Zaczynała od marzeń o archeologii i paleontologii, ale ostatecznie wybrała biologię molekularną. Dziś prof. Zofia Szweykowska-Kulińska bada RNA i próbuje zrozumieć, w jaki sposób niewielkie cząsteczki pozwalają roślinom sterować aktywnością genów i reagować na suszę, wysoką temperaturę czy infekcję

Academia: Pochodzi pani z rodziny związanej z nauką. Oboje rodzice zajmowali się roślinami. Miała pani w ogóle szansę nie zostać biologiem?

Prof. Zofia Szweykowska-Kulińska: Myślę, że miałam. Moje pierwsze zainteresowania szły właściwie w stronę archeologii. Byłam pewnie w szóstej czy siódmej klasie i nawet zakopywałam w ziemi filiżanki, mówiąc, że za sto lat ktoś je odkryje i będą zabytkiem. Później zainteresowałam się paleontologią i pracami Zofii Kielan-Jaworowskiej. Gdyby na biologii w Poznaniu można było wtedy studiować paleontologię, nie wiem, jak potoczyłoby się moje życie. Ostatecznie najbardziej nowoczesnym i dobrze rokującym kierunkiem wydawała się jednak biologia molekularna. Poszłam więc w tę stronę i nie żałuję.

W domu biologia była oczywiście stale obecna, przede wszystkim za sprawą taty. Pamiętam wakacje, podczas których ciągle szukał jakichś roślin. Jedną z nich była arnika. Wreszcie gdzieś na łące, chyba na Mazurach, ją znaleźliśmy i tata odstawił dziki taniec radości. Z siostrą zbierałyśmy też dla niego tojady w Tatrach. Ludzie pytali nas, po co je zbieramy i czy mają jakieś właściwości zdrowotne, a my byłyśmy bardzo dumne, że robimy to w celach naukowych.

Pani zeszła jednak na znacznie niższy poziom badania funkcjonowania roślin. Co jest tak fascynującego w RNA, że można mu poświęcić dużą część naukowego życia?

Ma kilka właściwości niezbędnych dla systemów biologicznych. Może przechowywać informację, uczestniczyć we własnym odtwarzaniu, przeprowadzać reakcje chemiczne, czyli działać katalitycznie, a także ulegać mutacjom, które umożliwiają ewolucję i przystosowanie do zmieniających się warunków. Białka są znakomitymi katalizatorami, ale nie mają  pamięci molekularnej: nie mogą się same odtworzyć bez udziału kwasów nukleinowych. To pokazuje, jak szczególną cząsteczką jest RNA.

Ale w nauce często zajmujemy się czymś również trochę przez przypadek. Jako studentka trafiłam do zakładu profesora Jacka Augustyniaka, który zajmował się cząsteczkami tRNA. Izolowaliśmy je, identyfikowaliśmy zmodyfikowane nukleozydy, a później zaczęliśmy badać geny tRNA i ich transkrypcję. Można więc powiedzieć, że przez całe życie naukowe zajmowałam się krótkimi cząsteczkami RNA. Później, w latach 90. XX wieku, odkryto kolejną ich klasę – mikroRNA. Początkowo wydawało się, że może to być osobliwość nicieni. Później okazało się, że podobne cząsteczki występują także u innych organizmów. Stało się jasne, że mamy do czynienia z czymś znacznie bardziej uniwersalnym i ważnym.

MikroRNA zajmuję się od około 2006 roku. To jest bardzo ciekawa przygoda, bo początkowo wiedzieliśmy o tych cząsteczkach stosunkowo niewiele. Można było badać zarówno sposób ich powstawania, jak i funkcje. Mnie obecnie szczególnie interesują właśnie te drugie, bo takie badania prowadzą badacza później do różnorodnych procesów zachodzących w komórce i pokazują, jak wiele z nich mikroRNA potrafi kontrolować.

I za co odpowiada to mikroRNA?

Jest regulatorem aktywności wielu genów. W dużym uproszczeniu informacja zapisana w DNA zostaje najpierw przepisana na RNA (mRNA), a na jego podstawie powstaje później białko. Mamy więc przepływ informacji: DNA – mRNA – białko. MikroRNA działa właśnie na tym środkowym poziomie. Możemy je nazwać swego rodzaju siłami szybkiego reagowania. W pewnym momencie rozwoju organizmu jakiegoś białka może być potrzebne bardzo dużo. Później jego rola się kończy i powinno szybko zniknąć. Jeżeli usuniemy mRNA będące pośrednikiem między genem a białkiem, nie będzie już materiału, z którego można produkować kolejne jego cząsteczki. W ten sposób można stosunkowo szybko wyciszyć aktywność genu. Tak właśnie działają mikroRNA – redukują ilość pośrednika – mRNA – pomiędzy DNA i białkiem.

Mamy na przykład dużą grupę cząsteczek mikroRNA kontrolujących między innymi kwitnienie, budowę liści czy korzeni, ale mamy też wiele takich, które uczestniczą w odpowiedzi na różne stresy: suszę, zasolenie, wysoką temperaturę czy atak patogenów.  

Kiedy dwu- czy trzytygodniowy jęczmień zostanie poddany działaniu wysokiej temperatury, przestaje się krzewić, a kiedy ogranicza krzewienie, późniejszy plon ziarna jest niższy. Odkryliśmy, że za tą odpowiedzią stoi określone mikroRNA i stworzyliśmy rośliny, w których usunęliśmy element odpowiedzialny za jego uruchamianie pod wpływem wysokiej temperatury. To ciekawy przykład, bo z punktu widzenia człowieka ta naturalna reakcja jest niekorzystna: chcemy przecież, żeby jęczmień dobrze plonował. Tyle że rośliny nie powstały po to, żeby dawać nam jak największe zbiory, a zahamowanie krzewienia może być dla rośliny sposobem obrony w trudnych warunkach przed wyczerpaniem zasobów.

Co z tej wiedzy wynika dla rolnictwa? 

Dzięki znajomości procesów metabolicznych i odpowiedzi roślin na niekorzystne warunki możemy próbować modyfikować je tak, aby rośliny uprawne lepiej sobie w tych warunkach radziły.

Każda selekcja hodowlana jest zresztą pewną formą ingerencji. Od tysięcy lat człowiek wybiera mutanty, które mają korzystne dla niego cechy: lepiej plonują, mają większe ziarna czy inne pożądane właściwości. Technologie takie jak CRISPR-Cas pozwalają nam dzisiaj zmieniać rośliny precyzyjnie. Można więc dążyć do uzyskania odmian lepiej znoszących niedobór wody czy wysoką temperaturę, choć oczywiście całkowicie bez wody i przy temperaturze rzędu 50 stopni będziemy bezradni. 

Bada pani mikroRNA od około 20 lat. Jak przez ten czas zmieniła się praca biologa molekularnego?

Jestem tradycyjnym biologiem molekularnym, choć korzystam z prostszych narzędzi bioinformatycznych. Przy bardziej zaawansowanych analizach potrzebna jest współpraca z bioinformatykami. Bez nich ani rusz. Do tego dochodzi sztuczna inteligencja. Mamy narzędzia, do których można wprowadzić publikacje i własne wyniki, a one potrafią pomóc je zinterpretować i podpowiedzieć, co warto zbadać dalej. Jeżeli dochodzimy do takiego etapu, pojawia się pytanie: jaka pozostaje rola badacza?

Sama używam sztucznej inteligencji przede wszystkim jako tłumacza czy narzędzia do korekty tekstu. Wyobraźmy sobie jednak, że interesuje mnie jakieś białko. Mogę wprowadzić kilkaset publikacji na jego temat i zapytać, czy w którejkolwiek wspomniano, że uczestniczy ono w mejozie u roślin. Maszyna może te prace przejrzeć i znaleźć w kilka sekund coś, czego ręczne wyszukiwanie zajęłoby mi bardzo dużo czasu. To niezwykle przyspiesza pracę. Problem zaczyna się wtedy, kiedy maszyna sama podsunie pomysł, na który my nie wpadliśmy. Czyje jest wtedy odkrycie? Czy możemy powiedzieć, że to nasze dzieło, skoro to my dostarczyliśmy dane, ale odpowiedź znalazła maszyna?

Nie mam jeszcze na to jednoznacznej odpowiedzi. Wiem natomiast, że tego problemu nie unikniemy. Będziemy musieli poradzić sobie z nim również etycznie.

Co po tylu latach nadal daje pani największą radość w tej pracy? Zapewne nie jest to pisanie i ocenianie wniosków grantowych.

Ani pisanie, ani ocenianie. Największą radość daje moment odkrycia. Czasami badania trwają kilka lat. Próbujemy dowiedzieć się, dlaczego coś dzieje się właśnie w taki a nie inny sposób, stawiamy hipotezy, robimy kolejne doświadczenia i nagle przychodzi moment, kiedy zrozumiemy. To naprawdę chwila szczęścia. Ogromna satysfakcja i intelektualne spełnienie. Chyba właśnie dlatego ciągle przychodzimy do tej pracy. Bo nas to kręci.

Prof. Zofia Szweykowska-Kulińska – biolog molekularna, profesor na Wydziale Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, związana z Zakładem Ekspresji Genów Instytutu Biologii Molekularnej i Biotechnologii. Bada metabolizm RNA u roślin, w szczególności powstawanie i funkcje mikroRNA oraz ich udział w odpowiedzi roślin na stres środowiskowy. Członkini korespondentka Polskiej Akademii Nauk od 2020 roku, zastępczyni przewodniczącego Rady Kuratorów Wydziału II Nauk Biologicznych i Rolniczych PAN oraz członkini Academia Europaea i EMBO. 

• Nauki biologiczne i rolnicze