Badania naukowe

Gdybym nie robił tego, co teraz, zajmowałbym się 
filozofią. Nie ma ciekawszej wiedzy, którą człowiek 
mógłby posiąść, niż ta o umyśle. Chcę dogłębnie 
poznać relacje między strukturą mózgu a funkcją umysłu. A strona aplikacyjna moich badań nigdy 
nie stanowiła dla mnie motywacji.

Mariusz Karwowski

Prof. Leszek Kaczmarek z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN zżyma się mocno, gdy przypinam mu etykietkę neurochemika. Choć zasiadał we władzach Światowej Organizacji Neurochemicznej, był także przed trzema laty w komitecie programowym zjazdu neurochemików w Berlinie, woli zdecydowanie, gdy używa się określenia „neurobiolog”, a jeszcze bardziej „neurobiolog molekularny”.

– Neurochemia jest to biochemia układu nerwowego, a dokładniej – są to badania biochemiczne, prowadzone na materiale biologicznym pobranym z układu nerwowego. Dziedzina ta w połowie lat 90. znalazła się w głębokim kryzysie, z którego się wydobywa, gdyż weszła w obszar neurobiologii molekularnej. To właśnie berliński zjazd był pod tym względem przełomowy. Neurochemia jest już pojęciem historycznym, ja go nie używam. Dużo bliższa jest mi neurobiologia.

Być może dlatego, że zrodziła się, a teraz rozwija na jego oczach. A pojawiła się już w połowie lat 80., dzięki badaniom, w których pokazano, że geny w mózgu aktywnie i szybko odpowiadają na zmiany środowiska. Nie tylko tego wokół komórek nerwowych, ale także całkowicie zewnętrznego, tego, które nas otacza. Kiedy informacja płynie od narządów zmysłu, a spotykamy się z czymś zupełnie nowym, to wówczas w naszym mózgu aktywowane są geny.

– Wszystkie komórki naszego organizmu przechowują w zasadzie ten sam materiał genetyczny. Jedyna różnica polega na tym, że, dajmy na to, z tych 40 tys. genów, które są we wszystkich komórkach identyczne, tylko pewna pula ulega ekspresji, czyli jest aktywna w danym rodzaju komórki. Co więcej, ta pula genów jest różna w poszczególnych stadiach życia komórki – wyjaśnia prof. Kaczmarek.

Pomijając minimalną liczbę genów w mitochondriach, zdecydowana większość zgromadzona jest w jądrze komórkowym. Gen aktywny to taki, dzięki któremu produkowana jest cząsteczka RNA, głównie mRNA. Przemieszcza się ona z jądra do cytoplazmy ulegając po drodze licznym zmianom, a u celu swojej „podróży” łączy się z rybosomami, po czym w procesie zwanym translacją, dzięki informacji zawartej w jej budowie, powstaje białko. A zatem to pośrednio również zasługa genu aktywnego. Im jest on aktywniejszy, tym więcej powstaje mRNA i białka.
– Wszyscy wiedzieli, że jądra, w których znajdują się geny, są oczywiście potrzebne do prawidłowego funkcjonowania komórek nerwowych. Ale w ogóle nie przypuszczano, że w mózgu geny te ulegają aktywnej interakcji ze zmianami, które zachodzą wokół tej komórki. A zatem odkrycie, że tak jest, że w ciągu 15 minut od pobudzenia komórki nerwowej zachodzą zmiany w aktywności genów, otworzyło ludziom oczy na możliwość ich badania w kontekście funkcji tychże komórek.

PIONIERSKA MYŚL

W trakcie stażu podoktorskiego w połowie lat 80. w USA prof. Leszek Kaczmarek zajmował się cyklem komórkowym. To właśnie wtedy zaświtała mu w głowie oryginalna koncepcja. Jeśli komórki są pobudzane do podziału, to w procesie tym dochodzi w nich także do pobudzenia pewnych genów. Okazało się przy tym, że podobne geny są pobudzane, gdy komórki się różnicują. Czy zatem może jest tak, że są geny, których funkcja jest potrzebna wtedy, gdy komórka zmienia swój stan, jakikolwiek by on nie był, byle na długo? Od dawna wiadomo, że takie długotrwałe zmiany występują, bo ich efektem są procesy pamięci, uczenia się, jak też choroby neurodegeneracyjne (m.in. choroba Parkinsona) polegające na programowanym umieraniu komórek nerwowych. Z wielu innych danych było wiadomo, że aby komórka mogła zmienić swój stan, wymagana jest biosynteza nowych białek, czyli i aktywność genów. Nie były one jednak zidentyfikowane, nie były znane. Dopiero od kilkunastu lat, dzięki rozwojowi neurobiologii molekularnej, zjawiska te można analizować na poziomie cząsteczkowym.

– Spróbowałem więc zobaczyć, czy jeżeli pobudzę komórki nerwowe do długotrwałych zmian, to uaktywnią się takie same geny, jak np. w czasie pobudzenia podziału komórki. To był mój autorski pomysł, z którym przyjechałem tu po dwuletnim pobycie w Stanach. Przedtem nigdy nie zajmowałem się neurobiologią. Zacząłem pracować w tej dziedzinie dopiero po habilitacji. To dość nietypowa, jak na polskie warunki, droga kariery naukowej.
Świat naukowy zareagował na takie rewolucyjne rozwiązanie wstrzemięźliwością. Nie było ono zrozumiałe, a tym samym akceptowane. Mimo to, zespół prof. Kaczmarka przystąpił do badań. Pierwsze doświadczenie polegało na wstrzyknięciu do mózgu szczura glutaminianu. Aminokwas ten pełni rolę tzw. neuroprzekaźnika pobudzającego. Komórki nerwowe kontaktują się z innymi za pomocą substancji chemicznych, wśród których szczególnie ważne są właśnie neuroprzekaźniki. Mogą one albo hamować, albo pobudzać aktywność elektryczną tych drugich komórek. Głównym neuroprzekaźnikiem pobudzającym w naszych mózgach jest glutaminian. Bierze on udział również w funkcjach umysłu.

– Wiadomo było, że glutaminian wysyła jedna komórka nerwowa, a druga musi odebrać informację o jego obecności za pomocą tzw. receptorów, których jest wiele rodzajów. Spełniają one różnorakie funkcje, a przez to w różny sposób przekazują informacje do wnętrza komórki. Pomyślałem wówczas: czy te geny regulatorowe, o których sądziłem, iż są potrzebne do długotrwałych zmian, pod wpływem glutaminianu też są aktywowane?

Zespół prof. Kaczmarka był pierwszym, który pokazał tę nieznaną dotąd funkcję glutaminianu. Po podaniu do mózgu aminokwasu zauważono, że w ciągu kwadransa gwałtownie wzrastał poziom mRNA genu c-fos. Ale to było jedynie doświadczenie wstępne. Chodziło o to, by zobaczyć, czy podanie z zewnątrz glutaminianu może mieć znaczenie w uczeniu się. Jako właściwy kierunek badań określono samo uczenie się.

ŚWIADOMY WYBÓR

Niespełna dwa lata później przeprowadzono kolejne eksperymenty. W lipcu 1988 roku po raz pierwszy polski zespół wysłał do druku prace z wynikami tych doświadczeń. Jak się okazało, był to początek prawdziwej gehenny.

– Uważaliśmy, że to były wyniki bardzo ważne, dlatego wysyłaliśmy je do najlepszych czasopism. W „Nature” pracę odrzucono bez recenzji. Podobnie było w sześciu innych czasopismach. Nasza publikacja posiadała trzy bardzo ważne, nowatorskie aspekty: ciekawe doświadczenia behawioralne, gdzie zwierzę się czegoś uczyło, składnik elektrofizjologiczny, bo można było modelować pewne zmiany plastyczne w mózgu poprzez drażnienie elektryczne w określony sposób oraz po raz pierwszy zmodyfikowaną aktywność konkretnego genu, czyli zmianę molekularną, która towarzyszy tym procesom. Okazało się, że jest to za trudne do zrozumienia dla naszych recenzentów czy edytorów.

Proces odrzucania pracy trwał trzy lata. Prof. Kaczmarek okazał się jednak sprytniejszy. Zdecydował się bowiem „rozbić” publikację na mniejsze fragmenty. W rezultacie już bez większych kłopotów udało się opublikować cztery prace z wybranych elementów tej jednej, oryginalnej, tyle że w dużo gorszych czasopismach. To nadzwyczaj frustrujące, tym bardziej że był to okres bardzo intensywnej pracy, pionierskiej merytorycznie, a jednocześnie niesłychanie trudnej organizacyjnie.

– Przez pierwsze dwa lata pracy nie miałem nawet własnego stołu laboratoryjnego. Doświadczenia robiliśmy albo obok, w Instytucie Onkologii, albo brałem coś w kieszeń i jechałem za granicę, żeby dokończyć. Tak to wyglądało. Prace robione były metodą zupełnie chałupniczą. Kiedy więc okazało się, że uzyskaliśmy wynik, jakiego oczekiwałem, ale trudno było się z nim przebić, traktowałem to jako osobistą porażkę.

Z perspektywy czasu bez przesady można uznać tamte wyniki za absolutnie przełomowe. Gdyby znalazły się w takim czasopiśmie, na jakie zasługiwały, to praca prof. Kaczmarka byłaby dziś klasyczną w tym zakresie. W ciągu minionej dekady neurobiologia molekularna stała się dominującą częścią badań nad układem nerwowym. Stanowi obecnie chyba najbardziej efektywny, a przy tym obiecujący warsztat metodyczny do rozwiązywania problemów biologicznych.

– Zajmuję się tą dziedziną całkowicie nie z przypadku, ale ze świadomego wyboru. Mam głębokie przekonanie, że jest to najważniejsze i najciekawsze, co w ogóle człowiek może robić na świecie. Nie odbieram przy tym prawa nikomu, by o swojej pracy sądził podobnie. Oczywiście, cały czas zakładam, że w wyniku jakiegoś przewrotu naukowego będę zmuszony z dnia na dzień zmienić problematykę, bo to wszystko, nad czym pracujemy, może okazać się nieprawdą. Takie wątpliwości mnie nie omijają. Jestem otwarty na zmiany. Ale jak do tej pory nie było takiej potrzeby.

Ówczesne rozwiązania prof. Kaczmarka były nad wyraz oryginalne, budziły zdziwienie, spotykały się z niedowierzaniem. Bo też sam ich autor był niezależnym twórcą w tej dziedzinie, stworzył własną problematykę i wciąż idzie tym samym tropem, szukając odpowiedzi na zagadki ludzkiego umysłu. Ma jednak także świadomość, że w pewnym momencie został na peronie. Pociąg odjechał bez niego. Neurobiologia molekularna poszła do przodu, wprowadza się nowe metody badań. Nikt już nie pamięta, co się działo na początku. To pozostawia pewien niedosyt.

– Mam jednak satysfakcję z tego, że jeśli chodzi o istotę sprawy moje myślenie się nie zmieniło, a to, co przyjmowano na początku z niedowierzaniem, staje się coraz bardziej realne i w dalszym ciągu wymaga wyjaśnienia.

PRAWO DO WIEDZY

Dziś więc nie żałuje podjętych przed laty wysiłków. Nawet, gdy po raz kolejny słyszy pytanie o wykorzystanie wyników badań np. w medycynie, o praktyczne korzyści jego pracy. Zawsze odpowiada wówczas bardzo emocjonalnie: To w ogóle nie jest istotne. Dopomina się o prawo robienia badań podstawowych.

– Gdybym nie robił tego, co teraz, z pewnością zajmowałbym się filozofią. Interesuje mnie to, jak funkcjonuje organizm i uważam, że nie ma ciekawszej wiedzy, którą człowiek mógłby posiąść, niż ta o umyśle. Jedyną drogą do tego jest właśnie badanie podstaw pamięci. I uważam, że mamy prawo do prowadzenia takich badań. Zrozumienie, jak funkcjonuje pamięć, jako podstawa zrozumienia, jak funkcjonuje umysł – to jest mój główny cel. Dręczy mnie pytanie: jakie są relacje między strukturą mózgu a funkcją umysłu. Jeżeli będę robił te doświadczenia na dobrym poziomie, to będę się domagał na nie pieniędzy. Strona aplikacyjna nigdy nie była dla mnie motywacją.

Ale zdaje sobie jednocześnie sprawę, że nie można całkowicie się od niej oderwać. Faktem jest, że te same geny, które są ważne dla uczenia się, są równie istotne w innej długotrwałej zmianie komórki nerwowej – zmianie neurodegeneracyjnej, która zachodzi w wyniku tzw. programowanej śmierci komórkowej. Ten grunt badań, rozwinięty nieco później, w połowie lat 90., może mieć znaczenie aplikacyjne.

– Mam świadomość, że takie rzeczy będą miały większy odzew społeczny niż badania nad pamięcią. Większość pieniędzy przeznaczanych na naukę kierowanych jest zresztą na prace użyteczne. Niemniej istnieje prawo do czystej wiedzy. Chciałbym, by to uszanowano.

Zdaniem prof. Kaczmarka, badania podstawowe są bardzo ważne, trzeba je prowadzić, byle dobrze, bo naprawdę znaczących wyników nie da się przewidzieć. Nie uprawia się nauki w ten sposób, że wcześniej planuje się, iż ktoś dokona wielkiego odkrycia. Rozwój postępuje dlatego, że ludzie są ciekawi zrozumienia pewnych zjawisk, a dopiero potem się okazuje, że dzięki tej ciekawości można wiedzę wykorzystać. Trudno jest jednak dziś dokonać odkrycia całkowicie niezależnego. Obecny stan wiedzy powoduje, że wiele zespołów pracuje nad podobnymi zagadnieniami w tym samym czasie. Co więcej, aby można było powiedzieć, że odkrycie jest ważne, trzeba lat, które dopiero to potwierdzą, zweryfikują. I wtedy okazuje się, że w tym samym czasie podobne rzeczy robili różni ludzie.

Jak cała polska nauka, tak i neurobiologia molekularna cierpi na liczne niedomogi. Przede wszystkim brakuje środków, a niewielka jest świadomość, jakie pieniądze są tu potrzebne. Na Zachodzie na materiały zużywalne potrzebne do doświadczeń przeznacza się rocznie na jednego badacza przeciętnie 25 tys. dolarów. Prof. Kaczmarek musi prowadzić prace z budżetu co najmniej pięciokrotnie mniejszego. To i tak nieźle. Oczywiste jest jednak, że badania nie mogą być na tym samym poziomie co u konkurencji.

– Na odczynniki trzeba czekać dniami, tygodniami, a czasem nawet miesiącami. To powoduje, że sporo materiału się marnotrawi, bo muszę przewidzieć, czego będę potrzebował za miesiąc. To i tak lepiej niż kilkanaście lat temu, gdy musiałem przewidywać z rocznym wyprzedzeniem. To był już kompletny absurd.

A dlaczego jest tak źle? Jak uważa nasz rozmówca, ma na to wpływ mały rynek. Neurobiologią molekularną zajmuje się w kraju zaledwie kilka zespołów. I choć mamy bardzo dobrą wiedzę o tym, co się dzieje na świecie, kontakty międzynarodowe, posiadamy dostęp do publikacji, baz danych, potencjał ludzki też jest do wykorzystania, to wiele rozbija się o pieniądze.

– Jeśli chodzi o neurobiologię molekularną, to oczywiście absolutnie dominują Stany Zjednoczone. Liczy się jeszcze Europa Zachodnia, Japonia, Izrael. Do tej czołówki pukają Korea i Tajwan, gdzie ukazuje się sporo coraz lepszych prac. Badania w tej dziedzinie prowadzone są też w Argentynie i Brazylii. I mniej więcej za tymi państwami plasuje się Polska. 
Zespół prof. Kaczmarka liczy kilkanaście osób. Trudno ustalić dokładną liczbę, bo ciągle ktoś odchodzi, pojawiają się nowe osoby.

– Prowadzę bardzo otwartą politykę. Bez przerwy zgłaszają się do mnie nowi ludzie i daję im szansę. Na początku są wolontariuszami, a jeśli się sprawdzą i nie zabraknie im silnej motywacji, to zostają. Dlatego zespół jest bardzo płynny, ale efektywny.

Cały czas realizowany jest ten sam kierunek badań, tzn. jeśli powstaje długotrwała zmiana w funkcjonowaniu komórki nerwowej i wymaga ona modulacji czynności genów, to trzeba odpowiedzieć na pytanie, jakie to są geny i jak są regulowane. Rozpoczęły się już prace nad transgenicznymi szczurami, u których zaczęto modulować funkcję genów. Cały czas jednak poszukuje się nowych metod. Najczęściej te metody trzeba opracować samemu. To zadanie o tyle niewdzięczne, że większość wysiłków kończy się fiaskiem. Jak oblicza prof. Leszek Kaczmarek, tylko 1/4 projektów przynosi powodzenie. Pozostałe lądują w koszu. A we wszystkie trzeba na początku zainwestować.

– Największym problemem jest mentalność ludzi. Pozyskanie środków finansowych jest tego pochodną, bo zależy od tego, czy potrafimy przekonać o tym, że to, co robimy, jest słuszne.
Przed dwoma laty prof. Kaczmarek został uhonorowany za swoje badania Nagrodą Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Przyznaje, że było to bardzo miłe. Ale takie nagrody nie mają dla niego decydującego znaczenia, gdy pracuje nad ludzkim umysłem. To co jest prawdziwym bodźcem, to pęd do wiedzy o mózgu i odkrycie jego wszystkich zagadek.

Komentarze