– Żeby cokolwiek osiągnąć, nie tylko w nauce, ale i w życiu, trzeba ciężko pracować i dać sobie trochę czasu. Nie ma dróg na skróty. Stąd cierpliwość. A pokora? Im dłużej poruszam się w „gmachu” biologii, tym bardziej zdaję sobie sprawę z tego, jak mało wiem – mówi prof. dr hab. Robert Hasterok, kierownik Katedry Anatomii i Cytologii Roślin (WBiOŚ). Od kilkunastu lat, wraz ze swoim zespołem, zgłębia tajemnice cytogenetyki molekularnej roślin.

Prof. dr hab. Robert Hasterok, kierownik Katedry Anatomii i Cytologii Roślin na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska wraz ze swoim zespołem zgłębia tajemnice cytogenetyki molekularnej roślin

Pogoń za królikiem

Okazuje się, że każda zdobyta odpowiedź rodzi kilkanaście następnych pytań. Gdyby porównać zdobywanie wiedzy w dziedzinach ścisłych do labiryntu – każdy zbadany korytarz odsłaniałby niekończący się ciąg kolejnych odnóg. Czy działania przybliżają naukowców do odkrycia wszystkich tajemnic przyrody? Niekoniecznie. Jednak, jak przyznaje prof. Hasterok, jeśli tylko zachowamy w sobie dziecięcą ciekawość, rozpocznie się fascynująca i niekończąca się pogoń za białym królikiem.

W katedrze realizowane są liczne projekty badawcze, zróżnicowane zarówno ze względu na przedmiot badań, jak i techniki analizy materiału. Ich wspólnym mianownikiem jest zgłębianie struktury, dynamiki i ewolucji roślinnego genomu jądrowego z perspektywy badań cytomolekularnych, m.in. w ramach prestiżowego projektu Narodowego Centrum Nauki – Maestro, przeznaczonego dla doświadczonych naukowców. Pod obiektywem mikroskopu znalazła się kłosownica dwukłoskowa (Brachypodium distachyon). Modelowość tej rośliny wiąże się przykładowo ze stosunkowo niewielkim rozmiarem genomu jądrowego, dzięki czemu jego badania, związane chociażby z lokalizowaniem określonych genów, są „szukaniem igły w nieco mniejszym, niż zazwyczaj, stogu siana”, jak żartobliwie mówi kierownik projektu.

Zadanie okazuje się trudne, ale cel – wart pięcioletniej pracy kilkunastoosobowego zespołu biologów. Dzięki wykorzystaniu zaawansowanych technik molekularnych oraz mikroskopowych, można obserwować to, co dzieje się w komórkach i tkankach rośliny. Załóżmy więc, że mamy określoną liczbę osobników modelowej trawy. Każdy z nich posiada korzenie, które są pobierane, utrwalane i przygotowywane do dalszych badań. Każdy merystem wierzchołkowy korzenia, czyli jego rosnąca końcówka, w której można zaobserwować podziały komórkowe, ma tysiące komórek. Szczególnie interesujące są te, znajdujące się w stadium podziału.

– Wyszukujemy je cierpliwie na preparacie, wykorzystując mikroskop. Nowocześniejsze urządzenia mikroskopowe wykonują część pracy za nas, ale koszt tego typu aparatury jest niezwykle wysoki. Taki właśnie sprzęt zakupiliśmy w ramach projektu – mówi biolog. – Automatyczne wyszukanie obiektu na preparacie nie jest szczytem możliwości dostępnych urządzeń. Dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu, możemy śledzić np. ułożenie w przestrzeni bardzo skomplikowanych, pod względem kształtów, obiektów, przykładowo splątanych struktur włóknistych – dodaje. Wyobraźmy sobie zatem kłębek wełny. Jeśli chcemy w nim śledzić poszczególne włókna, możemy użyć właśnie takiego oprogramowania. Przy odpowiedniej wiedzy, umiejętnościach i odrobinie szczęścia, pokaże nam ono całkowity przebieg włókna w kłębku.

Badanie genomu roślin prowadzone jest w obrębie struktur komórkowych, w których określone sekwencje DNA badanego organizmu można dosłownie zobaczyć pod mikroskopem. Zadanie polega przede wszystkim na lokalizowaniu sekwencji w cytologicznych nośnikach informacji genetycznej, jakimi są chromosomy. Szczególnie ciekawe okazują się analizy porównawcze, dotyczące wzajemnego rozmieszczenia określonych sekwencji u kilku, a nawet kilkunastu spokrewnionych gatunków. Dzięki temu uzyskuje się nie tylko obraz struktury, lecz również ewolucji badanych genomów.

O, mój mikroskopie!

Badania w ramach projektu prowadzone są przy wykorzystaniu zaawansowanych technik badawczych i kosztownej, skomplikowanej aparatury. W praktyce oznacza to, że trzeba mieć ogromną cierpliwość, dobry wzrok i... sprawne palce. Oto prosty przykład: praca cieniutkimi jak włos igłami preparacyjnymi, ledwo je widać, a naukowcy muszą nimi operować pod mikroskopem stereoskopowym, by izolować interesujące ich fragmenty tkanek. To wciąż jest przede wszystkim praca manualna. Manufaktura! A może rodzaj sztuki?

Tymczasem okazuje się, że mikroskop może uzależniać. – Dawniej mówiło się, że jeśli naukowiec nie spędził nocy w laboratorium, to był z niego żaden naukowiec – mówi ze śmiechem kierownik projektu. Sam zresztą nie jest w stanie zliczyć nocy spędzonych z okiem przy okularach mikroskopu.

- Gdy byłem doktorantem, moja Mistrzyni, prof. Jolanta Małuszyńska, zainspirowała mnie do przeprowadzenia eksperymentu, który wymagał kilku dni i nocy pracy pod rząd. Trzeba było pobierać i utrwalać materiał badawczy regularnie, co trzy godziny – wspomina badacz. Warto jednak czekać na efekty. O ile same procedury badawcze są powtarzalne i po pewnym czasie może pojawić się rutyna, o tyle najbardziej motywujące i wywołujące dreszczyk emocji okazuje się oczekiwanie na wyniki. Uda się czy nie? Zawsze wielka niewiadoma. A jeśli się uda, to co otrzymane wyniki oznaczają w wymiarze naukowym?

Jest w tym działaniu jakaś dziecięca radość. – Gdy byłem dzieckiem, lubiłem „wałęsać się” po okolicznych łąkach i hałdach, podglądać przyrodę i wyobrażać sobie, jak to wszystko będzie wyglądało, gdy dorosnę. Takie naiwne jeszcze wyobrażenie, czerpane z przygodowych książek, podróże na safari, wyprawy poza Śląsk – wspomina prof. Hasterok. W pewnym sensie marzenia się spełniły. Nie ma wprawdzie safari, są natomiast lotniska, sale wykładowe, międzynarodowe konferencyjne i inne przygody, jak chociażby trzęsienie ziemi doświadczone podczas niedawnego sympozjum we Włoszech (warto dodać, że przerwane żywiołem obrady znalazły swój szczęśliwy, naukowy finał w modeńskiej restauracji – jak widać, pasjonatom nauki niestraszne nawet trzęsienie ziemi!).

Prof. Hasterok opisuje Wydział Biologii i Ochrony Środowiska w kategoriach dwóch różnych światów. Jest więc świat „szczurów laboratoryjnych”, do którego należą członkowie zespołu badacza, oraz świat „łazików”, czyli jednostek koncentrujących się na badaniach terenowych. Mają odmienne potrzeby – z jednej strony jest to sprzęt, drogie odczynniki, z drugiej – wyjazdy, specjalistyczny ubiór i wyposażenie do pracy w terenie. Czasem podążają w różnych kierunkach, jednak najważniejsza okazuje się praca zespołowa. Często jest tak, że cenny współpracownik w naszych badaniach to właśnie świetny botanik, taksonom, który znajduje poszukiwaną przez zespół roślinę w jej naturalnym miejscu bytowania. Jedni pewnie by ją podeptali, przeoczyli, a drudzy wiedzą, gdzie jej szukać i jak ją rozpoznać pośród wielu innych, nieraz podobnych gatunków.

– Miałem kiedyś okazję widzieć podręcznik biologii z przełomu XIX i XX wieku. Objętość? Połowa standardowej pracy doktorskiej. To była cała wiedza. A teraz? Nawet nie ośmielę się powiedzieć, jaką ilością literatury, coraz częściej dostępnej wyłącznie w postaci elektronicznej, dysponujemy – przyznaje naukowiec. W przeszłości, w naukach ścisłych było miejsce dla samotnych geniuszy. Jak dodaje badacz, były to czasy, kiedy ktoś, pracując w pojedynkę, mógł rzeźbić oblicze dyscypliny naukowej, w której się poruszał. Te czasy jednak się skończyły. Teraz liczy się przede wszystkim współpraca naukowa nie tylko w obrębie katedry czy nawet wydziału, lecz w skali międzynarodowej, globalnej. Od konkurencji, lepsza okazuje się komplementarność.

Projekt typu Maestro musi być wprawdzie nastawiony na lidera, tę jedną osobę, której zawierza i powierza się animację bardzo dużego, złożonego i kosztownego przedsięwzięcia naukowego, ale w istocie nic nie dzieje się bez zespołu, konstruowanego już po otrzymaniu projektu. Obecnie w projekt zaangażowanych jest czternaście osób, w tym dwie z ośrodka zagranicznego. Jedno z zadań badawczych polega na resyntezie mieszańca międzygatunkowego Brachypodium hybridum, powstałego w naturze w wyniku skrzyżowania się dwóch innych gatunków rodzicielskich. Teraz naukowcy chcą go odtworzyć w warunkach laboratoryjnych. To trochę tak, jakbyśmy cofnęli się w czasie o milion lat i mogli podejrzeć, co się wtedy wydarzyło. Dzięki temu zadaniu możliwe będzie porównanie genomu sztucznego mieszańca z jego naturalnym odpowiednikiem. Badacze spodziewają się, że będzie to naukowo inspirujący i pasjonujący układ modelowy. Ze względu na unikalne umiejętności i doświadczenie w tej materii, zaprosili do współpracy dr Gabriellę Linc oraz panią Ildiko Lakner- Konyvesne z instytutu badawczego Węgierskiej Akademii Nauk w Martonvasar, w pobliżu Budapesztu.

Gdy tylko niebo jest granicą

Fragment tarczki zarodka /Brachypodium distachyon/ w przekroju podłużnym. Preparat wykonała dr Elżbieta Wolny

Są to przede wszystkim badania podstawowe. Nie chodzi tu o jakiś konkretny, ważny gospodarczo i możliwy do skomercjalizowania produkt, ale właśnie o przesuwanie granic nauki. Nowe odkrycia, które umożliwią uchylenie chociaż rąbka tajemnicy. Zespół badaczy z Katedry Anatomii i Cytologii Roślin już od ponad dwudziestu lat zajmuje się cytogenetyką molekularną roślin, w tym od trzynastu dotyczą one kłosownicy dwukłoskowej. Jak przyznaje prof. Hasterok, można już mówić o pewnej wyrobionej marce, ogromna w tym zasługa twórcy szkoły cytogenetyki roślin nie tylko w Katowicach, ale i w Polsce – prof. Jolanty Małuszyńskiej. W praktyce badawczej ostatnich kilku lat szczególnie interesująca wydaje się możliwość malowania chromosomów B. distachyon. Każdy z pięciu par chromosomów tego gatunku może być na poziomie cytomolekularnym wizualizowany w innym kolorze. W efekcie, można takie różnobarwne chromosomy śledzić podczas podziału mitotycznego, mejotycznego, a nawet w trakcie interfazy. Wszystko to otwiera przed naukowcami nowe, fantastyczne możliwości badawcze. Powracamy zatem do pogoni za białym królikiem. Chęć dotknięcia, dostrzeżenia – to cechy dziecka, a zarazem cechy naukowca, które trzeba starać się zachować w sobie jak najdłużej. – Przyznam, że we mnie ciągle tkwi ten mały chłopiec, który „wałęsał się” po śląskich łąkach i hałdach. Tylko z czasem zabawki stały się coraz droższe – przyznaje ze śmiechem kierownik projektu. Dzięki dofinansowaniu w ramach programu Maestro, możliwe stało się zakupienie specjalistycznego sprzętu badawczego, niezwykle kosztownych odczynników, liczne wyjazdy konferencyjne i szkoleniowe, a przede wszystkim – wielka naukowa przygoda. Jak przyznaje badacz, taka pomoc ze strony NCN stwarza pod względem finansowym możliwości prowadzenia badań na wysokim, międzynarodowym poziomie. Cała reszta zależy już tylko od pasji i pracy zespołu.