Wywiad z dr hab. Anną Bodzoń-Kułakowską, prof. AGH
Moja fascynacja chemią rozpoczęła się w szkole średniej (1995-1999, VII Liceum Ogólnokształcące im. Zofii Nałkowskiej), w tym czasie uczęszczałam do klasy z językiem angielskim jako językiem obcym oraz miałam indywidualny tok nauczania z chemii. Uczęszczałam również do Szkoły Muzycznej I i II stopnia w Krakowie w klasie wiolonczeli i fortepianu (1993-1998). Studia na Uniwersytecie Jagiellońskim rozpoczęłam w 1999 roku. W 2003 roku napisałam projekt studencki w Zakładzie Neurobiochemii. Tak zaczęła się moja przygoda z biochemią i neurobiologią.
W 2004 roku przebywałam przez trzy miesiące na Uniwersytecie Vrije w Amsterdamie w ramach programu Socrates-Erasmus. W czerwcu 2004 roku obroniłam pracę magisterską zatytułowaną: "Analiza proteomu w astrocytach zależnych od morfiny" i pod opieką profesora Jerzego Silberringa rozpoczęłam studia doktoranckie. Stopień doktora uzyskałam w maju 2009 r., a rozprawa nosiła tytuł: "Analiza proteomiczna hodowli komórek neuronalnych i astrocytów po podaniu morfiny". Moje badania po doktoracie związane były z technikami obrazowania powierzchni za pomocą spektrometrii mas i zaowocowały obroną rozprawy habilitacyjnej pod tytułem „Zastosowanie spektrometrii mas typu DESI do obrazowania materiału biologicznego”. Obecnie kontynuuję badania w zakresie obrazowania powierzchni za pomocą spektrometrii mas wykorzystując technikę MALDI.
Kluczowym etapem mojej kariery naukowej okazał się przypadek. Zrządzeniem losu znalazłam się w grupie studentów na specjalizacji „Chemia biologiczna” na Wydziale Chemii UJ, przypisanych do tematu „Proteomika”. Pozwoliło mi to uczestniczyć w laboratoriach prowadzonych w Zakładzie Neurobiochemii UJ co zakończyło się otrzymaniem propozycji pisania tam pracy magisterskiej i związało mnie ze wspaniałą grupą pracujących tam ludzi. W 2009 roku przenieśliśmy się całym zespołem na AGH i obecnie jako Zespół Biochemii i Neurobiologii wchodzimy w skład Katedry Chemii Analitycznej i Biochemii na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH.
Nagroda Zespołowa III stopnia Imienia Profesora Władysława Taklińskiego za opracowanie i wdrożenie wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych z zakresu biochemii w Katedrze Biochemii i Neurobiologii na Wydziale inżynierii Materiałowej i Ceramiki, AGH, oraz organizację i wyposażenie nowoczesnych pracowni studenckich, publikację książek i podręczników.
Biochemia, proteomika i lipidomika centralnego układu nerwowego, procesy uzależnienia od substancji psychoaktywnych, techniki obrazowania powierzchni za pomocą spektrometrii mas, hodowla komórek in vitro, analiza oocytów.
Zastosowanie obrazowania powierzchnii za pomocą spektrometrii mas (ang. Mass Spectrometry Imaging) do badania zmian molekularnych w uzależnieniu od morfiny i do badania zmian w lipidomie i proteomie oocytów.
Od pojedynczych komórek do złożonych układów - zmiany molekularne wykrywane za pomocą technik spektrometrii mas
Techniki spektrometrii mas zrewolucjonizowały badania biochemiczne. Pozwalają one na analizę makromolekuł w materiale biologicznym i badanie zmian jakim podlegają pod wpływem różnych procesów. W laboratorium Zespołu Biochemii i Neurobiologii pracuje grupa o bardzo dużym doświadczeniu w badaniach proteomicznych i obrazowaniu powierzchni za pomocą spektrometrii mas (MSI ang. mass spectrometry imaging). Proteomika to technika, pozwalająca na analizę białek. Wynikiem badań proteomicznych jest wskazanie zmian zarówno jakościowych jak i ilościowych w białkach badanego modelu pod wpływem różnych czynników. Efektem może być rozpoznanie możliwości wpływu na określony proces w organizmie (np. zastosowanie inhibitora, jeśli podłożem wykrytej zmiany jest dysfunkcyjny enzym). Z kolei techniki MSI pozwalają na uzyskanie widm masowych charakterystycznych dla punktów na badanej powierzchni. Intensywność uzyskanych pików pozwala ocenić w przybliżeniu ilość danej substancji w określonym miejscu. Połączenie informacji z widm masowych, z ich lokalizacją na powierzchni pozwala na zobrazowanie rozmieszczenia substancji w materiale podlegającym analizie. W rutynowo stosowanej przez nas technice MALDI możliwe jest badanie zmian w rozmieszczeniu i ilości określonych lipidów, oraz białek w próbkach biologicznych. Ma to znaczenie zwłaszcza w analizach tkanek mózgu, który jest złożony z różnych struktur. Ich odrębność jest kluczowa i możliwa do zachowania i wizualizacji przy analizach MSI.
W oparciu o te strategie badamy dwa intrygujące zagadnienia: zmiany molekularne w tkankach centralnego układu nerwowego pod wpływem podawania morfiny i zmiany molekularne w oocytach ssaczych. Pozorna rozbieżność tematyki wynika z zastosowania doskonalonego przez lata warsztatu badawczego do rozstrzygnięcia serii zagadnień w ramach współpracy z bardzo dobrymi zespołami badawczymi z wykorzystaniem dostępnych nam technik analitycznych. Uzależnienie od narkotyków jest problemem medycznym, społecznym i ekonomicznym. Rozwikłanie jego molekularnych podstaw pozwoli na znalezienie skutecznych metod farmakologicznego leczenia, a metody analizy stosowane w naszym zespole uwzględniają złożoność przestrzenną centralnego układu nerwowego. Oocyty to szczególny rodzaj materiału, gdzie ważna jest indywidualna zmienność pojedynczej komórki. Może ona wpływać na jej potencjał rozwojowy w procedurze in vitro. Wiele procesów związanych z metabolizmem oocytów nadal pozostaje niewyjaśnionych.Poznanie ich będzie miało ogromne znaczenie m.in. dla ratowania
wymierających gatunków, dla których jedną z istniejących możliwości uzyskania potomstwa są procedury in vitro. W naszym laboratorium opracowaliśmy unikalną metodologię pozwalającą na analizę oocytów z wykorzystaniem MSI i technik proteomicznych. Pozwala to na szczegółowe analizy molekularnych podstaw procesu zapłodnienia na modelu ssaczym w postaci reprezentatywnego i bazującego na dostępnym materiale weterynaryjnym modelu oocytów kocich. Badania te prowadzone są w ścisłej współpracy z grupą pani profesor Wiesławy Młodawskiej, z Katedry Rozrodu, Anatomii i Genomiki Zwierząt, z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. Proponowane przez nas badania opierają się o zastosowanie innowacyjnych technik analitycznych związanych ze spektrometrią mas (analizy proteomiczne w oparciu o ilościowe techniki znakowania izotopowego TMT, obrazowanie powierzchni za pomocą spektrometrii mas) a także dotyczą palących problemów, zarówno medyczno-socjologicznych (uzależnienie od narkotyków), jak i związanych z ochroną i ratowaniem środowiska naturalnego.
Uzależnienie to problem, którego społeczeństwo stara się nie zauważać lub ignorować. Niestety zmiany społeczne, niedawna pandemia COVID-19, coraz wyższe tempo życia i presja społeczna sprawiają, że coraz więcej osób coraz częściej sięga po substancje pozwalające zapomnieć na chwilę o otaczających nas problemach. Problem uzależnienia od opioidów pojawił się nawet w kampanii prezydenckiej Hilary Clinton w Stanach Zjednoczonych, gdzie przez kryzys opioidowy w 2008 liczba zgonów na skutek przedawkowania przewyższyła liczbę śmiertelnych ofiar wypadków samochodowych, a przedawkowanie stało się głównym powodem śmierci z przyczyn innych niż naturalne. Zrozumienie molekularnych zmian jakie zachodzą w mózgu na skutek działania narkotyków i uzyskanie możliwości ingerencji w proces uzależnienia być może pozwoli na znalezienie skuteczniejszego sposobu leczenia tego zespołu chorobowego. W naszych badaniach do tego celu wykorzystujemy morfinę jako reprezentanta substancji odurzających, charakteryzującego się dobrze poznanym i szeroko funkcjonującym w literaturze modelem zwierzęcym.
Procedury in vitro najczęściej odnosimy do ludzkich problemów z płodnością i kojarzą nam się one jednoznacznie z zabiegami medycznymi. Okazuje się, że mają one również ogromne znaczenie w przypadku ratowania zagrożonych gatunków zwierząt. W 2001 pozostały na świecie 32 sztuki nosorożca białego. Próby naturalnego pozyskania potomstwa tych zwierząt nie powiodły się. W 2018 roku zmarł ostatni samiec tego gatunku. Na szczęście, dzięki projektowi BioRescue posiadamy pobrane wcześniej nasienie nosorożca białego. Od ostatnich dwóch żyjących samic pobrano komórki jajowe. Obecnie jedyną szansą na uratowanie gatunku są procedury medyczne z grupy technik IVF (ang. in vitro fertilization) lub ICSI (ang. intra- cytoplasmic sperm iniection).
Podobna tragedia rozgrywa się w przypadku dzikich kotowatych. Sztuczne zapłodnienie może być dobrym sposobem na zwiększenie ich populacji. W 2019, po 15 latach badań i dwóch nieudanych próbach, dzięki procedurze IVF udało się doprowadzić do narodzin dwóch gepardów w Ogrodzie Zoologicznym National Columbia. W Polsce, między innymi dzięki współpracy Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu z Uniwersytetem Rolniczym w Krakowie, powstaje bank materiału rozrodczego europejskich dzikich kotów, w tym rysia i żbika. Wydawałoby się, że o procedurach IVF wiemy wszystko – przecież z powodzeniem stosujemy je u ludzi. Ale Homo Sapiens to nie Felis Silvestris, ani Lynx a biolodzy badający problem zapłodnienia zewnątrzustrojowego znajdują coraz więcej subtelnych różnic
pomiędzy możliwościami wspomagania rozrodu człowieka i wspomagania rozrodu innych gatunków. Zwierzęta wymagają innego, charakterystycznego dla każdego gatunku podejścia. Nasze badania, w ścisłej współpracy z Uniwersytetem Rolniczym w Krakowie, mają na celu zbadanie różnic molekularnych (badanie lipidów i białek) między oocytami kota domowego o różnym potencjale stworzenia zarodków w procedurze in vitro. Kot domowy, zgodnie z dostępną literaturą, jest doskonałym modelem badawczym dla wspomagania rozrodu zagrożonych wyginięciem dzikich kotowatych. Mamy nadzieję, że prowadzone prace pozwolą na stworzenie lepszych procedur IVF i przynajmniej w części przyczynią się do uratowania ginących gatunków chroniąc je przed całkowitym unicestwieniem.
Wykłady prowadzone na uczelni:
Pojedyncze tematy na laboratoriach dla:
Genius is 1% of inspiration and 99% of perspiration
Tutaj sprawa jest prosta – najczęściej przyszli naukowcy – jeżeli interesuje ich dany temat — trafiają pod skrzydła bardziej doświadczonych promotorów i najpierw zajmują się tematami przez nich proponowanymi – dopiero potem szukają swojej drogi. Studiowałam chemię na UJ, ale zawsze ciągnęło mnie do zagadnień biologicznych – stąd wybór specjalizacji – chemia biologiczna i potem szczęście znalezienia się w świetnym Zakładzie Neurobiochemii. Technikami analitycznymi tam stosowanymi były te związane ze spektrometrią mas i stąd powoli przeszłam do obrazowania powierzchni tkanek za ich pomocą. Czasem o tematyce badań decyduje przypadek, jak choćby nawiązanie ciekawej współpracy – jak ta z Uniwersytetem Rolniczym, która sprawia, że obecnie zajmuję się także analizą oocytów – z zastosowaniem już wcześniej rozwiniętych technik.
Inspirująca – ciężko powiedzieć. Wydawać by się mogło, że naukowiec siedzi sobie przy biurku, czyta artykuły, wpada na pomysł, idzie do laboratorium i pstryk… wszystko wychodzi, potwierdza się hipoteza, można pisać artykuł i śnić o nagrodzie Nobla… Otóż sprawa nie jest taka prosta. Jak w stwierdzeniu Thomasa Edisona: „genius is 1% of inspiration and 99% of perspiration”. Praca naukowca to często zmaganie się z optymalizacją technik badawczych, które są coraz bardziej skomplikowane, to zastanawianie się czemu nie wyszło, albo czemu wyszło właśnie tak? Czy to jest błąd pomiaru czy faktyczny wynik? Nie mówiąc o tym, że ogrom pracy organizacyjnej i administracyjnej a także dydaktycznej skutecznie ogranicza czas nawet na takie dywagacje. Ale są takie chwile, gdy eksperyment wyjdzie, gdy otrzyma się idealnie prostą krzywą kalibracyjną, gdy dostanie się sygnał w analizie fluorescencyjnej. Co więcej, otrzymane wyniki potwierdzają hipotezę albo naprowadzają na jakieś nowe tropy w skomplikowanej plątaninie szlaków biochemicznych. Wtedy ma się to poczucie, że … warto! Bardzo ciekawą rzeczą w pracy naukowca jest też uczenie się nowych, potrzebnych rzeczy. Tak jak ostatnio – analiza ogromnej ilości coraz bardziej złożonych danych sprawia, że powoli nie jesteśmy w stanie ogarnąć ich „ręcznie”. Trzeba to zrobić przy pomocy technik statystycznych i informatycznych, co zmusiło mnie w zeszłym roku do „nauczenia” się programowania w Matlabie. Piszę w cudzysłowie – bo to moje „nauczenie” to przysłowiowy „wstęp do zarysu teorii podstaw” – ale zamierzam w przyszłym semestrze wrócić do ław studenckich i uczestniczyć w wykładach związanych z chemometrią. Także czego jak czego, ale wyzwań współczesnemu naukowcowi nie brakuje!
Chciałoby się powiedzieć – znalezienie leku na różnego rodzaju uzależnienia, które coraz silniej gnębią nasze społeczeństwa. Dobitnie świadczy o tym chociażby kryzys opioidowy zabierający swe śmiertelne żniwo w Stanach Zjednoczonych. Żeby znaleźć lek – najpierw trzeba rozwikłać molekularne podstawy tego skomplikowanego zjawiska. Robimy to obecnie, wykorzystując modele zwierzęce w tak zwanych badaniach podstawowych. Analizujemy zmiany w białkach, metabolitach i lipidach, żeby wskazać jakie zmiany molekularne towarzyszą uzależnieniu od narkotyków. Mamy nadzieję, że proponowane badania wskażą substancje, których ilość istotnie ulega zmianie pod wpływem działania substancji psychoaktywnych i tym samym zaburza funkcjonowanie prawidłowego metabolizmu mózgu. Po ich zidentyfikowaniu będzie można starać się podjąć takie działania, żeby zaburzony metabolizm z powrotem przywrócić w stan równowagi i tym samym znaleźć sposób na zniwelowanie efektów ubocznych działania narkotyku i uzyskać możliwość pomocy osobom uzależnionym. Jednak zdaję sobie sprawę, że do tego jeszcze daleka droga.
Innym ciekawym zagadnieniem są badania nad oocytami, o których wspominałam wcześniej prowadzone w ścisłej współpracy z Uniwersytetem Rolniczym w Krakowie. Takie inne od tego co do tej pory robiliśmy, niosące nowe wyzwania i być może otwierające nas na nowe techniki badawcze – zobaczymy.
Ciężko taką wskazać. Moja droga to przejście z technik proteomicznych przez techniki enzymatyczne, do technik obrazowania powierzchni – każda z nich ma swoje wyzwania, których rozwiązania opisywałam w publikacjach. W swojej liście publikacji starałam się umieścić te najważniejsze dla danego etapu mojej przygody z biochemią, ale nie potrafię wskazać tej jedynej. Myślę, że to też dobrze obrazuje jak różnorodna może być praca naukowca, która naprawdę wymaga uczenia się przez całe życie. To czasem lekko przeraża ze względu na ogrom gromadzonej obecnie wiedzy i szybkość z jaką to się dzieje, ale jednocześnie jest fascynujące. Oczywiście muszę tu od razu dodać, że ta praca byłaby niemożliwa bez naszego wspaniałego Zespołu Biochemii i Neurobiologii, w którym każda osoba jest niezbędna ze względu na swoje unikalne umiejętności i wiedzę. Bardzo wzajemnie się wspieramy i pomagamy sobie w pracy. Bez tych osób na pewno nie byłoby mnie w tym miejscu kariery, w którym jestem.
Prowadzę wykłady z biochemii. Na technicznej uczelni jaką jest AGH zainteresowanie studentów strukturą białek, przemianami energetycznymi w komórce, katalizą enzymatyczną jest wyzwaniem. Jak staram się mu sprostać? Prowadząc wykład tak jakbym sama chciała być nauczana.
Wszyscy wiemy, że nasza pamięć jest zawodna, szczegóły nam ulatują. Teoretycznie powinniśmy pamiętać to czego uczyliśmy się w liceum – jednak różnie z tym bywa. Studenci też przychodzą do nas z różnych szkół, ukończywszy różne profile kształcenia. Dlatego każdy temat wprowadzam od początku – przypominając podstawowe informacje i potem dopiero przechodząc do szczegółów. Chcę studentom pokazać piękno oraz logikę świata molekularnego i zarazić swoją pasją do tego przedmiotu.
Ponieważ jak mówi chińskie przysłowie „jeden obraz jest wart tysiąca słów” w swoje wykłady wplatam wiele ilustracji, animacji, filmików, żeby zobrazować skomplikowane kwestie. Ponieważ biochemia rozwija się niesamowicie dynamicznie w swoich wykładach często odnoszę się do najnowszych osiągnięć, odkryć, technologii. Mam nadzieję, że dzięki temu, gdy w przyszłości studenci usłyszą słowo: „epigenetyka”, czy ktoś każe im zająć stanowisko w kwestii organizmów modyfikowanych genetycznie (GMO), będą wiedzieli co to jest i będą w stanie świadomie podejmować ważne dla nich decyzje. Staram się przedstawić słuchaczom generalne zasady rządzące zjawiskami biochemicznymi. Szczegóły ulecą im z pamięci, ale mam nadzieję, że zrozumienie i fascynacja z nimi pozostanie.
Zidentyfikować więcej lipidów, białek, metabolitów różniących próbkę kontrolną od eksperymentalnej! Na przykład tkankę poddaną działaniu jakiejś konkretnej substancji, czy zmienioną pod wpływem jakiegoś procesu! Można chwalić się liczbami, jak chociażby: identyfikacja 6 000 białek w czasie pojedynczej analizy proteomicznej w materiale pochodzącym z organizmu eukariotycznego! J. A tak na poważnie: to strona techniczna bardzo intensywnie się rozwijająca, również fascynująca i angażująca tęgie umysły inżynierów. Niemniej jednak moim zdaniem prawdziwe wyzwanie to przekucie informacji, jaką otrzymujemy z tego typu badań w rzetelną wiedzę o zachodzących procesach. Technologia będzie się posuwała do przodu – nic tego nie zatrzyma, ale na końcu musi być naukowiec, który zinterpretuje wyniki i dopasuje kolejny puzzel w tej molekularnej układance, do dalej nie do końca odkrytego i zrozumianego obrazu, jakim jest biochemia.