Prof. Mruk z Katedry Mikrobiologii Uniwersytetu Gdańskiego w ramach stypendium Fulbright STEM Impact Award odwiedzi Department of Biomedical Engineering w Boston University. Badaczka zajmuje się sieciami genetycznymi bakterii, czyli złożonymi systemami regulującymi ekspresję genów i w konsekwencji przetrwanie mikroorganizmów.

– Od lat badam horyzontalny przepływ genów, czyli wymianę materiału genetycznego między bakteriami. To mechanizm kluczowy dla powstawania oporności na antybiotyki i zdolności bakterii do wywoływania chorób – tłumaczyła.

Jej obecne badania koncentrują się na zrozumieniu funkcjonowania sieci genetycznych bakterii, od czego zależy włączanie, bądź wyciszanie poszczególnych genów w zależności od warunków środowiskowych.

– Można je porównać do układu nerwowego w organizmie człowieka – dodała prof. Mruk.

Badaczka podkreśla, że interesuje ją zwłaszcza kontrola sieci przez cząsteczki regulatorowe, takie jak małe białka wiążące DNA, zwane czynnikami transkrypcyjnymi.

– Sieci te dostarczają niemal nieograniczonej puli potencjalnych elementów, które mogą stać się precyzyjnymi celami nowych terapii molekularnych – powiedziała.

Podczas pobytu w laboratorium w Bostonie prof. Mruk będzie stosować nowoczesne metody bioinformatyczne do modelowania bakteryjnych sieci genetycznych na podstawie danych eksperymentalnych o wysokiej przepustowości. – Dzięki temu będziemy mogli zrozumieć architekturę sieci, wykryć jej nowe komponenty oraz określić kluczowe węzły i najsłabsze ogniwa – tłumaczyła.

Jej celem jest sprawdzenie, które elementy są niezbędne dla przetrwania bakterii i mogą stać się celem precyzyjnych terapii, stanowiących alternatywę dla na ogół niespecyficznych terapii antybiotykami.

Prof. Mruk podkreśla również rolę bioinformatyki i uczenia maszynowego w analizie ogromnych zbiorów danych generowanych przez eksperymenty współczesnej biologii molekularnej.

– Tworzymy wirtualne modele, które pozwalają badać, jak grupy genów współpracują ze sobą, które są nadrzędne i jak zmienia się ich aktywność w odpowiedzi na sygnały zewnętrzne. To trochę jak analiza skomplikowanej sieci elektrycznej – by wyłączyć przepływ prądu, trzeba znaleźć właściwy element – dodała.

Cząsteczki regulatorowe pełnią w bakteriach funkcję grupowego centrum dowodzenia. Profesor tłumaczyła, że decydują one, które czynniki wirulencji mają być produkowane i w jakim stopniu. – Kontrolują one m.in. przyleganie bakterii do komórek nabłonka, tworzenie biofilmów, czy produkcję toksyn bakteryjnych – podkreśliła.

Prof. Mruk zwraca również uwagę na plastyczność genetyczną bakterii – ich zdolność do szybkiej reorganizacji genomu poprzez przyjmowanie DNA z otoczenia, od innych bakterii lub wirusów. – Dzięki temu bakterie mogą adaptować się do nowych warunków, nawet w bardzo niekorzystnym środowisku, co sprzyja rozwojowi oporności na antybiotyki i może zwiększać potencjał chorobotwórczy niektórych szczepów – dodała.

Wyjazd do USA nie jest dla prof. Mruk tylko realizacją projektu badawczego. To także - jak zaznaczyła - szansa na długofalową współpracę z zespołem prof. Galagana oraz rozwój projektów interdyscyplinarnych w Polsce, łączących biologię, informatykę i inżynierię genetyczną. – Chcę dzielić się zdobytą wiedzą ze studentami i współpracownikami oraz mam nadzieję, że nowe inspiracje i kontakty naukowe przełożą się na nowe pomysły przyszłych projektów – podkreśliła.

Prof. James Galagan, u którego będzie realizowany projekt, jest światowym ekspertem w biologii systemowej i bioinżynierii, ze szczególnym naciskiem na badania integrujące dane eksperymentalne i obliczeniowe z wykorzystaniem uczenia maszynowego. Jego badania przyczyniły się m.in. do opracowania kompendium wiedzy o sieciach genetycznych Escherichia coli K-12 (Nature Communications, 2025) oraz Mycobacterium tuberculosis (Nature, 2013).

Piotr Mirowicz (PAP)

pm/ zan/