku mocno przesunęła biologię naprzód. Też mam wrażenie, że bardzo dużo się zmieniło: dziś możecie odpowiedzieć na pytania, które wcześniej umieliście zadać, ale nie mieliście narzędzi, by je przeanalizować.

Na pewno jesteśmy na etapie absolutnych, niesłychanych możliwości technologicznych. Biologia molekularna jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin. Ciągle badamy metabolizm RNA, ale zmieniamy modele badawcze, bo interesują nas nowe rzeczy. W naszym zespole często używamy drogiej specjalistycznej aparatury, ale zazwyczaj eksperymenty polegają na przelewaniu małych objętości z jednej probówki do drugiej. Dziś dzięki technologii możemy na przykład zbadać wszystkie cząsteczki RNA w komórce. Tworzymy biblioteki RNA i sekwencjonujemy całe RNA w danej komórce, w której wcześniej coś zmanipulowaliśmy, np. tworzymy myszy z konkretną mutacją, izolujemy tkanki czy komórki i sprawdzamy, co się w nich zmieniło. Często rozpoczynamy projekty od tego, że np. widzimy, że jest to jakieś ciekawe białko. Gdy obserwujemy jakiś fenotyp, staramy się zrozumieć jego związek z funkcją zmutowanego genu. W pewnym sensie dużo w tym przypadku, bo to dziedzina eksperymentalna. Bywało, że coś nam się wydawało niezwykle obiecujące, stworzyliśmy mutację w komórkach i nic się nie wydarzyło. A są i odwrotne przypadki.

Jaka jest twoja recepta na dobrą naukę?

Uważam, że pomysły biorą się z wiedzy, a dokładnie, z poszukiwania w niej luk. Żeby znaleźć lukę, trzeba dużo wiedzieć ? zwłaszcza współczesna biologia jest taką dziedziną. Jeżeli ktoś mi mówi, że studia biologiczne powinny uczyć tylko korzystania ze źródeł, to ja się z tym kompletnie nie zgadzam. Bez wiedzy i analitycznego podejścia nie ma podstaw do tego, by w naszej dziedzinie, przy jej stopniu rozwoju, wymyślać nowe projekty. Oczywiście, że część odkryć jest przypadkowa, ale jeśli chce się zacząć projekt oparty na pomyśle, to te pomysły nie rodzą się w próżni. Żeby coś zauważyć w wynikach, trzeba rozumieć wiele różnych rzeczy. Z drugiej strony, im więcej się wie, tym bardziej można sobie tłumaczyć, że czegoś badać nie należy – to jest hamujące. Gdy wchodzi się w nową dziedzinę, ma się czasami szalone pomysły, które bardzo wiele dają. Jednak nawet te szalone pomysły wymagają podstaw. Ja zawsze bardzo lubiłem się uczyć. Biologią molekularną zainteresowałem się na początku liceum. Jedną z najważniejszych książek, jakie w życiu przeczytałem, była Molecular Biology of the Cell. W trzeciej klasie liceum, nie znając dobrze angielskiego, siedziałem ze słownikiem i czytałem. To było dla mnie absolutnie fascynujące. Najpierw interesowałem się rozwojem muszki owocowej, a konkretnie genami, które regulują jej rozwój. Duży wpływ miał na mnie najpierw profesor Piotr Stępień, a potem szef mojego stażu podoktorskiego, profesor Bertand Séraphin.

Trzeba pewne rzeczy zauważyć. W naukach eksperymentalnych otrzymujemy wynik i trzeba się zastanowić, co on może znaczyć. Biologia jest dziedziną pełną artefaktów, nieprawidłowych elementów wyniku badania. Nie należy przyjmować wiedzy tak, jak ona została podana.

To jest problem naszej edukacji. 

Bardzo mi się ten system nie podoba. Edukacja składa się u nas głównie z podawania wiedzy, a nie pokazywania drogi do niej. Powinniśmy rozumieć, skąd wiedza się wzięła. W naszej edukacji nawet na studiach nie jesteśmy uczeni drogi do wiedzy. A przecież musimy przyswoić nie tylko, jak coś jest zbudowane, ale też – jak do tego dochodziliśmy. Tylko wtedy możemy mieć pewność, że niczego nie przeoczyliśmy, albo wręcz przeciwnie, że jest coś jeszcze do zbadania. Według polskiego systemu edukacji wiedza jest nadana. A to nieprawda. Zaczynamy przez to traktować ją dogmatycznie. W nauce trzeba się naprawdę dużo napracować i trzeba lubić robić eksperymenty. Jeżeli ktoś nie lubi spędzać czasu na, dajmy na to, pipetowaniu, to nie da rady, bo to jest dziedzina eksperymentalna. Trzeba mieć do tego talent. To wcale nie znaczy, że manualny, raczej umiejętność długotrwałej koncentracji. Większość nieudanych eksperymentów polega na drobnych błędach, które zdarzają się, gdy traci się koncentrację. Do tego ważne jest planowanie i odpowiedni dobór kontroli, bez których eksperyment nie jest informatywny. Trzeba myśleć o potencjalnych artefaktach, bo czasem z powodu jednego traci się dwa lata. No i trzeba mieć szczęście. Bywa, że wspaniałe pomysły nie wychodzą. Ktoś spędza pięć lat nad projektem, który do niczego nie prowadzi. Potem już trudno jest wrócić. To przykre, ale w nauce liczy się czas. Jeśli się czegoś nie opublikuje w określonym czasie, drogi kariery mogą się zamykać.

Nauka nie jest łatwa. Wymaga determinacji. Nie można się załamywać, zniechęcać. Ja akurat miałem szczęście, nie miałem żadnych spektakularnych porażek. Pewnie dlatego udało mi się w miarę wcześnie założyć grupę badawczą.

Czyli trzeba mieć entuzjazm, a jednocześnie pokorę, bo to, co się odkryło może być artefaktem. Jak znaleźć w tym złoty środek?

Trzeba pamiętać, że bardzo dużo wyników, które otrzymujemy, to nie dowody, lecz korelacje. Trzeba projektować kolejne doświadczenia, stawiać pytania. Żyjemy w czasach, o których się mówi: ?a lot of data, not so many ideas.? To jest kwestia intuicji. Za to mamy wiele możliwości.

Kiedy rozmawiam ze starszymi naukowcami, zawsze opowiadają, jak musieli sobie radzić w trudnych czasach, np. za PRL-u. Sprowadzali probówki, one jechały przez morze. Czasem ginęły. Żeby przeczytać oryginalny artykuł też trzeba było na niego czekać miesiącami, aż ktoś go prześle.

Ja nie miałem takich trudności. Dziś granice wyznaczają bardziej możliwości intelektualne. Ważne jest, czy mamy ekspertyzę, czy umiemy coś zrobić. To dobry czas dla nauki. I można wreszcie docenić trud samej pracy eksperymentalnej. Wydaje mi się, że to, co robimy, ma jakiś sens. Że ludzie pracujący w nauce mogą coś odkryć: czasem mniejszego, czasem większego. Dla mnie wspaniałą rzeczą jest to, że grupa ludzi razem robi coś ciekawego.

Dlaczego chciałeś robić naukę w Polsce?

Robienie dobrej nauki tutaj naprawdę ma znaczenie. To, co robimy, wpływa na naszą rzeczywistość, a więc pobudki są patriotyczne. Cieszę się z sukcesów moich współpracowników, którzy odchodzą i zakładają swoje grupy badawcze. To jest coś bardzo ważnego. Aspekt samego tworzenia nauki jest dla mnie ważniejszy niż to, co odkryliśmy.

 

Przeczytaj także:

• opis badań prof. Andrzeja Dziembowskiego uhonorowanego Nagrodą FNP 2018
• informacje o Nagrodzie FNP
• relację z uroczystości wręczenia Nagród FNP 2018

Obejrzyj:

• film o badaniach prof. Andrzeja Dziembowskiego
• reportaż filmowy z uroczystości wręczenia nagród FNP 2018

Zdjęcie prof. Andrzeja Dziembowskiego – fot. Magdalena Wiśniewska-Krasińska / Zdjęcia z uroczystości – fot. Paweł Kula