Jej badania mogą pomóc w zahamowaniu choroby Alzheimera czy Parkinsona. Rozmawiamy z dr Karoliną Mikulską-Rumińską

W jaki sposób rozpoczęła się Pani przygoda związana z działalnością naukową? Pasja do biofizyki zaczęła się już w szkole, a może później?
W szkole byłam jeszcze trochę niezdecydowana, bo nie miałam problemów z nauką i dobrze radziłam sobie w każdej dziedzinie. Natomiast moi rodzice byli chemikami. Mój tata i wujkowie byli naukowcami (chemikami i fizykami). Obserwowałam to, co dzieje się wokół mnie. Widziałam, jak w mojej rodzinie się pracuje, jak postrzega się świat z punktu widzenia nauk ścisłych. Dopiero po maturze zdecydowałam się rozwijać pod kątem fizyki medycznej, bo wydawało mi się to bardzo interesujące.

Z kolei biofizyką zafascynowałam się na studiach. Na drugim roku Fizyki Medycznej zaczęłam zajęcia z moim przyszłym promotorem. To świetny dydaktyk. Swoimi wspaniałymi wykładami naprawdę potrafił zainteresować człowieka. Od tego się zaczęło.

Poza tym wydarzyła się przykra sytuacja w moim życiu. Kiedy miałam dwadzieścia lat, moja mama zmarła z powodu nowotworu. To wydarzenie również sprawiło, że zdecydowałam się na wybór takiego kierunku. Chciałam dowiedzieć się, w jaki sposób można zahamować rozwój pewnych schorzeń. Zawsze też interesowało mnie, jak działają układy biologiczne, w jaki sposób można zinterpretować to, co się z nimi dzieje i odnieść te interpretacje do chorób. Biofizyka daje takie możliwości, gdyż łączy ze sobą fizykę, biologię, chemię, jak również informatykę i medycynę.

Mam wrażenie, że niewiele mówi się obecnie o tym, na czym polega praca współczesnych naukowców. Jak to wygląda w Pani przypadku?
Staram się godzić pracę z domem, bo mam trójkę dzieci. Muszę przyznać, że nawet, gdy ciężko pracuję naukowo, to w jakimś sensie odpoczywam (śmiech). Ja akurat pracuję z komputerami, czyli wykonuję symulacje komputerowe. Są to m.in. symulacje dynamiki molekularnej. Dzięki nim jestem w stanie pokazać i wytłumaczyć, co dzieje się w eksperymentach.

Moi współpracownicy ze Stanów Zjednoczonych przeprowadzają eksperymenty i mają jakiś wynik, natomiast nie zawsze wiedzą, jak go zinterpretować. Moim zadaniem jest wytłumaczyć, co się dzieje na poziomie atomowym, co powoduje, że układ biologiczny zachowuje się tak, a nie inaczej. Ponadto sugeruję również moim współpracownikom, w jakim kierunku mogliby zmierzać, jakie eksperymenty można by dodatkowo wykonać, by potwierdzić stawianą hipotezę. Na przykład, jeżeli mamy białka, to trzeba się zastanowić, jakie mutacje należy do nich wprowadzić, by można było potwierdzić, że to właśnie one są przyczyną tego, co widzimy w eksperymencie.

Została Pani uhonorowana nagrodą International Rising Talents, przyznawaną kobietom, których badania mają szansę zmienić świat. Na czym polegało Pani odkrycie?
Otrzymałam tę nagrodę za cykl badań dotyczących procesu ferroptozy. Jest to jedna z regulowanych śmierci komórki. Została ona odkryta stosunkowo niedawno, bo dziesięć lat temu. Ja zaczęłam się nią zajmować cztery lata po jej odkryciu. Razem ze współpracownikami badaliśmy ją dość szczegółowo pod różnymi kątami. Staraliśmy się wyjaśnić, na czym polega regulowana śmierć komórki oraz jakie są istotne mechanizmy i czynniki, które na nią wpływają (np. inne białka, tlenek azotu, potencjalne leki).

Czym jest proces ferroptozy?
Ferroptoza charakteryzuje się nagromadzeniem nadtlenków lipidów, które doprowadzają do masowej peroksydacji, czyli wbudowania tlenu do jednego z łańcucha lipidów, a w efekcie do uszkodzenia błony lipidowej. Jak już błona zostanie uszkodzona, to komórka nie może funkcjonować tak, jak powinna, więc zostaje ona poddana samobójczej śmierci i zostaje usunięta z organizmu.

Moje badania dotyczą różnych aspektów ferroptozy. Staraliśmy się odkryć, na czym polega ten mechanizm, które białka w nim uczestniczą oraz w jaki sposób go zatrzymać, by nie były już produkowane nadtlenki lipidów, a więc by nie dochodziło do masowej peroksydacji i uszkodzenia błony. A że ferroptoza jest skorelowana z wieloma różnymi chorobami, m.in. nowotworami i chorobami neurodegeneracyjnymi, typu Alzheimer, Parkinson, Huntington czy z astmą, to takie badania są w centrum zainteresowania naukowców.

W jaki sposób prowadzone przez Panią badania mogą mieć wpływ na naszą przyszłość?
Ja akurat skupiam się na tym, żeby zatrzymać proces ferroptozy. Natomiast niektórzy starają się go wywołać. Takie badania mogą okazać się przydatne w terapiach nowotworowych. Naukowcy przeprowadzają testy, by wywołać ferroptozę w komórkach, które nie chcą obumrzeć, a są nowotworowe.

Warto powiedzieć o tym, że ferroptoza jest naturalnym i dobrym procesem: takim, który jest regulowany przez nasz organizm. Zużyte komórki lub potencjalnie niebezpieczne powinny zostać usunięte, a z jakiegoś powodu tak się nie dzieje, stają się one nowotworowe i w niekontrolowany sposób się namnażają.

Tak jak naukowcy wykorzystywali apoptozę* do tego, żeby zaindukować śmierć komórki, tak samo starają się użyć teraz ferroptozy. Idą trochę w odmiennym kierunku, by usunąć inne typy nowotworów, które nie mogą zostać usunięte na drodze apoptozy. To mogą być przyszłościowe badania, jeżeli chodzi o terapię nowotworowe.

Z kolei Pani badania dotyczą procesu zatrzymania ferroptozy…
Tak, ja przeprowadzam badania związane z tłumieniem ferroptozy. Pokazano, że w chorobach neurodegeneracyjnych mamy zawyżony poziom żelaza i nadtlenków lipidów. Są one charakterystyczne dla ferroptozy. Wygląda na to, że wszystko zaczyna się od ferropotozy, a że bardzo trudno jest odtworzyć neurony w mózgu, to najlepszym sposobem byłoby zablokować ten proces, żeby nie dochodziło do kolejnych zmian (np. w chorobach takich jak Alzheimer czy Parkinson). W moim przypadku chodziłoby więc o choroby neurodegeneracyjne.

Czyli prowadzone przez Panią badania mogą zapobiec właśnie takim chorobom?
Tak, zapobiec ich rozwojowi.

A jakie są Pani dalsze plany badawcze?
W przeciągu najbliższych lat chciałabym lepiej zrozumieć proces ferroptozy, nie tylko u człowieka, ale również u innych organizmów, a także zaprojektować potencjalne leki, które mogłyby go blokować w bardziej efektywny sposób niż obecnie dostępne leki.
- - -

dr Karolina Mikulska-Rumińska – adiunktka w Instytucie Fizyki na Wydziale Fizyki, Astronomii, Informatyki Stosowanej na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu, w Katedrze Biofizyki. Bada proces ferroptozy występujący m.in. w chorobach Parkinsona, nowotworach czy astmie. W 2022 roku zdobyła międzynarodową nagrodę International Rising Talents.

* pierwszy zidentyfikowany rodzaj regulowanej śmierć komórek w organizmie wielokomórkowym.