Dr Neuvéglise: – Drożdże to fascynujący model badawczy

Drożdże przeciętnemu człowiekowi kojarzą się ze słodką bułką i winem, a to zaledwie ułamek ich możliwości. Co o nich wiemy, a co wciąż odkrywamy? Czym zaskoczyły Panią?

Tak, drożdże mają ogromny potencjał. Istnieją tysiące gatunków drożdży, z których każdy ma unikalne cechy i zastosowania. Drożdże piekarskie Saccharomyces cerevisiae są najbardziej znane, ale inne drożdże znajdują zastosowanie w „białej biotechnologii” jako fabryki komórkowe dla różnych fermentowanych produktów spożywczych, a nawet suplementów diety. Drożdże pełnią wiele usług ekosystemowych. Pomagają w rozkładzie materii organicznej, recyklingując składniki odżywcze z powrotem do ekosystemu. Drożdże były podstawą wielu odkryć, a liczba Nagród Nobla świadczy o znaczeniu tego modelu eukariotycznego. Wciąż czeka nas ogrom wiedzy do odkrycia: nowe gatunki i rodzaje, nowe szlaki metaboliczne, nowe funkcje genów o potencjalnie nieznanych właściwościach. Przyszłość badań nad drożdżami obiecuje ekscytujące odkrycia dotyczące różnorodności (wciąż są nieodkryte środowiska), właściwości metabolicznych innych niż fermentacja z potencjalnymi nowymi zastosowaniami, czy zdrowia człowieka. Złożona relacja między drożdżami a naszą mikrobiotą jelitową to fascynujący obszar do zbadania.

Czy to wymagający obiekt badawczy, czy też pomaga w badaniach nad nimi łut szczęścia?

Badania nad drożdżami to fascynująca mieszanka wymagającej rygorystyczności i odrobiny przypadku. Eksperymenty z drożdżami wymagają starannej kontroli. Ponieważ zwykle przeprowadza się je na populacji komórek, mogą wystąpić małe różnice, których znaczenie trzeba dokładnie analizować, nie przeszacowywać. Ponadto, choć S. cerevisiae są dobrze znanym modelem, niektóre szlaki metaboliczne nie są w pełni zrozumiane i zależą od innych. Wyłonienie istotnych wyników bywa czasem prawdziwym wyzwaniem. Ale oczywiście, można dokonać nieoczekiwanych odkryć, zwłaszcza w drożdżach niesaccharomycetowych. Myślę, że badanie bioróżnorodności drożdży bardziej skłania do nowości.

W jaki sposób badania nad drożdżami ułatwiła biotechnologia i bioinformatyka?

Można powiedzieć, że biotechnologia i bioinformatyka zrewolucjonizowały badania nad drożdżami i przyspieszyły odkrycia. Sekwencjonowanie S. cerevisiae, które zostało ukończone w 1996 roku, dostarczyło ogromnych ilości danych, z ogromnymi konsekwencjami dla identyfikacji genów, ich przypuszczalnych funkcji oraz zrozumienia struktury chromosomów. Następnie konsorcjum Génolevures, które koordynowali Bernard Dujona, Jean-Luc  Soucieta i Claude Gaillardina, otworzyło drogę do genomiki porównawczej. To było 26 lat temu, a teraz, dzięki rozwojowi narzędzi bioinformatycznych, każdy może sekwencjonować i (automatycznie) anotować genom swojego ulubionego gatunku lub szczepu, nawet bez żadnych umiejętności w zakresie genomiki, co prawdopodobnie tłumaczy, dlaczego bazy danych genów są pełne błędów! Kolejnym krokiem było opracowanie modelowania in silico, które umożliwia symulację zachowania drożdży i przewidywanie wyników w różnych warunkach. To pozwala na szybsze i bardziej opłacalne eksperymenty przed próbami eksperymentalnymi. W laboratorium inżynieria genetyczna z technikami takimi jak CRISPR-Cas9, TALEN i montaż Gibsona zrewolucjonizowały wcześniej czasochłonne eksperymenty. Wysoka przepustowość jest teraz powszechna we wszystkich laboratoriach, co znacznie zwiększa koszty eksperymentów.

Prowadzi Pani badania różnorodności biologicznej genomów drożdży w różnych środowiskach, szczególnie w uprawie winorośli. Południe Europy kojarzy się z winiarstwem i winem, ale od jakiegoś czasu do masowego odbiorcy przebijają się kasandryczne informacje – zmiany klimatyczne zabiją uprawę winorośli. Susza i zbyt wysokie temperatury, krótszy okres wegetacji doprowadzą do tego, że wina nie będzie. Czy z Pani perspektywy, drożdże mają jakieś szczególne zdolności adaptacyjne do zmieniających się warunków, w jakich żyją?

Szczerze mówiąc, nie można mówić, że zmiany klimatyczne zniszczą winiarstwo. Produkcja wina ma przed sobą jeszcze wiele dobrych lat. Opracowywane są alternatywy z nowymi odmianami winorośli, które są odporne na wyższe temperatury lub odporne na choroby kryptogamiczne. Są to głównie hybrydy między Vitis vinifera a innymi odmianami winorośli, które zawierają interesujące geny, np. odporność na mączniaka rzekomego i mączniaka prawdziwego. Wybór odmian o niskiej zawartości cukru również pozwala na utrzymanie poziomu alkoholu na rozsądnym poziomie. Prawdą jest jednak, że zmiany klimatyczne stanowią zagrożenie dla różnorodności drożdży. W zeszłym roku w winnicach w pobliżu Montpellier zaobserwowaliśmy dramatyczne zmniejszenie liczby drożdży fermentacyjnych na winogronach. Ma to wiele konsekwencji dla spontanicznej fermentacji, czyli z wykorzystaniem jedynie mikrobioty obecnej na winogronach, bez komercyjnego inokulum. Prowadzone są eksperymenty mające na celu znalezienie alternatyw. Badamy zdolność drożdży fermentacyjnych do przetrwania w wysokich temperaturach poprzez eksperymenty adaptacyjne w laboratorium.

Do czego, poza przemysłem spożywczym, człowiek może wykorzystywać drożdże?

Potencjał drożdży sięga daleko poza wino, piwo, chleb i inne fermentowane produkty spożywcze. Mogą być stosowane w zdrowiu i medycynie, jak np. Saccharomyces boulardii, które są używane jako probiotyk. Enzymy pochodzące z drożdży są również wykorzystywane w różnych zastosowaniach medycznych. Możemy także wymienić przypadek drożdży wykorzystywanych jako fabryki komórek do produkcji specyficznych antygenów, które są kluczowymi składnikami szczepionek przeciwko chorobom takim jak WZW B. Jak już wspomniałam, drożdże jako fabryki komórek są używane w białej biotechnologii, która ma wiele zastosowań: produkcja biopaliw (bioetanolu lub biodiesla), biodegradowalnych plastików i biosurfaktantów, czyli alternatyw dla detergentów chemicznych. Dzisiejsza idea to eksplorowanie możliwości wykorzystania odnawialnych źródeł do bardziej zrównoważonych alternatyw dla tradycyjnych produktów ropopochodnych. Ponadto, drożdże mogą pomóc w oczyszczaniu zanieczyszczonych środowisk, hydrolizując zanieczyszczenia składające się z metali ciężkich lub związków organicznych.

Skąd Pani zainteresowanie właśnie drożdżami?

Kiedy ukończyłam pracę naukową na temat wykorzystania grzyba entomopatogennego do zwalczania białej gronówki trzciny cukrowej, chciałam kontynuować pracę nad różnorodnością grzybów. W INRA było stałe stanowisko dotyczące różnorodności drożdży z wykorzystaniem podejścia genomowego. Od razu mnie to zainteresowało. I tak oto, prawie 30 lat później, wciąż uważam, że drożdże są najlepszym modelem biologicznym dla naukowców!

Współpracuje Pani z naukowcami z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu – kiedy zaczęła się ta współpraca? Co decyduje o jej charakterze czy wyjątkowości?

Moja współpraca z naukowcami z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu rozpoczęła się co najmniej 12 lat temu, kiedy prof. Małgorzata Robak odwiedziła nasz zespół w Thiverval-Grignon. Zaprosiła mnie do wygłoszenia wykładu we Wrocławiu w 2014 roku i zorganizowania szkolenia z genomiki drożdży w 2016 i 2017 roku. W 2012 roku poleciła swojego doktoranta, a my zatrudniliśmy Zbigniewa Lazara na dwuletnie stanowisko postdoktoranckie. To był początek naszej współpracy nad Yarrowia lipolytica, która wciąż trwa. Również w 2014 roku dr Xymena Połomska przyjechała do naszego laboratorium w Thiverval-Grignon, aby oczyścić plazmidy Debaryomyces hansenii, a następnie otrzymaliśmy grant PHC Polonium na pracę nad toksyną zabójczą D. hansenii. Potem kilku polskich studentów z różnych zespołów przyjechało do naszego laboratorium z różnymi projektami dotyczącymi Y. lipolytica lub D. hansenii.

Czym jest dla Pani praca naukowa?

Z mojego punktu widzenia, praca naukowa to niekończące się poszukiwanie lepszej wiedzy, w celu zrozumienia konkretnej kwestii, formułowanie hipotez i testowanie je eksperymentami. To wspólny wysiłek, opierający się na przeszłych odkryciach i patrzący w przyszłość z nowymi pytaniami, z nadzieją na dokonanie odkryć, które zmienią i, jeśli to możliwe, poprawią nasze życie. Oznacza to bycie rygorystycznym, kreatywnym, krytycznym, uczciwym. Należy także mieć umiejętność dzielenia się wynikami z międzynarodową społecznością. Prawdziwa współpraca nie zawsze jest łatwa do osiągnięcia, ponieważ naukowcy często lubią ze sobą konkurować. Ale kiedy się udaje, jest to o wiele bardziej satysfakcjonujące. Tak widzę swoją współpracę z prof. Zbigniewem Lazarem.

Jak ocenia Pani rolę i miejsce kobiet w nauce – co zmieniło się, czy zmienia w ostatnich latach? Uczelnie podejmują działania równościowe, ale czy istotnie ta równość, czy też parytet istnieje chociażby we Francji, gdzie ikoną naukową jest przecież Polka, Maria Skłodowska-Curie. Skłodowska-Curie musiała wyjechać z Rosji – historycznie wtedy Polski nie było, bo jako kobieta nie mogła tam studiować i pracować naukowo. We Francji absolwentki Sorbony, dwukrotnej noblistki, nie przyjęto do Francuskiej Akademii Nauk.

Jasne jest, że w minionych wiekach było znacznie trudniej kobiecie być naukowcem. Maria Skłodowska-Curie nie została przyjęta do Francuskiej Akademii Nauk, ale została uznana za prawdziwego naukowca. Z drugiej strony, badania prowadzone przez inne kobiety były celowo ignorowane, ponieważ były zbyt daleko poza zrozumieniem ich czasów. Często myślę o Barbarze McClintock, która odkryła ruchome elementy genetyczne, zanim jeszcze znana była struktura DNA. Minęło prawie 40 lat, zanim została nagrodzona Nagrodą Nobla. Myślę, że życie jest dziś o wiele łatwiejsze dla kobiet w nauce. W biologii we Francji powiedziałabym, że teraz jest parytet i kobiety mają dostęp do wysokich stanowisk. Tak nie było prawie 30 lat temu, kiedy dołączyłam do INRA. Wszyscy liderzy zespołów i szefowie jednostek byli mężczyznami!

Czy naukowiec powinien też uczyć? Jak łączyć naukę z dydaktyką? Jak być mistrzem, mentorem, wzorem do naśladowania?

Tak, myślę, że naukowcy powinni uczyć, ale nie za dużo! Nauczanie jest bardzo czasochłonne i wyczerpujące. Myślę, że 300 godzin rocznie jest po prostu niemożliwe! I oczywiście bycie naukowcem-nauczycielem jest korzystne zarówno dla studentów, jak i dla naukowca. Z jednej strony to sposób na wniesienie świeżych spojrzeń i entuzjazmu do i od studentów, to także sposób na budzenie i tworzenie powołań do pracy naukowej wśród młodych. Z drugiej strony, naukowiec musi się uczyć i być świadomym wszystkiego w swoim obszarze ekspertyzy, co nie zawsze ma miejsce, gdy naukowcy są zbyt wyspecjalizowani.

Kiedy nie zajmuje się Pani drożdżami to zajmuje się Pani….?

Piję je!

rozmawiały Katarzyna Kaczorowska , Isabelle Sigrist

Dr Cécile Neuvéglise z Francuskiego Narodowego Instytutu Rolnictwa, Żywności i Środowiska (INRAE), zdobyła uznanie w środowisku naukowym dzięki badaniom w dziedzinie genomiki porównawczej drożdży. W ciągu ponad dwudziestoletniej kariery, dr Neuvéglise skupiła się na badaniu ewolucji genomów drożdży i ich funkcji biologicznych, takich jak m.in. metabolizm lipidów i RNA. Jej staż w Institut Pasteur, a następnie dalsza kariera w INRAE, zaowocowały znaczącymi postępami w rozumieniu genetyki i biologii drożdży. Była współzałożycielką i współliderką zespołu BIMLip w Instytucie Micalis, który później przekształcił się w zespół B2L, w którym Dr Neuvéglise kierowała podgrupą DivY, skoncentrowaną na różnorodności genomowej drożdży. Prace badawcze dr Neuvéglise przyczyniły się do lepszego zrozumienia mechanizmów stabilności genomu i funkcji genów. Naukowczyni prowadziła również pionierskie badania nad olejogenną naturą drożdży, a jej badania nad metabolizmem lipidów w drożdżach, w tym nad gatunkiem Yarrowia lipolytica, znacznie przyczyniły się do zrozumienia ewolucyjnych mechanizmów adaptacji drożdży do różnorodnych środowisk.

Jej dorobek naukowy obejmuje 95 prac opublikowanych w prestiżowych czasopismach, 7 rozdziałów w książkach, współautorstwo dwóch patentów oraz wysoki indeks Hirscha wynoszący 38. Współpraca dr Neuvéglise z Uniwersytetem Przyrodniczym we Wrocławiu, która rozpoczęła się w 2013 roku, przyniosła szereg interesujących publikacji w renomowanych czasopismach. Projekty badawcze realizowane we współpracy z UPWr dotyczą m.in. analizy genomu drożdży z gatunku Y. lipolytica, ze szczególnym uwzględnieniem badań nad metabolizmem lipidów, cukrów i alkoholi wielowodorotlenowych. Ponadto, w ramach tej współpracy, dr Neuvéglise wspierała prace doktorskie i staże naukowe polskich doktorantów i naukowców, oferując im możliwość uczestniczenia w zaawansowanych projektach badawczych w swoim zespole.