Mentionsy

Słuchasz audycji Kampus Nauka.

Odkrycia, badania i teorie podajemy w przystępnej formie w poniedziałki, środy i piątki o 13.

Podoba Ci się?

Daj znać, zasubskrybuj i zaobserwuj Radiokampus.

Słuchaj Radiokampus gdziekolwiek jesteś.

Wejdź na www.radiokampus.fm

Pamiętacie może te obrazki z biologii, z podręcznika, kiedy widziałeś taką komórkę, takie jajo, taki okrąg, w zależności od tego jaka to była komórka, no i tam były różne rzeczy w środku.

Były mitochondria, były chloroplasty, no trochę tam się działo, generalnie było dużo pustej przestrzeni.

No i trochę przywykliśmy do tego obrazu, no ale potem przychodzą naukowcy i najpierw mówią, że nie no, to tak nie wygląda, bo tych organeli tam jest dużo.

Potem mówią, że jest tam jeszcze bardzo dużo molekuł, które robią jakieś różne rzeczy i generalnie jest tam taki raczej tłok.

No a potem okazuje się, że tych organeli może być jeszcze, jeszcze dużo więcej i o tym właśnie dzisiaj opowie Michał Białobrzeski, doktorant z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk.

To od tego zacznijmy.

Pytanie, które może się wydawać proste, a wcale takie nie jest.

Ile mamy organeli w komórce?

Na studiach wydaje mi się, że dużo studentów odpowiedziałoby na to pytanie.

Przecież to jest fundamentalne pytanie.

Na pierwszym roku studiów już wiadomo, że mamy określoną ilość tych fundamentalnych organelli.

Zadajesz mi to pytanie i się uśmiecham do losu.

Powiedziałbym, że bardzo dużo.

I niekoniecznie muszą mieć one błonę.

Bo faktycznie do tego przywykliśmy, że wszystkie te, które znamy, tak samo jako komórka, no mają tę taką błonę lipidową.

I tutaj duże już jest zdziwienie.

I to może zagrawać o jakiejś magicznej rzeczy.

Natomiast tak, mamy organelle w komórce.

Zostało to odkryte dosyć niedawno.

Mówimy tutaj o temacie, który ma może 15 lat.

Zauważyliśmy, że tworzą się struktury, które przypominają takie klasyczne organelle.

Nie mają one błony, ale zachowują się trochę jak ciecz.

Potrafią się ze sobą zlewać, potrafią, jeżeli przez dłuższy okres czasu są częścią tej komórki, potrafią dojrzewać, a w wyniku tego dojrzewania np.

tworzą się włókna.

I to już nie jest klasyczna organella, która jakby jest częścią komórki i pełni jakąś bardzo ważną funkcję.

Tak naprawdę można sobie to wyobrazić, to całe zjawisko, jako taki komórkowy flash mob.

Na pewno duża większość słuchaczy kiedyś widziała dosyć popularne takie nagrania w mediach społecznościowych, kiedy grupka osób spotykała się na jakichś dworcach bądź w jakichś miejscach publicznych, żeby wykonać ustaloną choreografię.

No i wykonywali tą ustaloną choreografię, robiło to takie ekscytujące wrażenie, że wszyscy spotkali się, że tak naprawdę byli częścią tłumu, wykonali tą choreografię, zatańczyli i potem się rozchodzili.

I to jest dokładnie to, co ma miejsce w naszych komórkach.

O, to jest bardzo dobre pytanie.

Ci, którzy doprowadzają do tego molekularnego flash mobu, to są białka nieuporządkowane.

Jak naprawdę, jak sobie wyobrażamy, jak ono wygląda w przestrzeni, to jest jak pięść, jak kula.

A białka nieuporządkowane zachowują się trochę jak sznurówki.

Mogą mieć wielu partnerów do oddziaływania, bo są elastyczne.

Mogą przybielać wiele różnych konformacji.

No i były traktowane przez lata jako taka ciemna materia.

Że one są częścią tej zupy komórkowej.

Te sznurówkowe właśnie, nieuporządkowane.

Zresztą częścią tej zupy komórkowej.

Pełnią jakieś funkcje, być może, ale zazwyczaj to musi być jakiś projekt komórki do nieudanego jakiegoś białka.

Ona sobie pływa, potem zostanie zniszczone, zdegradowane i tyle.

Nie ma tutaj żadnej większej historii.

No i na przestrzeni ostatnich 25 lat przekonaliśmy się, że te białka sznurówki kierują fundamentalnymi procesami.

I jednym z nich jest właśnie ten molekularny flash mob.

I ten molekularny flash mob ma swoją nazwę.

Jest to proces separacji faz.

I teraz, jak korzystam z pojęcia separacja faz, to na pewno pierwsze, co ci przychodzi do głowy, to są na przykład krople oliwy na wodzie.

No tak jak się właśnie w szkole robiło gdzieś tam obok oglądania tej komórki w podręczniku, no to nalewało się oleju, potem wodę i patrzyło się, że jednak jedno nad drugim.

No gdzie na przykład na co dzień widzisz separację faz?

No widzisz na przykład chmury.

To jest klasyczny absolutny proces, który przez lata był znany fizykom.

Proces separacji faz.

Tyle, że my żeśmy sobie zdawali z tego sprawę, że do tego procesu dochodzi w wyniku zmian środowiskowych różnych.

Zmieniamy temperaturę, zmieniamy ciśnienie, woda ma trzy stany skupienia.

Okazuje się, że białka też przechodzą proces separacji faz.

Potrafią zmieniać swoje stany skupienia i te przejścia fazowe, właśnie przejścia zmiany swojego stanu skupienia, doprowadzają do utworzenia tych organeli.

I teraz mogłaby być to tylko taka molekularna ciekawostka, gdyby w tych organach bezbłonowych znajdowały się tylko te białka sznurówki, a znajdują się tam setki innych białek, które same nie potrafią przechodzić procesu separacji faz, ale są wciągane do środka, tak jakby zapraszane przez te białka nieuporządkowane, przez te sznurówki.

To jakie to są jeszcze białka?

W środku na pewno zaraz porozmawiamy, ale chcę jeszcze dopytać o jedną rzecz, jeszcze w tej części naszej rozmowy.

Co jest na granicy?

Bo jak mówisz o separacji faz, to ja właśnie widzę, że jest ta granica, w której ta separacja się dzieje i ta granica, która normalnie byłaby pewnie błoną komórkową w innym organellum, no ale tutaj będzie czymś innym.

Fantastyczne pytanie.

To jest tak naprawdę clue wszystkich badań obecnie prowadzonych nad separacją faz.

Kiedy dochodzi do tego przejścia?

Jakie warunki środowiskowe muszą zostać spełnione, żeby doszło do utworzenia tych organeli?

Bo gdy zadajemy takie pytanie, to jako naukowcy mamy też drugie, które się z tym bezpośrednio wiąże.

A te drugie mówi, jak jesteśmy w stanie to kontrolować, jak jesteśmy w stanie to przewidzieć.

Więc zadając to pytanie, tak naprawdę sugeruje już bieg badań, który obecnie jest prowadzony.

Ponieważ jeżeli jesteśmy w stanie kontrolować takie organelle, no to trzeba sobie wyobrazić, jesteśmy tymi architektami tego Flash Mobu.

W jaki sposób te białka będą ze sobą tańczyć, jaki będą ze sobą tworzyć kontakty.

A to się sprowadza do takiej większej historii, jak prowadzenie, jak bycie sercem fundamentalnych procesów w komórce.

Więc nie ma klasycznej odpowiedzi na to pytanie.

Zauważyliśmy na przestrzeni lat, że na przykład temperatura ma duże znaczenie, że wzrost temperatury bądź jej spadek w wyniku zmian warunków środowiskowych doprowadza te komórki do tworzenia się takich organelli, bo one się tworzą i znikają.

Zaobserwowaliśmy też na przykład, że

Zmiany na przykład poziomu stężenia soli, gdzie dochodzi do pewnych wahań w komórce, to one też mogą doprowadzać do tego procesu.

Stres na pewno do tego doprowadza, że tworzą się określone organele, które zabezpieczają najważniejsze białka, które pełnią określone funkcje w komórce przed degradacją, czyli przed zniszczeniem.

Jeżeli teraz trochę upadła wasza wizja świata, w której nagle okazuje się, że każda nasza komórka ma jeszcze jakieś inne dziwne rzeczy w środku, no to może dobrze, naturalny odruch.

Robiąc taki cliffhanger obiecałem, że zapytam o te białka, które są w środku.

No bo mówiłeś o tych sznurówkach, czyli tych nieuporządkowanych białkach, które tworzą tę strukturę tych kropel, ale w środku też są te inne białka, które same tych kropel nie tworzą, ale mają jakieś funkcje.

Jakie to są funkcje?

Jakbyśmy się teraz nad tym zastanawiali, to jest od ekspresji genów do absolutnie fundamentalnego utrzymywania dalszej informacji genetycznej.

Teraz powiedziałem coś super skomplikowanego, czuję się z tym bardzo źle, więc postaram się to wytłumaczyć w prostszy sposób.

Wiemy, to jest fundamentalna wiedza, że komórka posiada jądro komórkowe, które wysyła komunikaty do swojej zupy komórkowej, czyli poza jądrem komórkowym.

I wyobraźmy sobie, że to są takie listy.

Są listy z konkretną informacją, które mówią, moja maszyneria białkowa, która znajduje się wewnątrz tej zupy komórkowej, niech wyprodukuje określone białko, które będzie pełniło dalej określoną funkcję.

I teraz proszę sobie wyobrazić, że te białka nieuporządkowane, tworząc te organelle, doprowadzają do zahamowania przekazywania tej informacji.

I ten proces nazywa się wyciszaniem genów na przykład.

Polega to na tym, że informacja, czyli ten list, który ma zostać przekazany dalej do wyprodukowania konkretnych białek, ma na sobie stempel.

Nie czytamy tego.

Trafia to bezpośrednio do kosza na śmieci.

I taka organella bezbłonowa to jest taki niszczyciel tych listów.

I teraz, jak zadajesz mi pytanie, jakie inne funkcje mogą mieć te białka nieuporządkowane, jest ich mnóstwo.

Okazuje się, że wszystkie praktycznie fundamentalne procesy od utrzymywania energii w organizmie,

Po przekazywanie podstawowej informacji genetycznej jest sterowane w jakikolwiek sposób przez białka nieuporządkowane, które mogą mieć fragmenty nieuporządkowane albo mogą być są nieuporządkowane.

I teraz zadałeś też drugą część tego pytania, polegała na tym...

Te białka, które nie mogą samemu przeprowadzać tej separacji faz, no jak one się znajdują w środku?

One są zapraszane przez te białka nieuporządkowane przez to, że mogą utworzyć z nimi kontakt i teraz same w sobie one nie są w stanie też przechodzić tego zjawiska, no bo nie mają tej takiej struktury właśnie elastycznej.

I ja na przykład mogę tutaj skomentować to w taki sposób, że duża część tych białek jest absolutnie fundamentalna do utrzymywania życia.

I teraz, jeżeli zaczniemy się nad tym zastanawiać w perspektywie znajomości naszej biologii i biotechnologii, no to dochodzimy do wniosku, że bez białek nieuporządkowanych i bez tych organeli nie ma życia.

No bo jeżeli białka, które sterują utrzymywaniem naszego życia, są częścią tych organeli bezbłonowych chwilowo, a potem z nich wychodzą w wyniku tego, że dochodzi do następnego przejścia fazowego,

No to jeżeli to nie mówi o tym, jak ważny jest to proces dla naszej komórki i dla naszego życia, no to nic nam tego bardziej nie podpowie.

I wydaje mi się, że to też pytanie można byłoby rozszerzyć, prawda?

Jak bardzo powszechne jest to zjawisko?

Okazuje się, że wirusy, bakterie również opanowały ten proces.

I to totalnie zmienia sposób myślenia na temat tego zagadnienia, bo z czystej ciekawostki wchodzimy już w coś bardziej skomplikowanego, bo jeżeli ewolucyjnie ten proces w jakikolwiek sposób jest sterowany, no to dochodzimy do wniosku, że bez tego procesu nie ma życia.

Czy są rzeczy, które te komórki, czy tam funkcje może raczej, które białka mogą wykonywać będąc wewnątrz kropel, których nie mogłyby wykonywać poza kroplami?

A to jeżeli ci powiem, że do tych procesów dochodzi w wyniku tego procesu.

To znaczy do funkcji białek?

Białka zyskują funkcję dzięki temu, że ten proces zachodzi?

Nie, pomyśl o tym trochę w inny sposób.

Wiemy, że komórka ma silną kompartmentalizację.

Oznacza to, że najważniejsze białka są kolokalizowane w odpowiednich segmentach, w których dochodzi do pełnienia określonej funkcji, prawda?

Gdyby one nie były częścią tego segmentu, to nie doszłyby do tej funkcji, prawda?

Teraz wyobraź sobie, że w tej zupie komórkowej pływa 100 różnych białek, które w pewnym momencie są częścią lokalnego takiego Flash Mobu, są częścią tego segmentu, a potem rozchodzą się.

Czyli zbierają się po prostu przestrzennie do wykonania jakiejś konkretnej funkcji w danym punkcie.

I teraz zwróć uwagę, jak sami wykonaliśmy teraz ten szpagat totalnie umysłowy na temat tego tematu, zaczęliśmy się zastanawiać, czy przypadkiem to nie jest tak, że ich lokalne zagęszczenie w jednym miejscu ułatwia im pełnienie funkcji?

I tak naprawdę teraz odwołujemy się do fundamentalnych zagadnień, co to znaczy, że komórka jest silnie skompartmentalizowana.

Dlaczego niektóre najważniejsze białka lokalizują się konkretnie w tym miejscu?

No bo my już mieliśmy przywykli do myślenia, że wiemy, że to białko jest częścią mitochondriów, to białko jest częścią jądra komórkowego.

Wiemy, że ono tam jest, bo ma tam jakąś poważną funkcję do spełnienia.

I teraz, dlaczego jak przechodzimy na temat, że mówimy, że to są takie organele bezbłonowe jeszcze, które są częścią komórki, ale one za chwilę mogą zniknąć.

To nie wyobrażasz sobie tego zjawiska, że to jest po to, żeby pełnić funkcję.

Ja tak mówiłem na początku, że biolodzy przychodzą tylko, żeby jeszcze bardziej skomplikować ten obraz tego jajka z jakimiś rzeczami w środku, które jest komórką.

Na pewno ciężko wyobrazić sobie ten proces, dlatego odwołuję się tutaj do wszystkich słuchaczy, że jeżeli usłyszą termin separacja faz ciekłych, albo usłyszą właśnie ten molekularny flash mob, żeby wyobrazili sobie krople deszczu na szybie.

Te krople potrafią się ze sobą zlewać.

Do takiego samego zjawiska dochodzi wewnątrz naszych komórek w tej zupie komórkowej.

I okazuje się, że to nie jest tylko taki fantastyczny, ciekawy proces, który został odkryty i białka są w stanie przechodzić przejścia fazowe, zmieniać swoje stany skupienia.

Okazuje się, że zmiana tych stanów skupienia doprowadza do pewnych bardzo ważnych chorób.

W jakich chorobach na przykład możemy się dopatrzeć powiązań z tą separacją faz?

No bo to nie jest tak teoretyczny temat, jak mogłoby się wydawać.

W Polsce my jesteśmy mistrzami w fundamentalnych badaniach podstawowych, ale zawsze staramy się szukać jakiegoś zastosowania z takiego ciekawego tematu, co możemy wywnioskować dalej.

Wiemy na przykład, że w chorobie Alzheimera dochodzi do zwłóknień.

My w ogóle mamy olbrzymi problem z przekroczeniem tej bariery krew i mózg i okazuje się, że za te zwłóknienia odpowiedzialny jest proces separacji faz ciekłych.

To on doprowadza te krople w wyniku dojrzewania do tworzenia się tych włókien.

To jest w ogóle bardzo ciekawe, bo zdaje się, że przez tyle lat badań cały czas naukowcy nie mają tego sedna, tego pomysłu, skąd w ogóle się biorą te włókna, te blaszki.

Tak, bo my mamy cały czas problem bardzo duży z rozdzielczością.

Mamy bardzo duży problem z rozdzielczością.

Chcielibyśmy kontrolować bardzo specyficzne, selektywne procesy, które się dzieją w komórce, ale mamy kolosalny problem z tym, żeby je obserwować.

Dopiero jak coś się dzieje w skali mikro, to dopiero wtedy jesteśmy w stanie to obserwować na przykład na mikroskopach.

I mówimy tutaj o procesie tej separacji faz ciekłych, który jest w skali mikro.

I teraz, jeżeli się okazuje, że te zwłóknienia, tworzenie tych zwłóknień

Jest w wyniku procesu operacji FAS, to pojawia się pytanie, od którego żeśmy zaczęli.

Okej, i w jaki sposób zapobiegać temu procesowi, żeby nie dochodziło do tworzenia tych złukien?

No bo proszę sobie wyobrazić, jeżeli jesteśmy w stanie kontrolować, kiedy dochodzi do tej separacji FAS, albo czy w ogóle do niej dochodzi,

No to zabezpieczamy komórki nerwowe przed tworzeniem zługiem.

Zmienia to naszą postać podejścia do tej choroby, bo ona przestaje być już chorobą, jeżeli jesteśmy w stanie kontrolować ten proces.

I w przypadku ALS mamy podobny przypadek.

To separacja faz ciekłych doprowadza do takich zmian chorobotwórczych.

No i oczywiście tutaj się pojawia moje ulubione słowo, które jest spopularyzowane w Polsce i nie tylko na świecie.

Więc w przypadku nowotworów mamy olbrzymi problem z namnażaniem się komórek.

One w sposób niekontrolowany się namnażają.

Okazuje się, że dochodzi do nich namnażania w wyniku tworzenia się kropel białkowych organeli bezbłonowych w wiądrze komórkowym.

Więc jeżeli jesteśmy w stanie kontrolować, kiedy dochodzi do tworzenia się tych organeli bezbłonowych, które kierują tym procesem i wysyłają te listy do wnętrza komórki, no to jesteśmy w stanie kontrolować i może nie zapobiegać, to nie jest złoty środek na chorobę nowotworową, ale jesteśmy w stanie zaproponować komuś czas.

Bo jesteśmy w stanie to kontrolować.

Trochę tak jak z badaniami z HIV, prawda?

Na przestrzeni ostatnich 30 lat opanowaliśmy w taki sposób farmakologię, że jesteśmy w stanie kogoś, wydłużyć komuś życie, przedłużyć to życie i tak naprawdę zahamować tą chorobę.

Nie uleczyć kogoś.

Więc tak samo jest w tym też przypadku.

Ja na przestrzeni ostatnich dwóch lat prowadziłem swój własny projekt badawczy, który bezpośrednio jest związany właśnie z nowotworami, nie tylko.

I to był pierwszy projekt w Polsce poświęcony separacji faz ciekłych.

Miałem to szczęście, że na przestrzeni swojego doktoratu byłem częścią pionierskiej grupy prowadzoną przez profesor Annę Niedźwiecką.

W moim odczuciu jedną z najwybitniejszych biofizyków molekularnych w Polsce.

I mając taką schedę przed sobą, człowiek nabiera perspektywy i też tej ciekawości do świata.

I wydaje mi się, że to napędziło ten projekt.

I ten projekt był poświęcony właśnie zjawisku separacji faz ciekłych, właśnie z organelami bezbłonowymi, które kierują procesem, który nazywany jest wyciszaniem genów.

Teraz w zeszłym roku, na pewno wiesz Kacper, została przyznana Nagroda Nobla za odkrycie krótkich cząsteczek, które nazywają się mikroRNA.

I te cząsteczki mikroRNA, dlatego są tak ważne, ponieważ to one sterują tym, która informacja, który list

Zostanie dostarczone, a który nie.

I moje badania były poświęcone temu, w jaki sposób dochodzi do oddziaływania kontaktu pomiędzy specyficznymi białkami, które regulują przystęplowanie tego listu z informacją nieczytać.

Te badania doprowadziły do wytłumaczenia, że te organele bezbłonowe bez obecności tego białka najprawdopodobniej nie byłyby w stanie się utworzyć.

Więc okazuje się, że jest takie konkretnie jedno białko i okazuje się, że to białko jest absolutnie kluczowe do utworzenia tych organeli bezbłonowych.

Jest częścią 99 innych białek, które są częścią tej organeli bezbłonowych, ale przez lata było

To białko dyskredytowane jako taki, że ono po prostu ściąga ze sobą, czyli zaprasza do tych organeli inne białko i to jest jedna ich funkcja.

No okazuje się, że bez tego białka nie jesteśmy w stanie funkcjonować.

Wszystkie próby na przykład zablokowania tworzenia się tego białka w komórkach są letalne.

Wszystkie.

Więc to jeszcze bardziej podkreśla wagę tego zagadnienia, że proszę sobie wyobrazić, że jeżeli bez tego białka nie jesteśmy w stanie utworzyć organeli bezbłonowych, to komórka nie stanie żyć.

No więc tutaj tworzy się z tego super skomplikowany temat, więc miałem tą przyjemność przez dwa lata prowadzić taki projekt badawczy i zachęcam wszystkich doktorantów, żeby próbowali innowacyjnych podejść i w szczególności bardzo ryzykownych projektów i szedł.

Tak dłuższego czasu rozmawiamy sobie o biologii, ale przypomnę jeszcze może o twoją afiliację, Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk, więc to tak na końcu jeszcze cię zapytam.

Jak się odnajdujesz na tej granicy faz, żeby tak do tego nawiązać?

No bardzo dobre pytanie, bardzo dobre pytanie.

Wiesz, na pewno problem mamy duży w Polsce z interdyscyplinarnością uważam.

Mamy takie dyscypliny jak biotechnologia, biologia z granicy z technologią, prawda?

Mamy też biologię i chemię i kiedyś takie dyscypliny w Polsce istniały interdyscyplinarne jak biochemia i biofizyka, czyli biologia z fizyką bądź biologia z chemią.

Dyscyplina w tym momencie, biofizyka i biochemia nie istnieje.

I teraz, żeby wywołać uśmiech na twojej twarzy, mamy instytuty w Polsce, które nazywają się Instytut Biochemii i Biofizyki PAN.

No to skoro biochemia i biofizyka nie istnieją, to ten instytut powinien nazywać się Instytut I. Instytut I PAN.

Międzynarodowa współpraca też pomiędzy innymi grupami, znajomość tego, że ktoś jest bardzo mocny z biologii, ktoś jest bardzo mocny z chemii, ktoś jest bardzo dobry z fizyki.

Taka współpraca doprowadza do bardzo ciekawych wyników, które mogą zmienić świat.

I być może w ten sposób, w takim podejściu, gdyby Polska w to zainwestowała i zainwestowała w tę innowacyjność,

To być może nie mielibyśmy tych rozmów co roku, prawda?

Kiedy będzie Polski Nobel, tak?

Kiedy dojdzie do tego wielkiego odkrycia.

Inwestujmy w młodych ludzi i inwestujmy w ryzykowne pomysły.

Nie bez przyczyny to mówię.

Wszystkie agencje finansowane, bardzo duże, które są europejskie, mają w swoich regulaminach wpisany punkt high risk, high reward.

Więc jeżeli będziemy inwestowali w krótkie strzały, w badania, które są, jakby już zostały wdrożone,

Popularyzują jakieś konkretne dane na temat, które zostały ugruntowane.

No to będziemy prowadzili dobre badania, tak?

Ale żeby zrobić wybitne, to musimy ryzykować.

I trzeba wtedy czuć brzemię, że może się nie udać.

To jest też okej, bo zaryzykowaliśmy w projekcie, który może coś zmienić rzeczywiście i wprowadzić różnicę.

I takim apelem kończy opowieść o separacji faz ciekłych.

Michał Białobrzeski, doktorant z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk.

Dziękuję ci bardzo za rozmowę.

Dzięki bardzo, dziękuję państwu.