Nasze laboratorium bada molekularną choreografię potranskrypcyjnej regulacji ekspresji genów u bakterii, skupiając się na warunkach stresowych lub atakach wirusowych. Nasze badania obejmują zarówno poziom molekularny – gdzie wykorzystujemy mikroskopię pojedynczych cząsteczek do obserwacji w czasie rzeczywistym tworzenia kompleksów białko-RNA - jak i poziom komórkowy - gdzie używamy bakteriofagów do identyfikowania nowych strategii przeciwdrobnoustrojowych. To zintegrowane podejście stosujemy zarówno do szczepów komensalnych, jak i patogennych E. coli, a także do patogenów o wysokim priorytecie klinicznym, takich jak oporny na antybiotyki Acinetobacter baumannii.
Podsumowanie badań
Nasz program badawczy obejmuje badania ekspresji genów bakteryjnych. Na poziomie molekularnym stosujemy metody biochemiczne oraz zaawansowaną mikroskopię TIRF pojedynczych cząsteczek, aby zrozumieć, jak funkcjonują małe RNA regulatorowe oraz białko chaperonowe Hfq. Monitorując interakcje w czasie rzeczywistym pomiędzy białkami, rybosomami i RNA, dążymy do odkrycia podstawowych zasad rządzących ekspresją genów u bakterii. Łączymy też tą wiedzę mechanistyczną z poziomem systemowym, badając skutki infekcji bakteriofagami. W tym celu prowadzimy badania transkryptomiczne i proteomiczne, by odkryć potencjalne nowe cele w projektowaniu leków antybakteryjnych. Nasza praca jest wspierana przez grant Sonata Bis z Narodowego Centrum Nauki (NCN) oraz EMBO Installation Grant.
Znaczenie naukowe
- Zrozumienie mechanizmów: nasza praca dostarcza mechanistycznego zrozumienia w jaki sposób sRNA wybierają swoje cele i koordynują wyciszanie genów. Analizując dynamikę oddziaływań, wykraczamy poza statyczne modele, aby odkryć fundamentalne zasady kontroli regulacyjnej u bakterii.
- Nowoczesna technologia: używamy nowoczesnego mikroskopu do monitorowania pojedynczych cząsteczek w akcji. Oddziaływania sRNA z mRNA, translacja i degradacja mogą być wizualizowane jednocześnie i w czasie rzeczywistym.
- Potencjalne zastosowania: nasze badania nad backteriofagami mogą otworzyć drogę do nowych strategii przeciwdrobnoustrojowych. Ponadto, zrozumienie zasad projektowania sRNA umożliwi tworzenie programowalnych regulatorów bakteryjnych dla biologii syntetycznej, inżynierii metabolicznej i celowanych interwencji terapeutycznych.
Cele na przyszłość
W dalszej perspektywie nasz program badawczy będzie łączył odkrycia podstawowe z innowacjami terapeutycznymi. Naszym celem jest rozszerzenie analiz pojedynczych cząsteczek, aby uchwycić cały cykl regulacyjny mRNA – od jego początkowego rozpoznania przez kompleksy sRNA-Hfq aż po jego ostateczny los na rybosomie. Będziemy też wykorzystywać wiedzę mechanistyczną do badania wyścigu zbrojeń między fagami a gospodarzem w klinicznie istotnych kontekstach, takich jak infekcje wywołane przez patogeny z grupy ESKAPE.
Współpraca
Współpracujemy z prof. Sanderem Grannemanem (Uniwersytet w Edynburgu), aby integrować wizualizację pojedynczych cząsteczek z mapowaniem interakcji białko-RNA in vivo, oraz z prof. Benem Luisi (Uniwersytet w Cambridge), aby połączyć dynamikę regulacji z mechanizmami degradacji RNA.
Komentarz
„Głównym wyzwaniem współczesnej biologii jest zrozumienie, w jaki sposób procesy molekularne są ze sobą powiązane w środowisku komórkowym. Podchodzimy do tego wyzwania, wizualizując pojedyncze cząsteczki RNA i białek, które regulują ekspresję genów u bakterii – systemem o niewiarygodnej precyzji i szybkości. Obserwowanie, jak te decyzje zapadają, cząsteczka po cząsteczce, odsłania strategie, które zapewniły bakteriom przetrwanie przez miliardy lat” – mówi dr Ewelina Małecka.
