Dr hab. Marcin Drąg z zespołem z Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej otrzymał w konkursie „Harmonia” Narodowego Centrum Nauki grant na badania nad enzymami, pozwalającymi na wykrywanie wielu chorób. Ponad milion złotych z NCN umożliwi kontynuację badań i współpracę z zagranicznymi ośrodkami naukowymi
Nagrodzony projekt nosi tytuł „Badania nad selektywnymi markerami do obrazowania aktywnych proteaz serynowych w neutrofilach”. Proteazy, czyli enzymy proteolityczne, „przecinają” wiązania w białkach i w ten sposób kontrolują metabolizm organizmu. Są wśród nich takie, które usuwają szkodliwe białka z komórek. Jeśli poziom i aktywność proteaz jest niewłaściwa, wówczas zapadamy na różne choroby. Znane są enzymy, których zaburzenia działania powodują np. cukrzycę, nowotwory, nadciśnienie, choroby neurodegradacyjne. Zespół dra Drąga (dr inż. Marcin Poręba, dr inż. Paulina Kasperkiewicz) opracował tzw. hybrydową bibliotekę markerów dla proteaz (HyCoSuL od Hybrid Combinatorial Substrate Library), zawierającą ponad 100 aminokwasów naturalnych i nienaturalnych, czyli powstałych drogą syntezy organicznej. Służą do badania aktywności proteaz, a przez to mogą być wykorzystywane do badań diagnostycznych. Markery te są wielokrotnie czulsze od tradycyjnie stosowanych. HyCoSuL zostały w zeszłym roku opisane w PNAS – prestiżowym amerykańskim czasopiśmie.
Rozmowa z dr. hab. Marcinem Drągiem
Krystyna Malkiewicz: - Czy nagrodzony przez NCN projekt to zawężenie badań, które prowadziliście wcześniej?
Dr hab. Marcin Drąg: - Powiedziałbym raczej, że to poszerzenie. Praca opublikowana w zeszłym roku w PNAS spotkała się z bardzo dobrym przyjęciem. Wiele grup naukowych chciało z nami współpracować, np. Monash University w Australii i La Trobe University także w Australii, w Melbourne, grupa profesora Matthew Bogyo z Uniwersytetu Stanford, a także grupa z Politechniki w Monachium. Projekt doceniony przez NCN jest rozszerzeniem prac, bo w dotychczasowych badaniach zajmowaliśmy się tylko jednym enzymem, natomiast teraz wiemy, że są takie aż cztery. Chcemy się zająć kompleksowo stworzeniem tzw. Tool-boxa, czyli zestawu narzędzi do ich badania. Do tego możemy wykorzystać technologię, którą już opracowaliśmy. Nasz zespół będzie robić całą część chemiczną tego projektu, także biblioteki kombinatoryczne. Następnie część biologiczna, czyli „włożenie” tego systemu do neutrofilów będzie przeprowadzana we współpracy z grupą profesora Guya Salvesena (Sanford Burnham Medical Research Institute) w San Diego, w USA.
Co to są neutrofile?
Neutrofile to teoretycznie komórki układu odpornościowego. One wydzielają enzymy, ale nie wiadomo, jakie mechanizmy regulują to wydzielanie. Proces, który zbadaliśmy, w pracy opisanej w PNAS, nazywa się neutrofilowe pułapki zewnątrzkomórkowe. Neutrofile wydzielają chromatynę. Wyrzucają trochę DNA z siebie i tworzą jakby sieć rybacką. Na zdjęciach mikroskopowych tak to dosłownie wygląda. W tę sieć łapią się różnego rodzaju patogeny: wirusy, bakterie. Następnie z neutrofilii wydzielane są enzymy, które je unicestwiają. To dość skomplikowany mechanizm, słabo poznany i stanowi dzisiaj jeden z najgorętszych tematów w nauce. Bardzo dużo laboratoriów tym się zajmuje. Będziemy więc chcieli stworzyć narzędzia, aby wyjaśnić cały proces. To główny cel tego dużego, interdyscyplinarnego projektu.
Na szkolenie do San Diego pojedzie dwóch naszych doktorów, będą tam przeprowadzać eksperymenty, a ponieważ tamtejsze laboratorium jest wielokierunkowe, każdy z nich będzie mógł nauczyć się nowych metod, aby potem tu je wykorzystać.
Czy to oznacza też, że więcej chorób będzie można rozpoznać waszymi markerami?
Wiele z tych enzymów może być wykorzystywanych do rozpoznawania chorób. Ten pierwszy, który badaliśmy, uczestniczy np. w rozwoju nowotworów, przede wszystkim nowotworów płuc. Rola pozostałych jest nie do końca wyjaśniona. Uczestniczą też w systemie obrony organizmu przed różnymi patogenami, ale nie wiadomo, który z nich pełni jaką funkcję. A działają, jak sądzimy, wszystkie razem. Dlatego chcemy stworzyć taki system, który pozwoli je śledzić, wszystkie cztery na raz, ale i każdy z nich z osobna. Chcemy stworzyć narzędzie specyficzne dla każdego z enzymów, aby sprawdzać ich funkcję i na tej podstawie wysnuwać wnioski. Taki zestaw narzędzi będzie mógł być używany na bardzo szeroką skalę. Jeden z recenzentów naszego projektu podkreślił, że jest to unikatowe podejście, które nigdy jeszcze nie było stosowane i jeżeli się uda, będzie wielkim sukcesem. W naszym laboratorium to narzędzie będzie zaprojektowane, natomiast w San Diego, zrobiona będzie wizualizacja i część biologiczna.
Kto pojedzie do San Diego?
Dr inż. Paulina Kasperkiewicz i dr inż. Marcin Poręba, który także niedawno dostał bardzo prestiżowe stypendium Marie Curie Individual Global Fellowship. Każdy z nich ma inne grupy enzymów, którymi się zajmuje, ale to wszystko jest opracowane w tej samej technologii. Dr Poręba pojedzie do Stanów zajmować się również innym projektem. Będzie robił także markery, ale rozwijając całkiem inną technologię obrazowania. Potem będzie kontynuował nasz projekt. I dr Kasperkiewicz, i dr Poręba pracują nad enzymami obiecującymi i ważnymi medycznie. Legumaina - enzym, którym obecnie zajmuje się dr Poręba, jest kluczowy w wypadku wielu nowotworów.
Grant otrzymany przez NCN spożytkujecie na te wyjazdy?
To grant przeznaczony na współpracę międzynarodową i na badania. Są tam i pieniądze na wyjazdy, i na odczynniki, i na wizyty u nas profesora Guya Salvesena. Dla mnie dużym plusem naszej współpracy z San Diego jest to, że Amerykanie są chętni do szkolenia naszych pracowników w ich technologii obrazowania – to rzadkość w takich projektach. Po ich powrocie możemy to implementować u nas. Projekt ruszy za około 3-4 miesiące.
A co z praktycznym zastosowaniem markerów?
Prowadzę negocjacje z kilkoma firmami farmaceutycznymi i jest bardzo duże zainteresowanie wykorzystaniem naszej technologii. Mam nadzieję, że te rozmowy poskutkują wdrożeniami. Z tym też wiąże się nadzieja na ciekawe kooperacje i nowe projekty.
Trzeba będzie jeszcze przeprowadzić dużo badań stricte medycznych, diagnostyki. Obecnie największy problem to tzw. reakcje uboczne, czy reakcje krzyżowe. Oznacza to, że jeden marker jest rozpoznawany przez więcej niż jeden enzym. Nie wiemy, czy jest on rozpoznawany przez ten dobry enzym, czy przez zły, i na jakim poziomie. Bo ich aktywności się nakładają. Widzimy tylko zbiorczą aktywność. Za pomocą naszej technologii staramy się stworzyć takie markery, które będą ekstremalnie specyficzne, czyli będą rozpoznawane tylko przez jeden enzym. Wtedy rzeczywiście będzie można stworzyć tzw. okno terapeutyczne, w którym będzie widać, co się dzieje z pacjentem. Nasi współpracownicy ze Stanów specjalizują się w metodach fluorescencji, dlatego w tych systemach markery będą dobrze świecić.
Współpracuje pan z profesorem Salvesenem już od dawna.
Z zespołem profesora Guya Salvesena mamy już około 30 wspólnych publikacji i nigdy dotychczas nie mieliśmy wspólnego finansowanego projektu. Tak naprawdę ten jest pierwszy. Od dawna planowaliśmy jakiś wspólny projekt, ale chcieliśmy się do tego dobrze przygotować. Co dla nas ważne, Amerykanie zapłacą za całą stronę naukową tych badań w USA, a to jest bardzo kosztowne. Z grantu NCN pokrywamy tylko koszty podróży i utrzymania w San Diego.
Ma pan jeszcze czas na swoje hobby, czyli łowienie ryb?
Staram się mieć, o każdej porze roku. Od stycznia łowię pstrągi w Kwisie lub w rzece Bóbr. Ale teraz jest bardzo gorący okres – piszemy kilka publikacji, 5-6 naraz. Kiedy się robi tyle wyników z prac w laboratorium, nagle przychodzi masa krytyczna i trzeba to zebrać, uporządkować i opublikować. Mieliśmy też gorący okres obrony doktoratów. Cała trójka moich pracowników broniła się w ciągu dwóch dni. Teraz już jest spokojniej, są już trochę samodzielni. Teraz jest dobry czas na publikacje.
Jest też nowy narybek i nowe projekty?
Tak, mam jedną bardzo zdolną doktorantkę, rozglądam się też za kimś kolejnym.
Dostaliśmy jeszcze jeden grant, też z Narodowego Centrum Nauki, który dotyczy enzymów kluczowych w procesach przerzutowania nowotworów – macierzowych metaloproteaz. Wiadomo, że rozcinają połączone komórki nowotworowe, które po wyodrębnieniu mogą dostawać się np. do krwi, krążyć po organizmie i tworzyć nowy przerzut. W latach 90. wiele firm farmaceutycznych pracowało nad nimi. Stworzono leki, ale niestety okazały się bardzo toksyczne i na wiele lat badacze odeszli od tego tematu. Wiadomo wszystko o dwóch enzymach uczestniczących w tym procesie: MMP2 i MMP9. Brakuje tylko narzędzi pozwalających odróżnić funkcję każdego z nich, bo są obok siebie i działają jednocześnie. Jeśli uda nam się stworzyć takie narzędzia, będziemy w stanie dobrze kontrolować proces przerzutowania nowotworów. Po drugie, wspomniane enzymy uczestniczą w tzw. szerokim procesie myślenia – są odpowiedzialne za przekazywanie impulsów nerwowych w mózgu. Projekt ten wykonujemy z grupą profesora Leszka Kaczmarka z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego z Warszawy. To dwa główne granty, które teraz prowadzimy: jeden krajowy i drugi – międzynarodowy, więc w tej chwili jestem spełniony.
Na jak długo?
Możemy spokojnie prowadzić badania przez następne trzy lata. Za półtora roku trzeba będzie już myśleć o czymś następnym. Zostałem też zaproszony do małego grantu Unii Europejskiej, ale to jest rzecz bardziej prestiżowa niż istotna finansowo. Dość dużo osób aplikuje do nas, do pracy w laboratorium. Staram się zatrudnić jakiegoś młodego doktora, ale chcąc znaleźć kogoś dobrego, trzeba mu zaoferować wynagrodzenie na minimalnym chociaż europejskim poziomie. Ten grant z UE może mi to umożliwić.
Współpracuje pan z firmami farmaceutycznymi?
Mam zaproszenia do współpracy z różnych konsorcjów. Możemy jednak przyjąć tylko taką ilość projektów, jaką da się zrobić. Moja filozofia jest taka, że każdy grant najpierw trzeba przemyśleć, zrobić badania wstępne i zobaczyć czy to działa. Jeżeli odpowiedź jest twierdząca, dopiero wtedy rozwijać daną technologię. Bardzo ważne, żeby najpierw sprawdzić, czy już ktoś na świecie czegoś podobnego nie robi. Dlatego trzeba być na ważnych konferencjach, popytać innych. Jeśli się dostanie grant, a potem okaże się, że ktoś już nad tym pracuje, wtedy zaczynają się prawdziwe kłopoty. Na szczęście z naszym najnowszym projektem tego problemu nie będzie. Dostałem trzy recenzje zagraniczne, wszystkie są fantastyczne, prawdę mówiąc, tak dobrych recenzji jeszcze nie widziałem.
Ważne konferencje w tym roku?
Wybieram się wiosną na dużą konferencję do Grecji z chemii medycznej, a później, jesienią, do Malezji – to największa światowa konferencja w mojej dziedzinie, jestem w jej radzie naukowej. Organizuje się ją cyklicznie co dwa lata na rożnych kontynentach. Warto jeździć na te spotkania i rozmawiać z ludźmi. W ten sposób zawiązuje się współpracę z innymi zespołami. Wielu rzeczy nie da się załatwić i omówić przez maile. Zawieranie nowych znajomości i kontaktów naukowych najlepiej wychodzi w bezpośredniej rozmowie. Kilka razy już mocno się sparzyliśmy. Potem trudno z takich sytuacji wyjść.
Bardziej dalekosiężne plany dla pana zespołu?
Robimy rzeczy na pograniczu chemii i biologii. Jesteśmy laboratorium bardzo wyspecjalizowanym. Dobrze byłoby w przyszłości na Politechnice Wrocławskiej mocno rozwinąć część biologiczną tego laboratorium, bo tego nam brakuje.
Mam dużą nadzieję, że powstanie nowy budynek w miejscu dawnej stołówki. Część jego powierzchni miała być przeznaczona dla nas. Mnóstwo czasu spędziliśmy na jego projektowaniu. Miały tam być dwa piętra dla chemii biologicznej, między innymi dla Zakładu Chemii Medycznej i Zakładu Chemii Bioorganicznej. Wszyscy bardzo na to liczymy, bo teraz pracujemy w dość siermiężnych warunkach. Jeżeli mamy robić dobrą naukę i kształcić studentów na wysokim poziomie, a oni bardzo chętnie chcą tu studiować, to potrzebne są nowe wyspecjalizowane pracownie.
Rozmawiała Krystyna Malkiewicz