Podobno ten, kto ma w³adzê nad zapachami, ma w³adzê nad sercami ludzi. Wyznaj±cy tê zasadê bohater Pachnid³a Patricka Süskinda wiedzia³, ¿e ludzie mog± zamykaæ oczy na grozê, piêkno, mog± zamykaæ uszy na melodie albo ba³amutne s³owa. Ale przed zapachem uciec nie zdo³aj±. Prof. Bogus³aw Buszewski z Uniwersytetu Miko³aja Kopernika, chocia¿by z racji zawodowych pasji, zmys³owe dzie³o niemieckiego pisarza obowi±zkowo przeczyta³, ale daleki jest od porównywania swoich badañ z t±, b±d¼ co b±d¼, literack± fikcj±. Podstawowa ró¿nica – tam szukano ca³kiem nowych zapachów i dla osi±gniêcia tego celu nie cofano siê nawet przed zbrodni±, w Toruniu natomiast, oglêdnie rzecz ujmuj±c, opisuje siê je i kataloguje, a wystarcza do tego oddech pacjenta. Mimo tych ró¿nic, jest co¶, co ³±czy. Zarówno otwieraj±c ksi±¿kê, jak i drzwi do laboratoriów Katedry Chemii ¦rodowiska i Bioanalityki Wydzia³u Chemii UMK, wkraczamy w fascynuj±cy ¶wiat, w którym mo¿na zobaczyæ to, co niewidzialne. I choæ w tym drugim przypadku w du¿ej mierze pomagaj± skomplikowane technologie, nowoczesne urz±dzenia, to tak jak w XVIII−wiecznym Pary¿u, bez genialnego wêchu siê nie obêdzie.
– Identyfikacja wszelkiego rodzaju zapachów s³u¿y nam do diagnozy ró¿nych chorób. Diagnozy rozumianej jako profilaktyka, czyli badania przyczynowe. Chodzi o to, ¿eby mo¿na by³o wcze¶nie wykryæ pocz±tkowe stadium choroby – wyja¶nia szef katedry.
I dodaje, ¿e kluczowa w tym wzglêdzie jest umiejêtno¶æ rozró¿niania w sposób selektywny i oznaczania w sposób ilo¶ciowy substancji tworz±cych bukiet danej jednostki chorobowej. Cukrzycê mo¿na rozpoznaæ przecie¿ po woni acetonu, podobnej do woni zgni³ych jab³ek, chor± w±trobê sygnalizuje zapach stêchlizny, a wiêc zwi±zków siarki, u gru¼lików z kolei oddech pachnie nie¶wie¿ym piwem, a nieprzyjemny aromat surowego miêsa pojawia siê u chorych na febrê.
W Toruniu próbuj± znale¼æ swoisty kod zapachowy nowotworów p³uc i uk³adu pokarmowego, ale tak¿e prostaty i szyjki macicy. Badania prowadzone s± niejako dwutorowo. W laboratoriach Katedry Chemii ¦rodowiska i Bioanalityki pobiera siê próbki powietrza, zarówno od zdrowych, jak i chorych, pal±cych i niepal±cych. Klinika Chirurgii Ogólnej, Gastroenterologicznej i Onkologicznej Collegium Medicum dostarcza materia³ w postaci tkanek od osób, które poddawane s± zabiegom. Wiadomo, ¿e bakterie obecne w materiale biologicznym wydzielaj± szereg lotnych zwi±zków organicznych, wiêc porównuje siê wydzielane przez nie substancje z oddechem cz³owieka. Wyselekcjonowane w ten sposób zwi±zki tworz± mapê zapachow±. Oddech pobiera siê kilkakrotnie i je¶li zwi±zki w nim obecne wystêpuj± równie¿ w oddechu zdrowych osób z grupy kontrolnej, wówczas uznaje siê, ¿e te substancje nie maj± wiêkszego znaczenia. Bywa jednak i tak, ¿e znajduj± siê one tylko u chorego, a wtedy oznacza to, ¿e mog± byæ specyficzne dla nowotworu. Wówczas nale¿y je zidentyfikowaæ i okre¶liæ ilo¶æ. Jest to pierwszy etap badañ, który pozwala na wstêpn± weryfikacjê rezultatów.
Zreszt±, wiele zapachów mo¿e pochodziæ nie tylko z oddechu, ale i… skóry. W Stanach Zjednoczonych robiono badania, w których selekcjonowano gazy wydzielane z czerniaka. Znany jest przypadek psa, który podczas jednej z wystaw zacz±³ siê nienaturalnie zachowywaæ, pok³adaj±c siê u stóp jednej z jurorek. Zwierzê zareagowa³o na specyficzn± kompozycjê lotnych substancji wydzielanych przez komórki czerniaka. Pó¼niej wysz³o na jaw, ¿e kobieta rzeczywi¶cie by³a chora na raka skóry.
Nie³atwo znale¼æ substancje charakterystyczne dla danej choroby. W koñcu szuka siê trzech, mo¿e czterech z ca³ego zestawu licz±cego oko³o tysi±ca. Takie trafienie to dopiero sztuka. To art of science, jak okre¶la mój rozmówca.
– Naszym celem jest znalezienie markera, dziêki któremu bêdzie mo¿na rozró¿niæ substancje wydzielane przez chore komórki. Bêdziemy wówczas wiedzieli, ile ich jest i z jakim typem nowotworu mamy do czynienia. Ka¿dy ma bowiem jakie¶ specyficzne cechy. To tak, jak z motocyklem szosowym i ¿u¿lowym. Niby podobne, oba s³u¿± do przemieszczania siê, a jednak siê ró¿ni± – obrazowo t³umaczy prof. Buszewski, nie daj±c zapomnieæ, ¿e jeste¶my w Toruniu, stolicy polskiego ¿u¿la. W tym sporcie, zw³aszcza przy pierwszym z nim zetkniêciu, zapach te¿ odgrywa niebagateln± rolê. Intensywna woñ spalin podczas pracy silnika potrafi wielu przyci±gn±æ, ale i skutecznie zraziæ. W grodzie Kopernika raczej to pierwsze. Speedway, obok pierników i astronomów, jest chyba najlepszym towarem eksportowym Torunia. Wkrótce mo¿e siê nim staæ tak¿e metoda zapachowej diagnozy chorób. Jej niew±tpliw± zalet± jest nie tylko szybko¶æ, wszak wynik mo¿na otrzymaæ ju¿ w ci±gu godziny, ale i to, ¿e odbywa siê bezinwazyjnie.
– Takich urz±dzeñ badawczych nigdzie nie zobaczy pan w jednym miejscu, nawet w USA. Prof. Buszewski wprowadza mnie do laboratorium, w którym a¿ roi siê od ró¿nego rodzaju aparatury. Czego tam nie ma! Chromatografy gazowe i cieczowe, spektrometry… Moj± uwagê przykuwa stoj±cy na stole kapnograf, który, jak siê okazuje, s³u¿y do pomiaru stê¿enia ditlenku wêgla w oddechu.
To niewielkie urz±dzenie zaopatrzone jest w worek, który w momencie oddechu wype³nia siê powietrzem, zawieraj±cym lotne zwi±zki organiczne. W kolejnym etapie wszystkie lotne zwi±zki trafiaj± na specjalny kwarcowy prêcik z sorbentem w formie nanofilmu, gdzie nastêpuje ich sorpcja. Po w³o¿eniu do chromatografu gazowego, pod wp³ywem wysokiej temperatury, nastêpuje uwolnienie zwi±zków i wprowadzenie do kolumny, gdzie rozdzielaj± siê na poszczególne substancje sk³adowe. Efektem ca³ego procesu jest chromatogram, w którym ka¿dy pik oznacza inny zwi±zek chemiczny. Jednocze¶nie spektrometr mas generuje widma ka¿dej substancji znajduj±cej siê w próbce. Korzystaj±c z bogatej biblioteki zwi±zków komputer automatycznie przypisuje strukturê do w³a¶ciwej substancji, dokonuj±c wstêpnej identyfikacji. Nastêpnie ka¿dy chromatogram oraz widmo nieznanego zwi±zku s± porównywane z substancj± wzorcow±. Przewa¿nie s± to ketony, aldehydy, wêglowodory proste. To one decyduj± najczê¶ciej o „aromacie” charakterystycznym dla konkretnej choroby.
– Pojedynczy pik, dobrze rozdzielony, informuje nas, co to za substancja, a na podstawie powierzchni pod krzyw± mogê powiedzieæ, ile tego zwi±zku siê tam znajduje, a co za tym idzie – na jakim etapie jest rozwój ewentualnej choroby. Im bardziej precyzyjna metoda, tym warto¶æ odchyleñ bêdzie mniejsza, dlatego tak istotna jest jej kalibracja. Od jednego pacjenta pobieramy kilka próbek, zdarza siê, ¿e nawet i siedem, po to, aby uwiarygodniæ badanie. To naprawdê benedyktyñska praca – przyznaje prof. Buszewski.
W badaniach wykorzystuje siê tak¿e automatyczne urz±dzenie do pobierania próbek powietrza (Breath Sammler). Ten aparat dzia³a na podobnej zasadzie co kapnograf, z tym ¿e automatycznie chwyta próbkê powietrza ze strumienia oddechu i pobiera jedynie powietrze pêcherzykowe (alweolarne). Urz±dzenia s³u¿±ce do badañ s± tak czu³e, ¿e ju¿ ¶ladowe ilo¶ci substancji zawartych w wydychanym powietrzu mog± pozwoliæ na ich identyfikacjê. Przygotowanie próbek odgrywa wiêc istotn± rolê i musi byæ niezwykle precyzyjne, bo ten swoisty monitoring odbywa siê na poziomie molekularnym. To tak, jakby wy³owiæ kroplê wody z basenu o wymiarach olimpijskich. A przecie¿ oprócz mikroorganizmów na zapach mo¿e wp³yn±æ równie¿… dieta ¿ywieniowa. I j± tak¿e trzeba wzi±æ pod uwagê. Dziêki tym wszystkim czynnikom skuteczno¶æ metod instrumentalnych w wykrywaniu zapachów dochodzi nawet do 85 proc., czyli dwukrotnie wiêcej ni¿ u zwierz±t, które potrafi± rozró¿niæ zapach jedynie w oko³o 40 proc. W przysz³o¶ci mo¿e to oznaczaæ prze³om w medycynie czy kryminalistyce.
– ¯eby siê upewniæ, bêdziemy chcieli porównaæ naturalny nos psa z chromatografem i naszym urz±dzeniem. W tym celu nawi±zali¶my wspó³pracê z prof. Tadeuszem Jezierskim z Instytutu Genetyki i Hodowli Zwierz±t PAN w Jastrzêbcu, który zajmuje siê wykorzystywaniem psów w diagnostyce chorób.
Identyfikacja lotnych zwi±zków organicznych to jedno, ale za pomoc± technik elektromigracyjnych mo¿na równie¿ rozdzieliæ kultury bakteryjne i prowadziæ dalsze obserwacje, które dadz± odpowied¼ na pytania, jaki wp³yw maj± te bakterie i czy komórka rakowa uwalnia jakie¶ zwi±zki. Tak w³a¶nie siê dzieje choæby z Helicobacter pylori, która przyczynia siê do powstawania raka. Po rozdzieleniu i wyizolowaniu tych patogennych mikroorganizmów, uzyskuje siê materia³ referencyjny, mog±cy byæ t³em oddechu pacjenta. Taka wyhodowana, czysta kultura bakteryjna stanowi jakby bioreaktor, w którym zbieraæ siê bêd± gazy i pozwoli to na sprawdzenie, co siê z niej wydziela. Oddech, chora tkanka i substancje wydzielane przez bakterie dadz± pe³en obraz organizmu pacjenta. I to w³a¶nie bêdzie zapach choroby.
W trakcie trzyletnich badañ prof. Buszewski wraz z zespo³em rozpozna³ setki potencjalnych substancji, z czego wyselekcjonowano kilkana¶cie, które dobrze „rokuj± na przysz³o¶æ”. Efekty przesz³y naj¶mielsze oczekiwania.
– Na pocz±tku trudno siê by³o spodziewaæ, ¿e a¿ tak daleko zabrniemy, bo jednak nie my¶leli¶my nigdy o sztucznym nosie czy o uk³adzie, który by go symulowa³.
Zanim jednak nast±pi transfer tej metody do praktyki, musi up³yn±æ jeszcze trochê czasu. Mój rozmówca podkre¶la to z ca³± moc±, gdy¿ nie chcia³by ju¿ dzi¶, teraz, dawaæ chorym nadziei. Owszem, jest zafascynowany postêpem prac, rezultatami, ale nie przes³ania mu to podstawowej cechy naukowca, czyli odpowiedzialno¶ci. Jak sportowiec za¿ywaj±cy niedozwolone anaboliki koñczy w nies³awie karierê, zostaje pozbawiony zawodu, tak samo i tutaj – dostaje siê wyrok i koniec. Mo¿na wiêc daæ komu¶ nadziejê, ale i j± odebraæ.
– Wydaje siê, ¿e z³apali¶my Pana Boga za nogi, ale musimy to jeszcze zinterpretowaæ. Chemia, któr± siê zajmujê, odpowiada na podstawowe pytania: co, ile, jak? Sam zadajê sobie jeszcze czwarte: dlaczego? Bo nie mo¿na postawiæ diagnozy, póki nie pozna siê ca³ego mechanizmu, tak ¿eby mo¿na by³o przeciwdzia³aæ.
Badania prowadzone s± w ramach projektu BAMOD (Breath−gas Analysis for Molecular−Oriented Detection of Minimal Diseases). Na jego realizacjê Komisja Europejska przeznaczy³a 3 mln euro. Uczestnicz± w nim naukowcy z Austrii, S³owacji, Czech, Anglii, Polski i Niemiec. W sumie 16 zespo³ów. Zdaniem prof. Buszewskiego, koordynuj±cego polsk± czê¶æ, sukces projektu tkwi w tym, ¿e spotkali siê ludzie maj±cy do siebie pe³ne zaufanie, w ¿adnym stopniu niekonkuruj±cy ze sob±. Nikt nie jest tu od nikogo lepszy ani gorszy. Wspomina, ¿e gdy przed 15 laty przyjecha³ do grodu Kopernika i zacz±³ mówiæ o chromatografii, patrzono na niego z politowaniem, a niektórzy pukali siê znacz±co w czo³o. Dzi¶ to on triumfuje.
– Jeste¶my coraz bli¿ej powo³ania Centrum Edukacyjno−Badawczego Metod Separacyjnych i Bioanalitycznych BioSep. Bêdzie to jednostka, która wdro¿y i rozszerzy na wiêksz± skalê wszystko to, co teraz robimy. Prowadzimy przecie¿ badania interdyscyplinarne z udzia³em mikrobiologów, genetyków, toksykologów, fizyków, immunochemików, immunobiologów, onkologów... Interesuje nas opracowanie uk³adów selektywnych, dziêki którym mo¿na by³oby rozró¿niaæ ca³e szczepy bakterii, wirusów, np. grypy, sepsy, salmonelli... S± ju¿ wprawdzie takie metody, stosowane choæby w testach alergicznych czy na HIV, ale one trwaj± zbyt d³ugo – mówi prof. Buszewski, który przez trzy lata by³ stypendyst± fundacji Humboldta w Uniwersytecie w Tybindze. Pó¼niej przeniós³ siê na Kent State University w Ohio.
Kiedy pytam go o powrót do Polski i przenosiny z Lublina, gdzie narodzi³y siê jego pasje naukowe, do Torunia w³a¶nie, odpowiada bez wahania, ¿e z perspektywy czasu jednak nie ¿a³uje. To prawda, wówczas nie chcia³ wracaæ, s±dzi³, ¿e to bêdzie krok w ty³. Tym bardziej ¿e to, co robi³ w Ameryce, tutaj nikogo specjalnie nie interesowa³o. Ale siê nie ugi±³. Odziedziczony po dziadku twardy, kresowy charakter pozwoli³ wytrwale, uparcie realizowaæ cel. Zreszt± profesor dalej to czyni, z satysfakcj±, ale i uznaniem podkre¶laj±c ogromne wsparcie ¿ony oraz zespo³u swoich wspó³pracowników−wychowanków. Có¿, mo¿e rzeczywi¶cie, ten kto ma w³adzê nad zapachami, ma w³adzê nad sercami ludzi…