Zapraszamy na pierwsze w nowym roku akademickim spotkanie z cyklu Szkoły Nestorów Nauki Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Wykład pt. „Biologia strukturalna wczoraj, dziś, jutro?” wygłosi prof. Mariusz Jaskólski z Zakładu Krystalografii Wydziału Chemii UAM.
Spotkanie odbędzie się 18 października 2023 r. o godz. 17.00 w Auli Lubrańskiego, ul. Wieniawskiego 1. Wykład ma charakter otwarty i będzie również transmitowany online na kanale YouTube UAM.
O wykładzie
Biologia strukturalna bada strukturę przestrzenną makromolekuł biologicznych, białek i kwasów nukleinowych, w celu zrozumienia, a być może i regulacji, działania tych molekuł życia. Swoje początki wiąże z krystalografią rentgenowską, z którą przez wiele dekad była utożsamiana. Metoda krystalograficzna polega na badaniu struktury materiału biologicznego za pomocą dyfrakcji promieni X. W latach 1980. wsparcie przyszło ze strony jądrowego rezonansu paramagnetycznego (NMR), ale prawdziwy przełom nastąpił w ostatniej dekadzie wraz z rozwojem wysokorozdzielczej kriomikroskopii elektronowej (cryo-EM). Protein Data Bank (PDB), który od 1971 r. gromadzi wyznaczone doświadczalnie struktury makromolekuł, początkowo odnotowywał nieliczne struktury rocznie. W połowie lat 1990. nastąpiła „eksplozja” PDB, związana z rozwojem biotechnologii, technologii komputerowej oraz z powszechnym zastosowaniem potężnych synchrotronowych źródeł promieniowania X. Postęp techniczny poszedł dalej i dziś dysponujemy laserami rentgenowskimi na swobodnych elektronach (XFEL), których promieniowanie ma niewyobrażalną jasność. Umożliwia to skrócenie czasu naświetlania do kilkunastu femtosekund (0.000000000000001 sekundy) oraz badanie kryształów o wymiarach nanometrów (0.000001 milimetra), a nawet pojedynczych molekuł. Wszystko to sprawia, że w PDB jest obecnie ponad 210 tys. wyznaczonych doświadczalnie struktur makromolekuł, a roczny przyrost osiąga 15 tys. Wiele z tych struktur, np. białek wirusa HIV czy SARS-CoV-2, ma ogromne znacznie medyczne, gdyż na ich podstawie projektuje się leki nowej generacji. Obok rewolucji na polu doświadczalnym, przełom nastąpił też w metodach przewidywania struktury trójwymiarowej białek na podstawie ich sekwencji, tj. informacji jednowymiarowej. Stało się to możliwe dzięki algorytmom uczenia maszynowego, które wytrenowano pod kątem rozpoznawania w sekwencjach białek wzorców strukturalnych. Nie jest to jeszcze rozwiązanie zagadki ścieżki zwijania, a dla zupełnie nowych białek wynik jest niepewny; niemniej dla łatwiejszych problemów sztuczna inteligencja (AI) potrafi znaleźć poprawne rozwiązanie błyskawicznie. Dostępny powszechnie serwer AlphaFold zaproponował już strukturę dla ponad 200 milionów białek. Inny serwer obiecuje miliard struktur, choć wydaje się, że taka numerologiczna sztuka dla sztuki traci już sens.
Czy pojawienie się na arenie AI oznacza koniec eksperymentu? Z całą pewnością nie! Nawet jeśli AI wygeneruje interesujący nas model, to w przypadku zupełnie nowego białka trzeba będzie i tak potwierdzić go doświadczalnie. A może, jak już wielokrotnie prognozowano, umrze krystalografia? Wydaje się, że w przewidywalnej przyszłości na pewno nie. Choć jest to metoda trudna, wyniki jakich dostarcza są nieprześcignione pod względem jakości, rozdzielczości i możliwości weryfikacji w oparciu o bogate dane doświadczalne. Poza tym innym metodom potrzebne są wiarygodne modele do uczenia maszynowego czy rozpoznawania obrazu. Wydaje się więc, że omówione metody będą współistniały na zasadzie synergii.
O wykładowcy
Mariusz Jaskólski urodził się w 1952 r. w Inowrocławiu. Studiował chemię na UAM. Stopień doktora (1979) i habilitację (1985) uzyskał za badania krystalograficzne małocząsteczkowych związków o znaczeniu biologicznym oraz za prace metodyczne w dziedzinie krystalografii. Tytuł profesora otrzymał w 1997 r. Jest profesorem w Zakładzie Krystalografii na Wydziale Chemii UAM.
W latach 1988-1994 wraz ze współpracownikami w Narodowym Instytucie Raka w USA odkrył kluczowe z punktu widzenia AIDS struktury proteazy i integrazy retrowirusów, oraz asparaginazy - ważnego leku przeciwbiałaczkowego.
W 1994 r. założył pierwsze w Polsce laboratorium krystalografii białek, Centrum Badań Biokrystalograficznych w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu, którym kierował do 2021 r. W latach 1995-2002 realizował prestiżowy grant Howard Hughes Medical Institute (USA).
W roku 2001 odkrył zjawisko wymiany domen strukturalnych w ludzkiej cystatynie C, białku tworzącym agregaty amyloidowe w mózgu. Było to pierwsze doświadczalne powiązanie agregacji amyloidowej z wymianą domen strukturalnych, rzucające światło na mechanizm molekularny również w innych amyloidozach, takich jak choroba Alzheimera, Creutzfeldta-Jakoba, BSE, etc.
Opublikował ponad 400 prac, głównie z chemii strukturalnej oraz biologii strukturalnej, które były cytowane ponad 10000 razy. Są wśród nich prace dotyczące wyznaczania struktury makromolekuł z najwyższą rozdzielczością.
Jest zapalonym dydaktykiem. Wykształcił rzesze studentów w zakresie krystalografii i biologii strukturalnej. Wypromował 15+ doktorów.
Zapraszamy do śledzenia transmisji wykładu:
