Nasze laboratorium bada molekularne mechanizmy potranskrypcyjnej regulacji ekspresji genów u bakterii, szczególnie w warunkach stresu i podczas infekcji bakteriofagowych. Interesuje nas, jak białka wiążące RNA oraz małe regulatorowe RNA kontrolują translację, degradację RNA i adaptację bakterii do zmieniających się warunków. 

Łączymy podejścia molekularne i systemowe. Na poziomie pojedynczych cząsteczek wykorzystujemy mikroskopię TIRF, aby obserwować w czasie rzeczywistym powstawanie kompleksów RNA-białko. Na poziomie komórkowym badamy, jak bakteriofagi przeprogramowują metabolizm RNA i translację gospodarza oraz jak ta wiedza może pomóc w identyfikacji nowych strategii przeciwdrobnoustrojowych. 

To zintegrowane podejście stosujemy w badaniach nad komensalnymi i patogennymi szczepami E. coli oraz klinicznie istotnymi bakteriami, takimi jak antybiotykooporny Acinetobacter baumannii. 

Podsumowanie badań

Nasz program badawczy koncentruje się na zasadach regulacji ekspresji genów u bakterii. Na poziomie molekularnym stosujemy metody biochemiczne oraz zaawansowaną mikroskopię TIRF pojedynczych cząsteczek, aby zrozumieć, jak małe RNA regulatorowe oraz białko opiekuńcze Hfq rozpoznają swoje cele i kontrolują los cząsteczek mRNA. 

Monitorując w czasie rzeczywistym interakcje między RNA, białkami i rybosomami, badamy podstawowe zasady bakteryjnej kontroli translacji oraz degradacji RNA. Interesuje nas nie tylko to, które cząsteczki oddziałują ze sobą, ale również kiedy, w jakiej kolejności i z jaką dynamiką zachodzą kolejne etapy regulacji. 

Drugi główny obszar badań dotyczy infekcji bakteriofagowych. Badamy, w jaki sposób fagi przeprogramowują metabolizm RNA i translację gospodarza. Wykorzystujemy transkryptomikę i proteomikę, aby identyfikować partnerów oddziaływań oraz cele regulacyjne w komórkach bakteryjnych. 

W latach 2024-2025 ustanowiliśmy systemy eksperymentalne w antybiotykoopornym Acinetobacter baumannii oraz E. coli wraz z ich fagami. Zidentyfikowaliśmy również czynniki kodowane przez fagi, które modulują translację bakteryjną i regulację RNA. Badania te są rozwijane w ramach aktywnych, konkurencyjnie finansowanych projektów badawczych. 

Znaczenie naukowe

• Zrozumienie mechanizmów: nasza praca dostarcza mechanistycznego wyjaśnienia, w jaki sposób małe RNA wybierają swoje cele i koordynują wyciszanie genów. Analizując dynamikę rozpoznawania celu, translacji i degradacji RNA, wychodzimy poza statyczne modele regulacji i opisujemy podstawowe zasady kontroli ekspresji genów u bakterii. 
• Nowoczesna technologia: wykorzystujemy zaawansowaną mikroskopię pojedynczych cząsteczek, aby obserwować procesy regulacyjne w czasie rzeczywistym. Dzięki temu możliwe jest jednoczesne śledzenie targetowania RNA, translacji i degradacji. 
• Potencjalne zastosowania: badania nad czynnikami fagowymi działającymi na antybiotykooporne bakterie mogą otworzyć drogę do nowych strategii przeciwdrobnoustrojowych wobec patogenów z grupy ESKAPE. Zrozumienie zasad działania sRNA może też wspierać rozwój programowalnych regulatorów bakteryjnych dla biologii syntetycznej, inżynierii metabolicznej i celowanych interwencji terapeutycznych. 

Cele na przyszłość

W kolejnych latach będziemy łączyć odkrycia podstawowe z potencjałem zastosowań terapeutycznych. Naszym celem jest rozszerzenie analiz pojedynczych cząsteczek tak, aby uchwycić pełną ścieżkę regulacyjną mRNA: od początkowego rozpoznania przez kompleksy sRNA-Hfq po ostateczny los cząsteczki na rybosomie. 

Będziemy także wykorzystywać wiedzę mechanistyczną do badania wyścigu zbrojeń między fagami a gospodarzem w kontekstach istotnych klinicznie, zwłaszcza w przypadku patogenów ESKAPE.

Współpraca

• Współpracujemy z Prof. Sanderem Grannemanem z University of Edinburgh, aby integrować wizualizację pojedynczych cząsteczek z mapowaniem oddziaływań białko-RNA in vivo. 
• Współpracujemy także z Prof. Benem Luisim z University of Cambridge, aby połączyć dynamikę regulacyjną z mechanizmami degradacji RNA. 
• Dr Tom Gräfenhan z Core Unit Systems Medicine w Würzburgu wspiera nas w analizach transkryptomicznych dotyczących infekcji fagowych. 

Komentarz

„Nasze laboratorium bada regulację genów bakteryjnych w dwóch głównych obszarach: po pierwsze, jak białka wiążące RNA i małe RNA kontrolują translację oraz łączą ją z degradacją RNA; po drugie, jak bakteriofagi przeprogramowują metabolizm RNA i translację gospodarza. Łączymy mikroskopię TIRF pojedynczych cząsteczek, która pozwala bezpośrednio obserwować tworzenie kompleksów RNA-białko w czasie rzeczywistym, z wysokoprzepustową transkryptomiką i proteomiką. Dzięki temu identyfikujemy partnerów oddziaływań oraz cele regulacyjne w komórkach.” – mówi dr Ewelina Małecka.

Odwiedź stronę internetową Laboratorium, aby dowiedzieć się więcej: https://maleckalab.com/  (strona w j. ang)