Żeby leczyć, trzeba najpierw zrozumieć

Zajmuje się pan taką dziedziną, której nawet przez dobry mikroskop trudno się przyjrzeć. Co pana w tym tak wciągnęło?

Zajmuję się biologią molekularną, czyli procesami zachodzącymi w żywych organizmach, ale analizowanymi na poziomie pojedynczych cząsteczek i oddziaływań między nimi. Dla kogoś, kto na co dzień nie ma kontaktu z biologią, najprościej będzie powiedzieć, że zajmuję się DNA i białkami.

A co jest w tym fascynujące? Przede wszystkim to, że właśnie tutaj znajdują się podstawy życia. Jeśli wyobrazimy sobie dowolną komórkę naszego organizmu – a mamy ich od około 10¹³ do 10¹⁵ – to w każdej sekundzie zachodzą w niej tysiące reakcji. To, jak żyjemy, funkcjonujemy i co dzieje się z naszym organizmem, zależy od procesów zachodzących właśnie w tych komórkach.

Z jednej strony te procesy są determinowane przez zapisane w DNA – czyli materiale genetycznym – informacje, a z drugiej przez wpływ środowiska. Życie jest nieustanną interakcją między tym, co zostało zakodowane, a tym, jak odpowiadamy na bodźce z otoczenia. Dochodzi do tego proces uczenia się – nie tylko w sensie psychologicznym, ale również biochemicznym. Nasze doświadczenia pozostawiają ślad w funkcjonowaniu organizmu. Jeśli dodamy jeszcze komunikację między komórkami i narządami, choćby za pośrednictwem hormonów, otrzymamy ogromną sieć zależności decydujących o naszym życiu. Dla mnie fascynujące jest dążenie do zrozumienia, jak ten system działa.

Z drugiej strony czasem wystarczy pojedynczy błąd w zapisie informacji genetycznej, by doprowadzić do bardzo poważnej choroby. Zrozumienie, dlaczego pozornie niewielka zmiana może mieć ogromne konsekwencje, jest kolejnym fascynującym wyzwaniem.

Pana zespół pracował nad jedną z takich chorób, zespołem Sanfilippo. Co udało się osiągnąć?

Zajmujemy się kilkoma takimi chorobami, ale rzeczywiście zaczynaliśmy od choroby Sanfilippo.

Wszystkie choroby genetyczne zaliczane są do chorób rzadkich, czyli występujących u mniej niż jednej osoby na dwa tysiące urodzeń. Problem polega na tym, że takich chorób są tysiące. Gdy policzymy je łącznie, okazuje się, że dotyczą około 10 proc. społeczeństwa. To około 30 mln chorych w Europie i kolejnych 30 mln w Ameryce Północnej. Często to schorzenia o ciężkim przebiegu. Wyłączają z normalnego życia nie tylko pacjentów, ale również część ich rodzin. Gdy spojrzymy na problem w ten sposób, okazuje się, że choroby rzadkie wcale nie są rzadkie. Każda z nich jest jednak inna. Nie istnieje jeden mechanizm odpowiadający za wszystkie ani jeden lek, który mógłby je wszystkie leczyć.

Choroba Sanfilippo należy do grupy mukopolisacharydoz. W wyniku defektu genetycznego brakuje w organizmie jednego z enzymów odpowiedzialnych za rozkład glikozoaminoglikanów. Są to związki niezbędne do funkcjonowania organizmu, które stale powstają. Problem pojawia się, gdy nie mogą być rozkładane i zaczynają gromadzić się w komórkach. To uruchamia całą kaskadę procesów prowadzących do bardzo ciężkich objawów. Próbowaliśmy zrozumieć mechanizm choroby. Mogłoby się wydawać, że sytuacja jest prosta – jeden gen, jeden brakujący enzym. Tymczasem gdy zaczyna się analizować funkcjonowanie komórek, okazuje się, że zaburzonych zostaje bardzo wiele procesów.

Wieloletnie badania pokazały, że jeśli uda się spowolnić syntezę związków, które nie mogą być prawidłowo rozkładane, można częściowo przywrócić równowagę. U zdrowych osób wysoka efektywność syntezy jest równoważona równie skuteczną degradacją. U pacjentów degradacja praktycznie nie działa. Jeżeli obniżymy tempo syntezy, możemy częściowo wyrównać ten bilans.

Pytanie brzmiało, jak zrobić to bez szkody dla organizmu. Odpowiedź zajęła nam wiele lat. Udało się wykazać, że można wykorzystać związki pochodzenia naturalnego hamujące konkretne białka, które wpływają na aktywność genów kodujących inne białka, odpowiedzialne za syntezę tych substancji. Później doszły kolejne mechanizmy, między innymi stymulowanie procesów usuwania niepotrzebnych związków z komórek. Najważniejsza lekcja płynąca z tych badań jest jednak szersza. Aby zaproponować jakąkolwiek skuteczną terapię, najpierw trzeba dokładnie zrozumieć mechanizm choroby. Inaczej działamy po omacku.

Ludziom często wydaje się, że nauka to profesor siedzący samotnie w laboratorium przy mikroskopie i dokonujący odkryć. Tymczasem zwłaszcza w tej dziedzinie są to multidyscyplinarne zespoły. Jak wygląda taka praca?

Jedna osoba nie jest dziś w stanie zrobić wszystkiego sama, przynajmniej w naukach eksperymentalnych. Pracują całe zespoły specjalistów. Ktoś zajmuje się mikroskopią elektronową, ktoś inny badaniami na zwierzętach, ktoś hodowlami komórkowymi. Są osoby klonujące geny, oczyszczające białka, analizujące wyniki. Oczywiście jedna osoba mogłaby wykonywać wszystkie te zadania, ale zajęłoby to tak dużo czasu, że nigdy nie osiągnęlibyśmy poziomu wiedzy, który mamy dziś. Współczesna nauka opiera się na specjalizacji i współpracy.

Żałuję, że nie mam już czasu pracować w laboratorium, bo obowiązków jest bardzo dużo. Rola kierownika zespołu polega dziś przede wszystkim na koordynowaniu badań. Trzeba śledzić literaturę naukową, zastanawiać się, czego jeszcze nie wiemy, zdobywać finansowanie i organizować pracę zespołu. Bardzo często pracujemy również w międzynarodowych konsorcjach. W zależności od projektu współpracujemy z zespołami z Niemiec, Francji, Włoch czy Stanów Zjednoczonych. Jedni wykonują określone eksperymenty, inni dysponują aparaturą albo wiedzą, której my nie mamy. To niezwykle dynamiczne środowisko.

„Chwilę” już się pan tym zajmuje...

Czterdzieści lat.

Jak bardzo przez ten czas zmieniła się biologia?

Ogromnie. Kiedy zaczynałem pracę w laboratorium, większość odczynników trzeba było przygotowywać samodzielnie. Jeśli chciałem badać jakieś białko, najpierw musiałem sklonować odpowiedni gen, wyprodukować białko, oczyścić je, wywołać produkcję przeciwciał u zwierzęcia, a następnie te przeciwciała wyizolować. Dopiero wtedy miałem narzędzie do dalszych badań. Dziś większość takich rzeczy można po prostu kupić.

Czterdzieści lat temu nie było reakcji PCR. Każde klonowanie genu oznaczało mozolną pracę z fragmentami DNA. Dzisiaj namnażanie wybranego odcinka materiału genetycznego jest codzienną procedurą. Podobnie wygląda sytuacja z metodami analitycznymi. Pamiętam czasy, kiedy przy oczyszczaniu białek siedziało się przy kolumnie chromatograficznej i ręcznie zbierało kolejne frakcje do probówek. Dziś większość takich procesów jest zautomatyzowana.

Nie oznacza to, że pracy jest mniej. Po prostu znacznie szybciej odpowiadamy na pytania i możemy przechodzić do kolejnych problemów badawczych. Tempo rozwoju wiedzy jest dziś nieporównywalnie większe niż kiedyś.

Jak w tym wszystkim odnajduje się polska nauka? W czym radzimy sobie dobrze, a w czym gorzej?

Mamy świetnych naukowców. Oczywiście nie każdy gra w ekstraklasie, jest również druga i trzecia liga, ale to nie znaczy, że ci ludzie są mniej potrzebni. Razem tworzą środowisko naukowe. Naszą największą siłą są właśnie ludzie.

Słabością jest oczywiście finansowanie, ale moim zdaniem jeszcze większym problemem pozostaje organizacja. Nie waham się tego powiedzieć. Przepisy dotyczące nauki są w ogromnym stopniu niedostosowane do specyfiki badań naukowych. Próbuje się stosować te same zasady do nauki i do wielu innych rodzajów działalności. Tymczasem nauka jest wyjątkowa. To jedyna tak poważna działalność człowieka, w której nie jesteśmy w stanie przewidzieć rezultatu. Nauka z definicji polega na odkrywaniu rzeczy nieznanych. Gdybyśmy wiedzieli, co odkryjemy, nie byłoby czego odkrywać.

Budowę autostrady można szczegółowo zaplanować. Wiadomo, jaki jest cel, jakie będą kolejne etapy i jakie technologie trzeba zastosować, aby za kilka lat uzyskać zamierzony efekt. Nauka jest zupełnie inna. Jeśli ktoś oczekuje od naukowca, że dokładnie opisze, czym będzie zajmował się za trzy lata, to jest to nierealne. Ja nie wiem, jakie eksperymenty będą wykonane za tydzień, bo będzie to zależało od wyników, które otrzymam jutro.

Największym problemem jest jednak sposób kontroli badań. W zarządzaniu mówi się o kontroli procesu i kontroli efektów. W przypadku nauki sens ma przede wszystkim kontrola efektów. Jeżeli ktoś przyznaje mi grant, po kilku latach powinien zapytać: co zrobił pan za te pieniądze? Jeśli nic – nie powinienem dostać kolejnego finansowania. Jeśli osiągnąłem wartościowe wyniki – powinienem mieć możliwość dalszego prowadzenia badań. Tymczasem bardzo często kontrolowany jest drobiazgowo sam proces, co w nauce nie ma najmniejszego sensu i tylko bardzo utrudnia i spowalnia pracę, w wyniku czego badania są znacznie mniej efektywne. Prace naukowe wymagają ogromnego skupienia się na samych badaniach, a każde oderwanie naukowca od eksperymentów czy analiz, na przykład tylko po to, aby wypełnić kolejne formularze, skutkują drastycznym spadkiem wydajności uzyskiwanych wyników. Monstrualna biurokracja to wielka słabość polskiej nauki.

Niepokoi mnie rosnące przywiązanie do wskaźników. Jeśli zapytamy, jaki powinien być podstawowy cel naukowca, odpowiedź jest prosta – odkrywanie i dążenie do zrozumienia świata. Tymczasem coraz częściej celem stają się punkty, wskaźniki, liczba publikacji czy kolejne stopnie naukowe. To bardzo niebezpieczne. Kiedy ktoś jest rozliczany przede wszystkim z liczby publikacji, pojawia się pokusa pójścia na skróty i szybkiego opublikowania czegoś, co nie zostało jeszcze wystarczająco zweryfikowane. W skrajnych przypadkach prowadzi to do oszustw naukowych. W niektórych krajach presja jest tak duża, że stało się to poważnym problemem. Tymczasem liczy się nie liczba publikacji, lecz to, czy rzeczywiście dowiedzieliśmy się czegoś nowego.

Dodatkowym wyzwaniem jest coraz powszechniejsze wykorzystywanie sztucznej inteligencji do analizowania danych. To bardzo potężne narzędzie w badaniach, ale jeśli do obiegu trafiają sfałszowane wyniki, to mogą zostać wykorzystane również przez takie systemy. W efekcie kolejne analizy zaczynają bazować na błędnych podstawach. To wyjątkowo niebezpieczne dla nauki i powinniśmy znaleźć sposoby na zminimalizowanie tego zagrożenia.

Co sprawia, że nauka po 40 latach nadal daje panu frajdę?

Najważniejszy pozostaje sam cel – poznanie i zrozumienie świata. Musimy pamiętać, że w nauce nie ma tematów ważnych i nieważnych. Pandemia COVID-19 pokazała to bardzo wyraźnie. Koronawirusy były znane od dawna i przez wiele osób uznawane za niszowy temat badań. Gdyby jednak wcześniej nie było naukowców zajmujących się nimi przez lata, bylibyśmy wobec pandemii znacznie bardziej bezradni. Podobnie było po katastrofie ekologicznej na Odrze. Nagle okazało się, że potrzebujemy specjalistów zajmujących się organizmami, które wcześniej wydawały się mało istotnym obiektem badań. To właśnie nadal mnie fascynuje. Aby skutecznie reagować na nieprzewidziane problemy, musimy jak najlepiej rozumieć świat. A to oznacza odkrywanie, zadawanie pytań i szukanie odpowiedzi. W tym właśnie tkwi sens nauki. Wszystko inne powinno być jedynie narzędziem pomagającym ten cel realizować.

Wywiad opublikowano na stronie internetowej Academii – portalu Polskiej Akademii Nauk.

Przeczytaj także: „Victor Ambros o RNA, dezinformacji i zaufaniu do nauki”.