Wspomnienia (el)

Witamy w niezwykłym laboratorium!

Utworzono: piątek, 23 kwiecień 2021 Anna Leszkowska

Z pamiętnika Fulbrightera (3)

 

 

Stojak 2 1Projekt, który wykonuję w ramach stypendium Fulbrighta na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz (UCSC) dotyczy zróżnicowania genetycznego lemingów norweskich Lemmus lemmus w plejstocenie. Lemingi te preferują chłodne środowiska i współczesne zmiany klimatu stanowią dla nich poważne zagrożenie. Kiedyś żyły na obszarze całej Europy, ale ocieplenie w holocenie, które zaczęło się około 11 tysięcy lat temu spowodowało ich masowe wymieranie. Dziś L. lemmus żyje tylko w Norwegii i na północy Skandynawii.
Chcę sprawdzić jak bardzo różnorodne były populacje leminga norweskiego 10, 20, 30 tysięcy lat temu, żeby pokazać, że wraz z ociepleniem pula genetyczna tego gatunku malała i stawała się coraz biedniejsza, coraz słabsza. Zakładam, że zidentyfikuję linie genetyczne, które kiedyś zamieszkiwały Europę, a dziś już wymarły bezpowrotnie.

Do tej pory badałam gatunki, które w trakcie ostatniego zlodowacenia walczyły o przetrwanie w tzw. refugiach glacjalnych (miejscach, gdzie było w miarę ciepło i bezpiecznie). Dziś pracuję z gatunkiem, który w okresach przeraźliwego zimna miał swój czas, a współcześnie ukrywa się w refugium interglacjalnym, wypatrując lepszych, chłodniejszych czasów. Niestety, chyba nie ma na to ochłodzenie szans!
Takie badania pozwolą na określenie jak różne gatunki reagowały na zmiany klimatu w przeszłości, a ta wiedza może zostać wykorzystana do stworzenia prognoz, jak gatunki współczesne zareagują na to, co się obecnie dzieje z klimatem. Będzie można przewidzieć, które gatunki za chwilę będą zagrożone wymarciem i może umożliwi to opracowanie sposobów na ocalenie tych populacji.
Niewątpliwie i my, ludzie, boleśnie odczujemy skutki globalnych zmian klimatu. Wciąż tylko jednak żyjemy w dziwnej bańce zaprzeczenia sądząc, że jak się odwrócimy do czegoś plecami, to nas to nie dotyczy.

Praca w laboratorium

W laboratorium antycznego DNA (aDNA), nazywanym „czystym” laboratorium, pracuje się zupełnie inaczej i trzeba się do niego dobrze przygotować. Antyczny DNA jest bardzo pofragmentowany i jest go nadzwyczaj mało, nie można zatem dopuścić do kontaminacji, a już na pewno nie do kontaminacji ludzkim DNA! Dlatego rano obowiązkowo prysznic, potem trzeba związać włosy, ubrać się wygodnie. W drodze do laboratorium lepiej unikać ludzi, a już na pewno tych, którzy pracują z współczesnym DNA, zatem absolutnie nie wolno przechodzić w pobliżu budynków, w których się te laboratoria znajdują.ancient DNA lab   3

Do laboratorium aDNA niczego nie można wnosić, wszystkie rzeczy osobiste zostają w pokoju nr 1, w którym nakładana jest pierwsza para rękawiczek. Czyli żadnych notatek, telefonów, nawet moje okulary nazwano „złem koniecznym”. Dopiero po umyciu pierwszej pary rękawiczek wybielaczem, można przejść do pomieszczenia nr 2, znajdującego się za szczelnymi drzwiami. Jeśli trzeba wnieść próby, również należy wszystko wyczyścić wybielaczem (moje próby były w kopercie, dlatego wyszorowałam kopertę z każdej strony). Próby zostają w laboratorium po kres swoich dni (chociaż akurat moje lemingi i tak są martwe od wielu tysięcy lat).

W pomieszczeniu nr 2 czekają kombinezony, czepki, maseczki chirurgiczne, przyłbice, buty. Niełatwo jest się w to wszystko ubrać! Przygotowania wieńczy nałożenie drugiej pary rękawiczek (na pierwsze, a rękaw kombinezonu szczelnie do środka) i (a jakże!) potraktowanie ich wybielaczem. Warto zauważyć, że wybielacz przesiąka po jakimś czasie przez rękawiczki, zatem jeśli ktoś zapomni zdjąć na przykład pierścionek, to reakcja chemiczna go po prostu zniszczy. Biżuteria zostaje w domu!

Dopiero teraz przechodzi się do samego laboratorium, w którym od razu należy przygotować stanowisko pracy – czyścimy wybielaczem wszystko: blaty, długopisy, nożyczki, przedmioty, których będziemy używać. W trakcie pracy tak samo – co chwilę używamy wybielacza. Jeden ruch, czegoś dotknęłam – w ruch idzie wybielacz, dotykam czegoś innego – kolejna porcja wybielacza. Po całym dniu pracy jesteśmy przesiąknięci zapachem wybielacza, a i przy okazji każdy się go nawdychał. Praca w takim laboratorium jest tylko dla twardzieli!
Probówki, bufory, roztwory – wszystko trafia na 30 minut pod silną lampę UV. Jeśli bardzo zależy mi, aby coś „wyszło” z laboratorium, jest tam komputer i mogę wysłać na przykład maila. Przywiezione przeze mnie próby lemingów (po sfotografowaniu i wprowadzeniu ich danych do bazy) trafiły do szufladki w zamrażarce, gdzie czekają na swoją kolej.

„Przeklęty” człowiek lodu

Wśród wielu szufladek w laboratorium zauważyłam jedną, która mnie bardzo zaintrygowała. Była podpisana jako „Iceman, CURSED!”, co oznaczało „Człowiek lodu, PRZEKLĘTY!”. Oczywiście od razu chciałam poznać szczegóły.

W tej szufladce trzymana jest próbka pobrana z wydobytych z alpejskiego lodowca w Południowym Tyrolu szczątków człowieka, który zmarł około 3,3 tysięcy lat temu. Nazwano go Ötzi. Znalazło go dwoje turystów na wysokości 3210 m n. p. m. Początkowo sądzono, że to zwłoki jakiegoś nieszczęsnego turysty, szybko się jednak okazało jak ważne odkrycie naukowcy mieli przed sobą. Ötzi mierzył 157 cm i ważył około 50 kg, w momencie śmierci miał około 40-50 lat. Na jego ciele zidentyfikowano 61 tatuaży, dokuczały mu zmiany zwyrodnieniowe stawów i borelioza, a ostatnie co zjadł to owoce, chleb i mięso jelenia i kozicy. Postrzelono go strzałą i od tej rany najprawdopodobniej zmarł. Analizy genetyczne sugerują, że miał brązowe oczy, grupę krwi 0 i nietolerancję laktozy.

Dziś mumia znajduje się w muzeum we Włoszech, ale znalezienie jej na terenie przygranicznym wywołało sporo zamieszania i sporów między Austrią i Włochami. Z władzami Południowego Tyrolu sądził się też znalazca mumii (po tym, jak muzeum nie chciało go za darmo wpuścić na wystawę z „człowiekiem lodu”). Proces wygrał, ale niedługo potem zginął podczas wspinaczki w pobliżu miejsca znalezienia mumii. Podobno każdy, kto miał kontakt z Ötzi’m, doświadczał czegoś złego, niektórzy nawet zmarli śmiercią tragiczną. Dlatego uważa się, że może to być klątwa, kara za naruszenie spokoju spoczywających pod lodem szczątków. W laboratorium aDNA wszyscy omijają szufladę z próbą „człowieka lodu”, nawet Beth Spahiro jej nie dotyka. Kto wie co w niej jest? W końcu wiele słyszało się o klątwach faraonów. Też jej nie dotykam.

Młot Thora

Aby wyizolować aDNA z kości, należy najpierw te kości sproszkować. Pierwszym etapem jest rozbicie kości na mniejsze kawałki. Ja pracuję z pojedynczymi zębami lub całymi żuchwami lemingów, które są naprawdę bardzo małe (kilka-kilkanaście milimetrów) i je także najpierw trzeba trochę porozbijać. Robię to specjalnym młotkiem, który w labie aDNA UCSC nazywa się… Mjølner! Tak, tak nazywa się młot Thora, nordyckiego boga wojny i piorunów! Pokruszone kości „wrzucam” do homogenizatora, gdzie zostaną sproszkowane przez metalowe kulki. Proszkowanie kości wymaga skupienia, ale znacznie dłużej trwa szorowanie (wybielaczem i małą szczoteczką do buteleczek) użytych do tego metalowych cylinderków i kulek.

Do izolacji używam maksymalnie 120 mg takiego proszku, nie zawsze udaje się tyle uzyskać, szczególnie, gdy ma się tylko jeden ząb małego gryzonia sprzed 30 tysięcy lat! Każda kość czy próbka jest inna i nigdy nie wiadomo, ile materiału się ostatecznie będzie miało do dalszych etapów. Proces izolacji aDNA z kości przebiega inaczej niż izolacja DNA z prób współczesnych z tkanek. Dużo przygotowań, dużo czekania, a oczyszczanie antycznego DNA wymaga skupienia i… zdolności manualnych na miarę McGyvera!
Pojemność zwykłych kolumienek (złóż do oczyszczania) jest zbyt mała, zatem należy zbudować własne z elementów dostępnych w laboratorium. Ważne jest, żeby dobrze umocować wszystkie części, aby konstrukcja nie rozpadła się w trakcie wirowania. Izolacja aDNA jest etapem najważniejszym, bo od jego wydajności zależy powodzenie kolejnych: tworzenie bibliotek DNA i sekwencjonowanie.

Szczepienne przywileje

W Paleogenomics Laboratory UCSC pracuje się w świetnej atmosferze! Beth Shapiro wymaga regularnych raportów z postępów prac, zawsze chętnie służy radą i docenia dobrze wykonaną robotę. Nie żałuje też pochwał, co jest bardzo motywujące i naprawdę chce się pracować!
Pracownicy naukowi UCSC należą do drugiej grupy szczepień przeciwko covid-19, zaraz za pracownikami medycznymi. W USA ruchy antyszczepionkowe mają się dobrze, ale jeśli się do nich należy, nie ma się dostępu do wielu przywilejów. Chcesz pracować w laboratorium i przebywać na terenie kampusu, gdzie masz kontakt z innymi pracownikami? Musisz się zaszczepić. W końcu hasłem UCSC na czas pandemii było: Slug strong! Żółty pomrów dalej spełniał swoją funkcję, dopingując całą społeczność akademicką.
Joanna Stojak

Dr Joanna Stojak jest stypendystką Fulbright Senior Award 2020/2021 na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz.

 

 

 

 

Z pamiętnika Fulbrightera (1)

Utworzono: niedziela, 21 luty 2021 Anna Leszkowska


Witamy w Kalifornii! 

Stojak 2 1Gdy pod koniec 2019 roku ogłoszono wyniki Fulbright Senior Award 2020/2021, nie podejrzewałam, że podczas realizacji stypendium będę musiała stanąć twarzą w twarz z zupełnie nową sytuacją na świecie. W ciągu kilku miesięcy rozpętała się pandemia COVID-19, która sprawiła, że świat znacznie zwolnił. Nauki jednak nie da się powstrzymać!
Czym jest Fulbright? To największy program wymiany naukowej i kulturowej między USA a innymi krajami. Na świecie Fulbright działa od 75 lat, w Polsce ponad 60 lat. Wśród grona absolwentów znajduje się m.in. 60 laureatów Nagrody Nobla, 86 laureatów Nagrody Pulitzera i 37 głów państw.

Fulbright Senior Award umożliwia pracownikom naukowym z polskich instytucji akademickich i naukowych prowadzenie projektów badawczych lub badawczo-dydaktycznych w wybranej instytucji goszczącej w USA. Ja wybrałam Paleogenomics Laboratory na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz. W związku z pandemią granice Stanów Zjednoczonych były zamknięte, ale stypendyści Fulbrighta zostali dodani do wyjątków. Oczywiście każdy z nas musiał spełnić szereg wymogów, m.in. uzyskać wizę sponsorowaną przez Departament Stanu, uzupełnić szczepienia z listy i uzyskać negatywny wynik na Covid-19 tuż przed wyjazdem. Można by jednak zapytać: po co jechać na drugi koniec świata i to w tak dziwnych i trudnych czasach?

Antyczny DNA

Na co dzień zajmowałam się historią ewolucyjną obecnie żyjących populacji, zawsze jednak interesowało mnie jak wyglądała różnorodność genetyczna w populacjach gatunków wymarłych lub takich, które kiedyś żyły na dużo większych obszarach niż obecnie. Te informacje można „wyciągnąć” tylko ze skamielin, czyli prób bardzo starych, z którymi pracuje się zupełnie inaczej niż z materiałem współczesnym. Izolacja antycznego DNA (aDNA) wymaga zupełnie innego zaplecza technicznego, musi być wykonywana w zaprojektowanym na zamówienie, sterylnym aż do granic absurdu laboratorium, zabezpieczonym systemem szczelnych śluz. Stary DNA jest bardzo pofragmentowany, dlatego podczas analiz pracuje się na bardzo krótkich odcinkach, około 200-300 par zasad. Chciałam się tego nauczyć i to od najlepszych.

Zespół prof. Beth Shapiro jest jednym z najbardziej znanych na świecie laboratoriów prowadzących badania z zakresu paleogenomiki od ponad 20 lat. Profesor Shapiro była zaangażowana w pierwsze analizy prowadzące do uzyskania antycznego DNA z próbek datowanych na plejstocen. Głównym celem tych badań było odtworzenie historii ewolucyjnej wielu gatunków zwierząt oraz analiza wpływu działań człowieka na globalne zmiany klimatu i wymierania megafauny. Zespół ten to specjaliści od kruszenia kości, zatem nie było lepszego miejsca, żeby przeanalizować kości lemingów sprzed kilkudziesięciu tysięcy lat, które mnie interesowały.

Przytoczę przykłady badań, jakie prowadzono w zespole prof. Beth Shapiro. W 2020 roku w „Nature Communications” ukazała się praca analizująca wpływ globalnych zmian klimatu na bioróżnorodność roślin i zwierząt w plejstocenie i holocenie. Antyczny DNA uzyskany ze skamieniałości 100 gatunków kręgowców i 45 gatunków roślin ujawnił, że bioróżnorodność znacznie spadła w trakcie ostatniego glacjału (tzw. młodszego driasu, trwającego około 10-11 tysięcy lat temu), po czym w holocenie różnorodność wśród roślin wzrosła, a różnorodność wśród zwierząt niestety nie.
Wyniki sugerują, że zmiany klimatu miały istotny wpływ na wymieranie megafauny w plejstocenie, jednak nie były jedyną przyczyną tego procesu.
Z kolei w „PNAS” ukazała się praca, w której wykorzystano sekwencjonowanie nowej generacji (NGS), aby przeanalizować aDNA i tym samym bezpośrednio sprawdzić jak przebiegał proces neolityzacji w Afryce Północnej. Wyniki wykazały, że we wczesnym neolicie u ludzi mieszkających na terenie obecnego Maroka przeważały endemiczne warianty genetyczne wywodzące się ze społeczności żyjących na tych obszarach w epoce kamienia i do dziś obecne w populacjach północnoafrykańskich. Z kolei w próbach z okresu późnego neolitu pojawiała się domieszka genetycznych wariantów charakterystycznych dla populacji europejskich. Sugeruje to, że neolityzacja w Afryce Północnej była procesem, na który składały się zarówno rozwój społeczności mezolitycznych, jak i migracja ludzi z Europy.

Ślimak symbolem… aktywności

Uniwersytet Kalifornijski w Santa Cruz (UCSC) łatwo było znaleźć na mapie, natomiast w rzeczywistości zaskoczył mnie jego rozmiar. Uniwersytet zajmuje obszar kilku mil kwadratowych! Zdziwiło mnie również, że większość uniwersytetów jako swoją maskotkę wybiera silne i waleczne zwierzęta, takie jak lwy czy orły, natomiast UCSC miało… żółtego pomrowa (ang. banana slug)!slimak 1

Pomimo pandemii, naukowcy działają bardzo aktywnie. Praca w laboratorium jest zorganizowana płynnie – laboratoria do pracy z antycznym DNA zawsze utrzymywane są w bardzo wysokim standardzie sanitarnym, a pracownicy zakryci są od stóp do głów, zatem obostrzenia związane z pandemią nie są dodatkową przeszkodą.
Na kampusie obowiązują regularne testy przesiewowe na obecność Covid-19, a większość spotkań odbywa się online.

Bardzo podoba mi się, że wszyscy są kreatywni, dzielą się swoimi doświadczeniami, a w razie problemów lub przygotowywania kolejnych publikacji i eksperymentów, omawiają wszystko regularnie z resztą grupy badawczej. Pierwszeństwo wypowiedzi mają zawsze młodsi, mniej doświadczeni pracownicy, którzy próbują samodzielnie rozwiązać określone problemy badawcze, dopiero później swoją opinię wygłaszają kierownicy laboratorium. Pod koniec każdego spotkania jest czas na wspólne podsumowanie opublikowanych w danym tygodniu artykułów (i pochwalenie ich autorów), co działa bardzo motywująco.
Po przyjeździe nie mogłam doczekać się, aż sama nałożę „strój kosmonauty” i zacznę kruszyć przywiezione ze sobą kości małych ssaków!

Joanna Stojak

 

Z Polski do Ithaki - naukowo

Utworzono: niedziela, 25 wrzesień 2016 Joanna Stojak

5-stojak-1O Stanach Zjednoczonych Ameryki sami jej mieszkańcy mówią: „największe, najlepsze”. I to rzeczywiście widać gołym okiem – olbrzymie samochody, budynki, hamburgery, supermarkety… Nie każdy Amerykę polubi, ale nie da się obok jej inności przejść obojętnie. Na pół roku stałam się jej bacznym obserwatorem, mogąc poznać ten niesamowity twór z bliska. Wiele można by o Ameryce napisać, ja przedstawię tylko moje najciekawsze obserwacje. 


Amerykanie są ludźmi niezwykle życzliwymi, bardzo otwartymi na niezobowiązującą pogawędkę, niechętnie jednak rozprawiają o polityce. Podczas mojej wizyty mieszkałam w Ithace, w stanie Nowy Jork, gdzie przez 6 miesięcy pracowałam na Uniwersytecie Cornella (Cornell University), jedenastej uczelni na świecie, należącej do słynnej Ligi Bluszczowej (ang. Ivy League).
Ithaca wydaje się być wspaniałym miejscem do studiowania. Jest to typowe małe amerykańskie miasteczko, jakie można zobaczyć w filmach, ale jego lokalizacja w regionie Finger Lakes sprawia, że można tu dodatkowo zwiedzić ponad 100 winnic oraz ponad 50 wodospadów. Ithaca położona jest na 42 równoleżniku półkuli północnej i latem czas umilały mi cykady.
Kampus uniwersytecki wyposażony jest również w niewielkie obserwatorium astronomiczne, otwarte dla wszystkich, ale tylko w piątki. Żartowaliśmy, że pracownicy zamawiają pochmurną aurę, bo pół roku powtarzał się scenariusz, gdzie przez cały tydzień było bezchmurne niebo, po czym w piątek na jeden dzień pogoda się psuła. Ostatni piątek mojego pobytu okazał się tym szczęśliwym i w końcu udało mi się zobaczyć na własne oczy Saturna z jego pierścieniami i księżycami oraz bliższego Ziemi Marsa.3-stojak-1


Sposób studiowania w Ameryce różni się zdecydowanie od tego, do którego byłam przyzwyczajona. Uniwersytet jest swojego rodzaju firmą, która oferuje mnóstwo rozrywek, ale i zarabia na wszystkim: od opłat za studia, po gadżety z uczelnianym logo, które można kupić w specjalnych sklepach firmowych. Studenci lubią afiszować swoją przynależność do braci uniwersyteckiej, dlatego na każdym kroku widzi się ludzi ubranych od stóp do głów w ubrania z logo uniwersytetu.


Opłaty za studia są jednak tak wysokie, że dla mnie aż abstrakcyjne. Cornell należy do uczelni najdroższych -  w zależności od kierunku jest to ponad 40 tysięcy dolarów rocznie.  Studenci mają za to jednak zapewnione darmowe koncerty, spotkania z wykładowcami z całego świata, darmową komunikację miejską, bo niewielu z nich wspina się na wzgórze uniwersyteckie na własnych nogach.


Uczelnie amerykańskie podlegają wyłącznie władzom stanowym, dlatego większość programów stypendialnych nie obejmuje studentów zagranicznych i studiują tam głównie Amerykanie. W centrum zainteresowania jest student, a nie kadra naukowa, zatem studenci mają duży wpływ na sposób nauczania i prowadzenia zajęć. Nie przyswajają materiału na pamięć, uczelnia ma nauczyć ich kreatywnego myślenia i radzenia sobie z problemami z zastosowaniem posiadanych danych, przedmiotów, środków.
Egzaminy nie są zatem najważniejszym celem, uczelnia ma przede wszystkim przygotować studenta do praktycznego zastosowania zdobytej wiedzy w przyszłej pracy. Student ma sobie po studiach poradzić w dorosłym życiu. Znajomość poszczególnych definicji jest w tym wypadku drugorzędna. Ważniejsze jest, by studenci na przykład publikowali w prestiżowych czasopismach, dlatego ostatecznie tak wiele Nagród Nobla przyznaje się naukowcom z uniwersytetów amerykańskich właśnie.
Dokonanie wspaniałego odkrycia to jedno, ale równie istotne jest jego opatentowanie i uzyskanie wysokiej społecznej, gospodarczej lub medycznej przydatności. Odkrycie musi mieć swoją wartość rynkową.
W USA dobre projekty patentuje się łatwo. Łatwiej jest tam również uzyskać zgodę na indywidualny tok studiów.  


1-stojak-1Zaskoczyło mnie, że przed wykładami często przygotowany jest poczęstunek – kawa, herbata, czasami piwo, a do jedzenia pączki i ciastka o obezwładniającym zapachu sztucznych barwników i cukru, owoce, chipsy czy pizza, którą Amerykanie uwielbiają. Przed seminarium każdy nakłada sobie porządną porcję jedzenia i tak przygotowany może wysłuchać wykładu.
Najbardziej jednak zapadła mi w pamięć sytuacja, gdy jakiś spóźniony słuchacz wszedł na wykład z ciepłym jeszcze kebabem, usiadł w pierwszym rzędzie, tuż pod nosem wykładowcy i wysłuchał seminarium, szeleszcząc folią aluminiową, skrobiąc plastikowym widelczykiem i pomlaskując z zadowoleniem. Mnie to rozpraszało, a zapach był nie do zniesienia!


Z Ithacy można łatwo dostać się do Nowego Jorku i wodospadu Niagara. Amerykanie głównie poruszają się samochodami, bo paliwo i przejazd autostradami są nieprzyzwoicie tanie, ale jeśli ktoś woli skorzystać z autobusu, również można takie połączenia znaleźć. Nowy Jork jest niepowtarzalny, trudno porównać je z jakimś innym miastem. To, co mnie w nim urzekło, to jednak Muzeum Historii Naturalnej - w muzeum umieszczono bardzo dużo świetnie zachowanych okazów dinozaurów i do tego różnych gatunków. I to wszystko tylko za 1 dolara!
Z kolei wodospady na rzece Niagara warto zobaczyć z bliska. Tylko rejs statkiem do wnętrza wodospadu Podkowa (Horseshoe Falls) pozwala na usłyszenie i poczucie na własnej skórze siły żywiołu – woda spada tutaj z prędkością 20 miliardów litrów na godzinę!

Moja wielka amerykańska przygoda dobiegła końca. A może to dopiero początek? W nauce przecież nigdy nic nie wiadomo.

Joanna Stojak

Autorka jest związana z Instytutem Biologii Ssaków PAN, a jej sześciomiesięczna wizyta na Uniwersytecie Cornella była sponsorowana przez Narodowe Centrum Nauki w ramach stypendium doktorskiego i grantu Etiuda 3.

DMC Firewall is a Joomla Security extension!